CN101162893A - 可变增益放大器以及相关的转导单元 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种可变增益放大器及相关的转导单元，所述的可变增益放大器包括第一、第二负载耦接至一电源电压；以及一转导单元包括第一、第二晶体管，包括复数控制端用以接收一组输入信号、复数第一端分别耦接至第一、第二负载，以及复数第二端分别耦接至第一、第二节点；第一、第二电流源，分别耦接于第一节点与一第一电压之间和第二节点与第一电压之间；以及一第一增益控制晶体管，耦接于第一、第二节点之间，用以接收一增益控制电压，其中第一增益控制晶体管的临界电压低于第一、第二晶体管的临界电压。本发明所提供的可变增益放大器能够在一个广泛范围内调整其增益大小。

Description

可变增益放大器以及相关的转导单元

技术领域

本发明有关于可变增益放大器，特别有关一种线性范围较宽广的可变增益放大器以及相关的转导单元。

背景技术

于通讯系统中，模拟接收器根据所接收信号的强度以及特定接收器动作改变增益的大小，以便维持一固定的信号准位。一般而言，可变增益放大器用以达成接收器中想要的这个效果。由于所接收的信号强度的范围很广泛，因此可变增益放大器必须要能够在一个广泛范围内调整其增益大小。

发明内容

本发明提供一种可变增益放大器，包括第一、第二负载耦接至一电源电压；以及一转导单元(transconductor unit)包括第一、第二晶体管，包括复数控制端用以接收一组输入信号、复数第一端分别耦接至第一、第二负载，以及复数第二端分别耦接至第一、第二节点；第一、第二电流源，分别耦接于第一节点与一第一电压之间和第二节点与第一电压之间；以及一第一增益控制晶体管，耦接于第一、第二节点之间，用以接收一增益控制电压，其中第一增益控制晶体管的临界电压低于第一、第二晶体管的临界电压。

本发明亦提供一种可变增益放大器，包括一转导单元，用以根据一组输入信号，输出一差动信号，并且可变增益放大器包括第一、第二MOS晶体管，分别耦接于一第一负载与一第一节点之间和一第二负载与一第二节点之间；以及一第三MOS晶体管，耦接于第一、第二节点之间，用以作为一第一退化电阻，并且第三MOS晶体管的栅极氧化层薄于第一、第二MOS晶体管的栅极氧化层。

本发明亦提供一种转导单元，包括第一、第二电流源，分别耦接于一第一节点与一接地电压之间以及一第二节点与上述接地电压之间；第一、第二MOS晶体管，包括复数第一端分别耦接至第一、第二负载以及复数第二端分别耦接至第一、第二节点，并且第一、第二MOS晶体管用以将一组输入信号转换成一差动信号；以及一第三MOS晶体管，耦接于第一、第二节点之间，由一增益控制电压所控制，并且第三MOS晶体管的临界电压低于第一、第二MOS晶体管的临界电压。

本发明所提供的可变增益放大器能够在一个广泛范围内调整其增益大小。

附图说明

图1为可变增益放大器的一实施例。

图2为可变增益放大器的控制电压与增益间的关系。

图3为可变增益放大器的另一实施例。

图4显示图1与图3中可变增益放大器的增益与控制电压间的关系。

图5为可变增益放大器的另一实施例。

图6A为图5中MOS晶体管的控制电压与增益间的关系。

图6B为图5中可变增益放大器和控制电压间的关系。

附图标号：

10、20、30：可变增益放大器；

12：转导单元；

14P、14N：负载；

Inp、Inn：输入信号；

Vout：输出电压；

TP、TN、TC1、TC1”、TC2、TC3：MOS晶体管；

I1、I2：电流源；

Vctrl：控制电压；

Vdd：电源电压；

Vx1、Vx2、Vx3、Vx4：临界电压；

ND1～ND4：节点。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1为可变增益放大器的一实施例。如图所示，可变增益放大器10包括一转导单元12以及两个负载14P与14N，其中负载14P与14N根据设计的需求可以是电阻性负载、电感性负载、电容性负载或主动式负载。转导单元12用以接收一组输入信号Inp与Inn，并转换成一差动信号，然后负载14P与14N将差动信号转换成一输出电压Vout。转导单元12包括三个MOS晶体管TP、TN与TC1以及两个相同的电流源I1与I2，其中MOS晶体管TC1当作一退化电阻(degeneration resistor)或一退化晶体管(degenerationtransistor)，用以根据控制电压Vctrl来控制可变增益放大器10的增益。MOS晶体管TN、TP与TC1为完全相同的晶体管，即MOS晶体管TN、TP与TC1具有相同的临界电压以及相同厚度的栅极氧化层。一般而言，可变增益放大器10的增益可通过调整控制电压Vctrl(即MOS晶体管TC1的栅极电压)来控制。

图2为可变增益放大器的控制电压与增益间的关系。如图所示，可变增益放大器10的线性范围有上部限制与下部限制。举例而言，控制电压Vctrl必需要高于MOS晶体管TC1的临界电压Vx1，使得MOS晶体管TC1被导通。若控制电压Vctrl太高，可变增益放大器10的增益的斜率会太小。换言之，可变增益放大器10的线性范围受到限制。

图3为可变增益放大器的另一实施例。如图所示，可变增益放大器20与图1中所示的可变增益放大器10相似，其差别在于转导单元22。仔细而言，MOS晶体管TP与TN为完全相同的晶体管，并且为一般的MOS晶体管，但MOS晶体管TC1”为一原生型(native)MOS晶体管，或是相较于MOS晶体管TP与TN具有一个较薄的栅极氧化层。换言之，MOS晶体管TC1”的临界电压会低于MOS晶体管TP与TN的临界电压。

转导单元22用以接收输入信号Inp与Inn，转换成一差动信号，而负载14P与14N将差动信号转换成一输出电压Vout。负载14P与14N根据设计的需求可以是电阻性负载、电感性负载、电容性负载或主动式负载于转导单元22中，MOS晶体管TP耦接于负载14P与电流源I1之间，并且具有一控制端耦接至输入信号Inp。MOS晶体管TN耦接于负载14N与电流源I2之间，并且具有一控制端耦接至输入信号Inn。MOS晶体管TN与TP为完全相同的MOS晶体管，并且电流源I1与I2为完全相同的的电流源。

电流源I1与I2分别耦接于节点ND1与接地电压(例如GND)之间和节点ND2与接地电压之间，并且负载14N与14P分别耦接于电源电压Vdd与节点ND3之间和电源电压与节点ND4之间。于某些实施例中，负载14N与14P可为电阻器、MOS晶体管或其组合。

举例而言，若输入信号Inp与Inn分别为高准位与低准位时，MOS晶体管TP与TN会分别为导通与截止，使得节点ND3上的电压会低于节点ND4上的电压，因而产生一差动信号。相反地，若输入信号Inp与Inn分别为低准位与高准位时，MOS晶体管TP与TN会分别为截止与导通，使得节点ND4上的电压会低于节点ND3上的电压，因而产生一差动信号，即在节点ND3与ND4间的输出电压Vout。

晶体管TC1”耦接于节点ND1与ND2之间，用以作为一退化电阻(degeneration resistor)，亦称为退化晶体管(degeneraion transistor)，以便根据控制电压Vctrl控制可变增益放大器20的增益。举例而言，MOS晶体管TC1”为一原生型MOS晶体管而不是一般的MOS晶体管，或MOS晶体管TC1”的栅极氧化层的厚度会较薄于MOS晶体管TP与TN的栅极氧化层的厚度，使得MOS晶体管TC1”的临界电压会低于MOS晶体管TP与TN的临界电压。可变增益放大器20的增益通过调整控制电压Vctrl(即MOS晶体管TC1”的栅极电压)来控制。

图4显示图1与图3中可变增益放大器的增益与控制电压间的关系。如图所示，曲线C1与C2分别代表图1与图3中可变增益放大器10与20和控制电压间的关系。由于MOS晶体管TC1”会比MOS晶体管TC1早被控制电压导通，并且可变增益放大器20的斜率小于可变增益放大器20的斜率。因此，并且可变增益放大器20的线性(可控制)范围将大于可变增益放大器10的线性范围斜率。

图5为可变增益放大器的另一实施例。如图所示，可变增益放大器30与图1、图3中所示的可变增益放大器10与20，其差别在转导单元32。仔细而言，转导单元32具有MOS晶体管TC2与TC3，用以作为第一、第二退化电阻(亦称为退化晶体管)。MOS晶体管TC2与TC3并联地耦接于节点ND2与ND3之间，并且MOS晶体管TC2与TC3具有不同的临界电压。

举例而言，MOS晶体管TC2可为一原生型MOS晶体管，而MOS晶体管TC3和MOS晶体管TP、TN与TC1一样皆是一般MOS晶体管。因此，MOS晶体管TC2的临界电压会低于MOS晶体管TP、TN与TC3的临界电压。于此实施例中，可变增益放大器30的增益可通过调整控制电压Vctrl(即晶体管TC2与TC3的栅极电压)来控制。

图6A为图5中MOS晶体管的控制电压与增益间的关系，而图6B为图5中可变增益放大器和控制电压间的关系。如图所示，曲线C3与C4分别代表MOS晶体管TC2与TC3的控制电压与增益间的关系，而曲线C5代表可变增益放大器30的控制电压与增益之间的关系。举例而言，当控制电压Vctrl超过(原生型)MOS晶体管TC2的临界电压Vx3时，MOS晶体管TC2会导通，作为可变增益放大器30的较低电压增益控制。当控制电压Vctrl超过(一般型)MOS晶体管TC3的临界电压Vx4时，MOS晶体管TC3亦会进一步导通，作为可变增益放大器30的较高电压增益控制。换言之，MOS晶体管TC2作为用于较低电压增益控制的第一退化电阻，而MOS晶体管TC3作为用于较高电压增益控制的第二退化电阻，使得可变增益放大器30的线性范围可以进一步延展，如图6B中所示。

在可变增益放大器的某些实施例中，转导单元包括复数个MOS晶体管并联连接于节点ND1与ND2之间，其中至少一个MOS晶体管为原生型MOS晶体管，其它MOS晶体管为一般的MOS晶体管，而这些一般MOS晶体管可具有高于原生型MOS晶体管的临界电压。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟知技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。

Claims (21)

1.一种可变增益放大器，其特征在于，所述的可变增益放大器包括：

第一、第二负载；以及

一转导单元，包括：

第一、第二晶体管，包括复数控制端用以接收一组输入信号、复数第一端分别耦接至上述第一、第二负载，以及复数第二端分别耦接至第一、第二节点；

第一、第二电流源，分别耦接于上述第一节点与一第一电压之间和上述第二节点与上述第一电压之间；以及

一第一增益控制晶体管，耦接于上述第一、第二节点之间，用以接收一增益控制电压，其中上述第一增益控制晶体管的临界电压低于上述第一、第二晶体管的临界电压。

2.如权利要求1所述的可变增益放大器，其中上述第一、第二晶体管以及上述第一增益控制晶体管皆为MOS晶体管。

3.如权利要求2所述的可变增益放大器，其中上述第一增益控制晶体管为一原生型MOS晶体管。

4.如权利要求2所述的可变增益放大器，其中上述第一增益控制晶体管的一栅极氧化层较薄于上述第一、第二晶体管的栅极氧化层。

5.如权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述的可变增益放大器更包括一第二增益控制晶体管具有一第一端耦接至上述第一节点、一第二端耦接至上述第二节点，以及一控制端耦接至上述增益控制电压，其中上述第一、第二增益控制晶体管具有不同的临界电压。

6.如权利要求5所述的可变增益放大器，其中上述第一、第二晶体管以及上述第一、第二增益控制晶体管为MOS晶体管。

7.如权利要求6所述的可变增益放大器，其中上述第一增益控制晶体管为一原生型MOS晶体管。

8.如权利要求6所述的可变增益放大器，其中上述第二增益控制晶体管的临界电压高于第一增益控制晶体管的临界电压。

9.如权利要求6所述的可变增益放大器，其中上述第二增益控制晶体管与上述第一、第二晶体管具有相同的临界电压。

10.一种可变增益放大器，其特征在于，所述的可变增益放大器包括：

一转导单元，用以根据一组输入信号，输出一差动信号，上述转导单元包括：

第一、第二MOS晶体管，分别耦接于一第一负载与一第一节点之间和一第二负载与一第二节点之间；以及

一第三MOS晶体管，耦接于上述第一、第二节点之间，用以作为一第一退化电阻，并且上述第三MOS晶体管的栅极氧化层薄于上述第一、第二MOS晶体管的栅极氧化层。

11.如权利要求10所述的可变增益放大器，其中上述第一增益控制晶体管为一原生型MOS晶体管。

12.如权利要求10所述的可变增益放大器，其中上述第三MOS晶体管的临界电压低于上述第一、第二MOS晶体管的临界电压。

13.如权利要求10所述的可变增益放大器，其特征在于，所述的可变增益放大器更包括一第四MOS晶体管耦接于上述第一、第二节点之间，用以作为一第二退化电阻，其中上述第三、第四MOS晶体管具有不同的厚度的栅极氧化层。

14.如权利要求13所述的可变增益放大器，其中上述第三MOS晶体管为一原生型MOS晶体管。

15.如权利要求13所述的可变增益放大器，其中上述第四MOS晶体管的栅极氧化层较厚于上述第一、第二MOS晶体管的栅极氧化层。

16.如权利要求13所述的可变增益放大器，其中上述第四MOS晶体管与上述第一、第二MOS晶体管具有相同厚度的栅极氧化层。

17.如权利要求15所述的可变增益放大器，其中上述第三MOS晶体管的临界电压低于上述第一、第二与第四MOS晶体管的临界电压。

18.一转导单元，其特征在于，所述的转导单元包括：

第一、第二电流源，分别耦接于一第一节点与一接地电压之间以及一第二节点与上述接地电压之间；

第一、第二MOS晶体管，包括复数第一端分别耦接至第一、第二负载以及复数第二端分别耦接至上述第一、第二节点，上述第一、第二MOS晶体管用以将一组输入信号转换成一差动信号；以及

一第三MOS晶体管，耦接于上述第一、第二节点之间，由一增益控制电压所控制，上述第三MOS晶体管具有一临界电压低于上述第一、第二MOS晶体管的临界电压。

19.如权利要求18所述的转导单元，其特征在于，所述的转导单元更包括一第四MOS晶体管包括一第一端耦接上述第一节点、一第二端耦接上述第二节点，以及一控制端耦接上述增益控制电压，其中上述第三、第四MOS晶体管具有不同的临界电压。

20.如权利要求18所述的转导单元，其中上述第四MOS晶体管的临界电压高于上述第三MOS晶体管的临界电压。

21.如权利要求18所述的转导单元，其中上述第一、第二、第四MOS晶体管具有相同的临界电压。

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