可变增益放大器及其控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种可变增益放大器及其控制方法，通过将每个晶体管开关，即第一增益控制单元及第二增益控制单元中的所有晶体管开关均将负载阻抗作为负载，从而避免了现有技术中由于晶体管开关所接的负载不同，导致可变增益放大器从输入端看进去的负载阻抗的差异，进而导致可变增益放大器增益控制的步阶漂移的问题，提高了可变增益放大器及其控制方法的精确度。
【专利说明】可变增益放大器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信【技术领域】，特别涉及一种可变增益放大器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的进步，无线通信系统对功率控制，也即增益控制范围的要求日益提高。为实现增益控制功能，无线通信发射机一般使用可变增益放大器(VariableGain Amplifier, VGA),以提供可调节的增益。
[0003]请参考图1，其为现有的可变增益放大器的电路结构示意图。如图1所示，所述可变增益放大器包括:第一增益控制单元10，所述第一增益控制单元10连接于差分电路结构的第一输入端；第二增益控制单元11，所述第二增益控制单元11连接于差分电路结构的第二输入端；其中，第一增益控制单元10及第二增益控制单元11均包括多个晶体管开关，第一增益控制单元10中的一部分晶体管开关与负载阻抗连接，另一部分晶体管开关与电源Vdda连接，第二增益控制单元11中的一部分晶体管开关与负载阻抗连接，另一部分晶体管开关与电源Vdda连接，通过第一增益控制单元10及第二增益控制单元11中的多个晶体管开关的接通与断开实现增益控制。
[0004]具体的，第一增益控制单元10包括晶体管开关M0a、Mla、M2a、M3a、Mlc、M2c及M3c，其中，M0a、Mla、M2a及M3a与负载阻抗连接，Mlc、M2c及M3c与电源Vdda连接。MOa为常接通状态，Mla、M2a及M3a分别通过控制信号Al、A2及A3进行通断控制，Mlc、M2c及M3c分别通过控制信号X1、及X5进行通断控制，其中，Al、A2、A3与I1、A2, 互补。第二增益控制单元 11 包括晶体管开关勵13、]\`1113、]\1213、]\013、]\11(1、]\12(1及10(1，其中，]\1013、]\1113、]\1213及M3b与负载阻抗连接，Mld、M2d及M3d与电源Vdda连接。同样的，MOb为常接通状态，Mid、M2d及M3d分别通过控制信号A1、A2及A3进行通断控制，Mld、M2d及M3d分别通过控制信号X1、及?进行通断控制。
[0005]通过上述晶体管开关的接通与断开实现增益控制时，具体例如输入控制信号Α1Α2Α3 = 100，此时，晶体管开关机3、]?113、]\12(3、]\0(3、]\12(1及10(1接通(当然，MOa 及 MOb 也处于接通状态)，晶体管开关M2a、M3a、Mlc、M2b、M3b及Mld断开，则差分电路结构的第一输入端输入电流Idc+Iac通过晶体管开关MOa、Mia、M2c及M3c分别流向负载阻抗及电源Vdda,从而实现分流；同样的,差分电路结构的第二输入端输入电流Idc+Iac (其中，所述第二输入端的交流输入电流Iac与第一输入端的交流输入电流Iac具有不同的极性，图1中通过两个不同方向的箭头表示)通过晶体管开关M0b、Mlb、M2d及M3d分别流向负载阻抗及电源Vdda,从而实现分流。
[0006]当输入控制信号改变时，例如，输入控制信号A1A2A3 = 101，相应的，流向负载阻抗及电源Vdda的电流便不同，通过流入负载阻抗的电流的改变，实现了不同增益的控制。
[0007]但是，由于该现有的可变增益放大器中的晶体管开关连接不同的负载，即有的连接负载阻抗，有的连接电源Vdda，由于该两个器件(负载阻抗及电源Vdda)本身的阻抗差异以及PVT影响(电压、温度等外部条件影响)，将造成从VGA输入端看进去的阻抗有不容忽视的差异。
[0008]而这种从输入端看进去，各个控制支路(由一个晶体管开关和与其连接的负载组成)的阻抗差异将导致第一增益控制单元10及第二增益控制单元11对于电流分流的不精确，由此便造成增益控制的步阶漂移。此外，现有的可变增益放大器需要的晶体管开关远大于控制位数，在此，3个控制位数需要14个晶体管开关，如果控制位数增加，将导致晶体管开关进一步增加，由此将导致器件成本的增加；并且也将导致可变增益放大器器件面积增大，不利于小型化趋势；再者，晶体管开关的增加，必然导致连接接点的增加，由此将导致寄生电容的增加，影响器件性能。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种可变增益放大器及其控制方法，以解决现有技术中晶体管开关所接的负载的阻抗差异，导致可变增益放大器增益控制的步阶漂移的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供一种可变增益放大器，包括:
[0011]第一增益控制单元，用以实现增益控制，所述第一增益控制单元连接于差分电路结构的第一输入端，所述第一增益控制单元包括多个晶体管开关，每个晶体管开关均以相同的负载阻抗作为负载；
[0012]第二增益控制单元，用以实现增益控制，所述第二增益控制单元连接于差分电路结构的第二输入端，所述第二增益控制单元包括多个晶体管开关，每个晶体管开关均以相同的负载阻抗作为负载。
[0013]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述第一增益控制单元中的多个晶体管开关包括:常接通晶体管开关和信号控制晶体管开关。
[0014]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述常接通晶体管开关的输出端连接于差分电路结构的第一输出端；所述信号控制晶体管开关连接于差分电路结构的第二输出端。
[0015]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述常接通晶体管开关的数量为一个。
[0016]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述信号控制晶体管开关的数量与控制位数相同。
[0017]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述第二增益控制单元中的多个晶体管开关包括:常接通晶体管开关和信号控制晶体管开关。
[0018]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述常接通晶体管开关的输出端连接于差分电路结构的第二输出端；所述信号控制晶体管开关连接于差分电路结构的第一输出端。
[0019]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述常接通晶体管开关的数量为一个。
[0020]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述信号控制晶体管开关的数量与控制位数相同。
[0021]可选的，在所述的可变增益放大器中，所述第一输入端输入的交流电流与第二输入端输入的交流电流极性不同。
[0022]相应的，本发明还提供一种上述可变增益放大器的控制方法，包括:
[0023]向第一输入端及第二输入端输入电流信号；
[0024]所述第一输入端及第二输入端输入的电流信号经过所述第一增益控制单元及第二增益控制单元作用后输入至负载阻抗。[0025]可选的，在所述的可变增益放大器的控制方法中，所述第一输入端输入的电流信号经过第一增益控制单元作用后传输至第一输出端；或者第一输出端和第二输出端。
[0026]可选的，在所述的可变增益放大器的控制方法中，所述第一输入端输入的电流信号经过第一增益控制单元中的常接通晶体管开关后传输至第一输出端。
[0027]可选的，在所述的可变增益放大器的控制方法中，所述第一输入端输入的电流信号经过第一增益控制单元中的信号控制晶体管开关后传输至第二输出端。
[0028]可选的，在所述的可变增益放大器的控制方法中，所述第二输入端输入的电流信号经过第二增益控制单元作用后传输至第二输出端；或者第二输出端和第一输出端。
[0029]可选的，在所述的可变增益放大器的控制方法中，所述第二输入端输入的电流信号经过第二增益控制单元中的常接通晶体管开关后传输至第二输出端。
[0030]可选的，在所述的可变增益放大器的控制方法中，所述第二输入端输入的电流信号经过第二增益控制单元中的信号控制晶体管开关后传输至第一输出端。
[0031]可选的，在所述的可变增益放大器的控制方法中，第一输入端输入的交流电流与第二输入端输入的交流电流极性不同。
[0032]在本发明所提供的可变增益放大器及其控制方法中，通过将每个晶体管开关，SP第一增益控制单元及第二增益控制单元中的所有晶体管开关均将负载阻抗作为负载，从而避免了现有技术中由于晶体管开关所接的负载不同，导致可变增益放大器从输入端看进去的负载阻抗的差异，进而导致可变增益放大器增益控制的步阶漂移的问题，提高了可变增益放大器及其控制方法的精确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是现有的可变增益放大器的电路结构示意图；
[0034]图2是本发明实施例的可变增益放大器的电路结构示意图；
[0035]图3是本发明实施例的可变增益放大器的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图和具体实施例对本发明提供的可变增益放大器及其控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0037]请参考图2，其为本发明实施例的可变增益放大器的电路结构示意图。如图2所示，所述可变增益放大器包括:
[0038]第一增益控制单元20，用以实现增益控制，所述第一增益控制单元20连接于差分电路结构的第一输入端22，所述第一增益控制单元20包括多个晶体管开关，每个晶体管开关均以相同的负载阻抗26作为负载；
[0039]第二增益控制单元21，用以实现增益控制，所述第二增益控制单元21连接于差分电路结构的第二输入端23，所述第二增益控制单元21包括多个晶体管开关，每个晶体管开关均以相同的负载阻抗26作为负载。
[0040]其中，所述第一输入端22及第二输入端23统称为输入端，或者差分电路的输入端，或者VGA的输入端等。[0041]具体的，所述第一增益控制单元20中的多个晶体管开关包括:常接通晶体管开关和信号控制晶体管开关。所述常接通晶体管开关的输出端连接于差分电路结构的第一输出端24 ;所述信号控制晶体管开关连接于差分电路结构的第二输出端25。
[0042]所述第二增益控制单元21中的多个晶体管开关包括:常接通晶体管开关和信号控制晶体管开关。所述常接通晶体管开关的输出端连接于差分电路结构的第二输出端25 ；所述信号控制晶体管开关连接于差分电路结构的第一输出端24。
[0043]其中，所述常接通晶体管开关指该晶体管开关一直处于接通状态，所述信号控制晶体管开关指该晶体管开关的接通与断开是通过外部信号加以控制的，通常所述外部信号为“O”、“I”的数字信号。
[0044]在此，所述第一增益控制单元20包括一个常接通晶体管开关MOa及四个信号控制晶体管开关Mla、M2a、M3a、M4a。具体的，所述晶体管开关M0a、Mla、M2a、M3a、M4a为共栅开关，MOa的源/漏端与第一输入端22连接，MOa的漏/源端与第一输出端24连接；Mla、M2a、M3a、M4a的源/漏端均与第一输入端22连接，Mla、M2a、M3a、M4a的漏/源端均与第二输出端25连接。
[0045]同样的，第二增益控制单元21包括一个常接通晶体管开关MOb及四个信号控制晶体管开关Mlb、M2b、M3b、M4b。具体的，所述晶体管开关MOb、Mlb、M2b、M3b、M4b为共栅开关，MOb的源/漏端与第二输入端23连接，MOb的漏/源端与第二输出端25连接；Mlb、M2b、M3b、M4b的源/漏端均与第二输入端23连接，Mlb、M2b、M3b、M4b的漏/源端均与第一输出端24连接。
[0046]在本实施例提供的可变增益放大器中，第一增益控制单元20及第二增益控制单元21中的信号控制晶体管开关的数量均与控制信号相同(在此，控制信号为4为:Al、A2、A3、A4)，整个可变增益放大器利用10个晶体管开关实现了 4位控制信号的控制。与【背景技术】中提到的可变增益放大器需要14个晶体管开关才能实现3位控制信号的控制，可见，本实施例提供的可变增益放大器对于器件成本的降低、器件面积的减小、器件性能的增加等方面的巨大贡献。
[0047]当然，在本发明的其他实施例中，所述常接通晶体管开关及信号控制晶体管开关的数量并不限于上述个数，即均可以更多个，当然，信号控制晶体管开关的数量还可以更少个。
[0048]当利用上述可变增益放大器进行增益控制时，具体包括如下过程:
[0049]向第一输入端22输入电流信号Idc+Iac (即直流电流Idc和交流电流Iac)，同时向第二输入端23输入电流信号Idc+Iac (其中,所述第二输入端23的交流输入电流Iac与第一输入端22的交流输入电流Iac具有不同的极性，图2中通过两个不同方向的箭头表示)；
[0050]所述第一输入端22及第二输入端23输入的电流信号经过所述第一增益控制单元20及第二增益控制单元21作用后输入至负载阻抗26。
[0051]具体的，所述第一输入端22输入的电流信号Idc+Iac经过第一增益控制单元20中的常接通晶体管开关MOa后传输至第一输出端24 ;当控制信号打开信号控制晶体管开关时，所述第一输入端22输入的电流信号Idc+Iac还经过第一增益控制单元20中的信号控制晶体管开关后传输至第二输出端25。[0052]所述第二输入端23输入的电流信号Idc+Iac经过第二增益控制单元21中的常接通晶体管开关MOb后传输至第二输出端25 ;当控制信号打开信号控制晶体管开关时，所述第二输入端23输入的电流信号Idc+Iac还经过第二增益控制单元21中的信号控制晶体管开关后传输至第一输出端24。
[0053]假设控制信号为A1A2A3A4 = 1000，
[0054]则第一增益控制单元20中，晶体管开关Mla接通(当然，晶体管开关MOa也开通)，第一输入端22输入的电流信号Idc+Iac通过晶体管开关MOa和Mla进行分流,然后,经过晶体管开关MOa的电流(经过分流后的电流，小于原始输入的电流信号Idc+Iac)传输至第一输出端24 ;经过晶体管开关Mla的电流传输至第二输出端25 ；
[0055]第二增益控制单元21中，晶体管开关Mlb接通(当然，晶体管开关MOb也开通)，第二输入端23输入的电流信号Idc+Iac通过晶体管开关MOb和Mlb进行分流,然后，经过晶体管开关MOb的电流(经过分流后的电流，小于原始输入的电流信号Idc+Iac)传输至第二输出端25 ;经过晶体管开关Mlb的电流传输至第一输出端24。
[0056]通过晶体管开关(对电流)的分流，便可实现增益控制，具体显示如下:
[0057]假设，电路前级流入可变增益放大器的单边电流大小为Ittrtal，各MOS开关(晶体管开关)管子沟道长度一致为L，MOS开关M0a-M4a沟道宽度为:WQ，X1W0, X2*ff0, X3*ff0, X4*W。，同样的，MOS 开关 M0b-M4b 沟道宽度为:WQ，X1W0, X2*ff0, X3*ff0, X4*W。。
[0058]当数字控制位A1A2A3A4 = 0000, MOS开关Mla_M4a以及Mlb_M4b均关闭，来自前级的交流电流信号全部通过共栅器件开关(M0S开关)MOa-MOb，此时流向负载阻抗26(即第一输出端24和第二输出端25)的交流电流信号最大=Itjut = Ittrtal，对可变增益放大器来说，增益最大为GAIN0 ；
[0059]当数字控制位Al为高电平，A2-A4为低电平(即Al = 1，A2A3A4 = 000)时，MOS开关Mla-Mlb导通，经过Mla-Mlb交叉抵消后(此由于交流电流的极性不同，流入同一输出
端的电流相加，即为交叉抵消)，导致流向负载的电流减小，此时，
【权利要求】
1.一种可变增益放大器，其特征在于，包括: 第一增益控制单元，用以实现增益控制，所述第一增益控制单元连接于差分电路结构的第一输入端，所述第一增益控制单元包括多个晶体管开关，每个晶体管开关均以相同的负载阻抗作为负载； 第二增益控制单元，用以实现增益控制，所述第二增益控制单元连接于差分电路结构的第二输入端，所述第二增益控制单元包括多个晶体管开关，每个晶体管开关均以相同的负载阻抗作为负载。
2.如权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第一增益控制单元中的多个晶体管开关包括:常接通晶体管开关和信号控制晶体管开关。
3.如权利要求2所述的可变增益放大器，其特征在于，所述常接通晶体管开关的输出端连接于差分电路结构的第一输出端；所述信号控制晶体管开关连接于差分电路结构的第二输出端。
4.如权利要求2所述的可变增益放大器，其特征在于，所述常接通晶体管开关的数量为一个。
5.如权利要求2所述的可变增益放大器，其特征在于，所述信号控制晶体管开关的数量与控制位数相同。
6.如权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第二增益控制单元中的多个晶体管开关包括:常接通晶体管开关和信号控`制晶体管开关。
7.如权利要求6所述的可变增益放大器，其特征在于，所述常接通晶体管开关的输出端连接于差分电路结构的第二输出端；所述信号控制晶体管开关连接于差分电路结构的第一输出端。
8.如权利要求6所述的可变增益放大器，其特征在于，所述常接通晶体管开关的数量为一个。
9.如权利要求6所述的可变增益放大器，其特征在于，所述信号控制晶体管开关的数量与控制位数相同。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第一输入端输入的交流电流与第二输入端输入的交流电流极性不同。
11.一种如权利要求1至10中的任一项所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，包括: 向第一输入端及第二输入端输入电流信号； 所述第一输入端及第二输入端输入的电流信号经过所述第一增益控制单元及第二增益控制单元作用后输入至负载阻抗。
12.如权利要求11所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第一输入端输入的电流信号经过第一增益控制单元作用后传输至第一输出端；或者第一输出端和第二输出端。
13.如权利要求12所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第一输入端输入的电流信号经过第一增益控制单元中的常接通晶体管开关后传输至第一输出端。
14.如权利要求12所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第一输入端输入的电流信号经过第一增益控制单元中的信号控制晶体管开关后传输至第二输出端。
15.如权利要求11所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第二输入端输入的电流信号经过第二增益控制单元作用后传输至第二输出端；或者第二输出端和第一输出端。
16.如权利要求15所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第二输入端输入的电流信号经过第二增益控制单元中的常接通晶体管开关后传输至第二输出端。
17.如权利要求15所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第二输入端输入的电流信号经过第二增益控制单元中的信号控制晶体管开关后传输至第一输出端。
18.如权利要求11至17中的任一项所述的可变增益放大器的控制方法，其特征在于，第一输入端输入的交流电 流与第二输入端输入的交流电流极性不同。
【文档编号】H03G3/20GK103457556SQ201210174144
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月30日 优先权日:2012年5月30日
【发明者】廖英豪, 崔福良 申请人:联芯科技有限公司