可变增益放大器的制作方法

本申请涉及无线通信技术领域，尤其是一种可变增益放大器。

背景技术：

随着射频技术迅速发展，射频电路产品被广泛运用到无线通信技术领域，无线通信接收器收到人们的广泛关注，可变增益放大器作为无线通信接收器的重要组成部分也成为相关技术人员重点研究的对象。可变增益放大器具有低噪声、宽增益等优点从而被广泛应用，但可变增益放大器仍具有一些缺点，例如增益与控制信号不是一一对应，因此不便于调节增益，另外增益增长幅度小从而降低了可变增益放大器性能。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服增益与控制信号不是一一对应，因此不便于调节增益，另外增益增长幅度小的问题，本申请提供一种可变增益放大器，包括：

匹配电路、信号可加式可变增益放大器和控制信号转换电路；

所述匹配电路的输入端输入放大器的输入功率，所述匹配电路的输出端连接所述信号可加式可变增益放大器的输入端，所述信号可加式可变增益放大器的输出端连接所述控制信号转换电路的输入端，所述控制信号转换电路的输出端输出放大器的输出功率；

所述匹配电路利用输入阻抗实现纯阻性网络电路；

所述信号可加式可变增益放大器在所述纯阻性网络电路中使电流增益与控制电压呈线性关系；

所述控制信号转换电路对所述电流增益与控制电压进行信号转换，实现电路增益与控制信号呈指数增长关系。

进一步的，所述可变增益放大器还包括：抑制温漂电路，所述抑制温漂电路的输入端连接所述所述信号可加式可变增益放大器的输出端，所述抑制温漂电路的输出端连接所述控制信号转换电路的输入端。

进一步的，所述抑制温漂电路基于cmos工艺设计。

进一步的，所述匹配电路采用有源cmos反馈实现阻抗调节。

进一步的，所述可变增益放大器使用开环放大器。

根据权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述输入阻抗表达式为

进一步的，所述输入阻抗对应的噪声为

进一步的，所述信号可加式可变增益放大器包括电流增益。所述电流增益为：

gi＝η(vcc-vcont)>0(3)。

进一步的，所述电路增益为

进一步的，所述可变增益放大器还包括所述可变增益放大器应用于射频电路，使用ads软件对所述射频电路进行仿真验证。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请中，匹配电路的输入端输入放大器的输入功率，匹配电路的输出端连接信号可加式可变增益放大器的输入端，信号可加式可变增益放大器的输出端连接控制信号转换电路的输入端，控制信号转换电路的输出端输出放大器的输出功率；匹配电路利用输入阻抗实现纯阻性网络电路；信号可加式可变增益放大器在所述纯阻性网络电路中使电流增益与控制电压呈线性关系；控制信号转换电路对所述电流增益与控制电压进行信号转换，实现电路增益与控制信号呈指数增长关系。本申请使电流增益与控制电压呈线性关系，从而方便调节电路增益，实现了电路增益与控制信号呈指数增长关系，加大了放大器的放大倍数，从而提高放大器的适用性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请一个实施例提供的一种可变增益放大器的结构示意图。

图2是本申请一个实施例提供的一种可变增益放大器的电路图。

图3是本申请另一个实施例提供的一种变增益放大器的电路图。

图4是本申请另一个实施例提供的一种变增益放大器的电路图。

图5是本申请另一个实施例提供的一种变增益放大器的电路图。

图6是本申请另一个实施例提供的一种变增益放大器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

图1是本申请一个实施例提供的一种可变增益放大器的结构示意图。

如图1所示，本实施例的可变增益放大器包括：

匹配电路11、信号可加式可变增益放大器12和控制信号转换电路13；

匹配电路11的输入端输入放大器的输入功率，匹配电路11的输出端连接信号可加式可变增益放大器12的输入端，信号可加式可变增益放大器12的输出端连接控制信号转换电路13的输入端，控制信号转换电路13的输出端输出放大器的输出功率；

匹配电路11利用输入阻抗实现纯阻性网络电路；

信号可加式可变增益放大器12在所述纯阻性网络电路中使电流增益与控制电压呈线性关系；

控制信号转换电路13对所述电流增益与控制电压进行信号转换，实现电路增益与控制信号呈指数增长关系。

电流增益与控制电压呈线性关系，从而方便调节电路增益，实现了电路增益与控制信号呈指数增长关系，加大了放大器的放大倍数，从而提高放大器的适用性。

作为本发明可选的一种实现方式，所述可变增益放大器还包括：抑制温漂电路14，抑制温漂电路14的输入端连接信号可加式可变增益放大器12的输出端，所述抑制温漂电路的输出端连接控制信号转换电路13的输入端。

作为本发明可选的一种实现方式，抑制温漂电路14基于cmos工艺设计。

模拟集成电路所使用的cmos晶体管与温度有关，由于电路增益与阈值电压相关，阈值电压与温度有关，因此，为了使电路增益只和控制信号相关，使用抑制温漂电路来补偿温度对实际电路的影响。

采用cmos工艺，由于cmos的功耗小，因而设计成本低。

作为本发明可选的一种实现方式，匹配电路11采用有源cmos反馈实现阻抗调节。

通过有源cmos反馈来调节输入电阻，不仅降低了噪声系数。而且可以实现阻抗匹配，从而实现纯阻性网络电路。

作为本发明可选的一种实现方式，可变增益放大器12使用开环放大器。

开环放大器可以通过控制输入电阻或负载来控制增益，从而有利于实现电流增益与控制电压呈线性关系。

作为本发明可选的一种实现方式，所述可变增益放大器还包括所述可变增益放大器应用于射频电路，使用ads软件对所述射频电路进行仿真验证。

由于射频电路自身特性，传统的设计方法以及不能满足目前电路设计的要求，需要借助更加精准的软件来设计电路。

ads所提供射频电路的仿真参数全面、阻抗匹配方便，因此使设计更加方便和准确。ads软件能与目前主流的其他制图软件进行导入和导出，避免画设计方针图浪费时间，并且由于自动导入导出，不需人工操作，使图片更加准确，更有利于仿真验证，从而提高设计速度与设计正确性。

本实施例中，利用cmos设计出射频频段的可变增益放大器，匹配电路利用输入阻抗实现纯阻性网络电路；信号可加式可变增益放大器在所述纯阻性网络电路中使电流增益与控制电压呈线性关系；控制信号转换电路对所述电流增益与控制电压进行信号转换，实现电路增益与控制信号呈指数增长关系。本申请使电流增益与控制电压呈线性关系，从而方便调节电路增益，实现了电路增益与控制信号呈指数增长关系，加大了放大器的放大倍数，从而提高放大器的适用性。

图2是本申请一个实施例提供的一种可变增益放大器的电路图。

如图2所示，本实施例的可变增益放大器包括匹配电路，所述匹配电路中所述输入阻抗表达式为

式(1)中，输入阻抗zin，输入电压vin，输入电流iin，cmos晶体管m3的跨导gm3，开环增益av，常数ω，因此输入阻抗zin的大小只与gm3、r1、rl以及av的大小有关，只要调节gm3、r1、rl以及av的大小就可以匹配出所需的输入阻抗。

zin例如为50ω。

作为本发明可选的一种实现方式，所述输入阻抗对应的噪声为

γ1和γ2是cmos晶体管m1和cmos晶体管m2的噪声因子。

使用cmos晶体管实现的匹配电路，根据多级电路噪声的性质，电路噪声由第一级噪声系数决定，在输入阻抗一定时，开环增益增长可降低噪声系数，从而降低噪声对电路的影响。

本实施例中，利用cmos设计出射频频段的可变增益放大器，通过有源cmos反馈来调节输入电阻，不仅降低了噪声系数，而且可以实现阻抗匹配，从而实现纯阻性网络电路。

图3是本申请一个实施例提供的一种可变增益放大器的电路图。

如图3所示，本实施例的可变增益放大器包括信号可加式可变增益放大器，所述信号可加式可变增益放大器包括电流增益。所述电流增益为：

gi＝η(vcc-vcont)>0(3)。

η为转换效率，vcc为电源电压，信号可加式可变增益放大器通过控制控制信号电压vcont和反馈电压vref之间的电压差，控制分配在cmos晶体管m3、m4的电流值，通过控制电流来控制电路的增益。

信号可加式可变增益放大器通过控制电压来控制增益，图4是另一个实施例提供的一种可变增益放大器的电路图，如图4所示，信号可加式可变增益放大器单元结构的电流增益为

iout为输出电流，iin为输入电流，gm,m1为cmos晶体管m1的跨导，gm,m2为cmos晶体管m2的跨导。

而m1和m2都工作在饱和区，则

其中，μn是载流子迁移率，cox是单位栅电容大小，w1和l1分别是cmos晶体管m1的宽和长，vth1为cmos晶体管m1的阈值电压，vs为输入电流iin对应电压，w2和l2分别是cmos晶体管m1的宽和长，vth2为cmos晶体管m2的阈值电压。

其中所以

由于x<0.2时，因此当式(4-5)成立时：

当

电流增益

gi＝η(vcc-vcont)>0(3)

公式中

信号可加式可变增益放大器的电流增益与控制信号呈线性关系，因此可以实现低噪声和低失真，而且能够在很高的频率在正常工作。

本实施例中，信号可加式可变增益放大器的电流增益与控制信号呈线性关系，因此可以实现低噪声和低失真，而且能够在很高的频率在正常工作。

图5是本申请另一个实施例提供的一种可变增益放大器的电路图。

如图5所示，本实施例的可变增益放大器包括控制信号转换电路，所述控制信号转换电路包括电路增益。所述电路增益为：

电路中m0是pmos管，采用共源接法并且工作在线性区。

其中，vc为控制信号转换电路电压，gm,m0为m0跨导。

其中，μp是载流子迁移率，cox是单位栅电容大小，w0和l0分别是pmos晶体管m0的宽和长。

而电路增益为将跨导表达式代入式子可得

其中

对电流增益公式gi＝η(vcc-vcont)>0(3)进行变形可得

in(vcc-vcont)＝λ2vc+c

其中c为常数。

将(5-3)代入gi＝η(vcc-vcont)>0(3)，可以得到

gi(db)＝λ3+λ4vc(5-4)

其中λ3＝10lgη+10clge，λ4＝10λ2lge。

根据上面的推导，通过控制信号转换电路能够实现电路增益(db)与控制信号转换电路电压vc的指数关系，满足设计要求。

本实施例中，通过控制信号转换电路能够实现电路增益(db)与控制信号转换电路电压vc的指数关系，满足设计要求。

图6是本申请另一个实施例提供的一种可变增益放大器的电路图。

如图6所示，本实施例的可变增益放大器包括抑制温漂电路，所述抑制温漂电路包括：

δt<0温度补偿电路和δt>0温度补偿电路。由于两个温度补偿电路原理相同，因此以δt>0温度补偿电路为例进行介绍。补偿电流的表达式为

其中t0为初始温度，δt为补偿温度，i(δt)为补偿温度对应电流，β为常数系数，iref为反馈电流，δt<0温度补偿电路计算出的补偿电流小于0，δt>0温度补偿电路计算出的补偿电流大于0，因此两个温度补偿电路计算出的电流可以相互抵消，从而实现温度补偿。

本实施例中，通过δt<0温度补偿电路和δt>0温度补偿电路可以将计算出的补偿电流相互抵消，从而实现温度补偿。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

需要说明的是，本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。