CN101394157A - 具有宽增益变化和宽带宽的可变增益放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以CMOS装置实现并通过预定指数函数而具有宽增益变化和宽带宽的可变增益放大器。根据本发明的一个方面的具有宽增益变化和宽带宽的可变增益放大器可以包括：差分放大部，根据增益调节信号来对输入信号进行差分放大；以及增益调节部，基于根据预定偏置电流确定的逼近指数函数来提供增益调节信号，并调节差分放大部的增益。

Description

具有宽增益变化和宽带宽的可变增益放大器

相关申请的交叉参考

本发明要求于2007年9月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2007-0094746号的优先权，其内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明涉及一种可变增益放大器，以及更具体地，涉及一种以CMOS装置实现并通过预定指数函数而具有宽增益变化和宽带宽的可变增益放大器。

背景技术

通常，可变增益放大器(VGA)被用于向诸如磁盘驱动器、助听器、医疗器械、以及通信设备等的各种电子设备提供可变增益。此处，由于在电子设备中使用的信号的幅度可在宽范围上变化，所以增益变化需要尽可能地宽。例如，码分多址(CDMA)通信系统需要大约80dB的增益变化。即，在其中获得线性增益的区域dB量程需要很大。

通过使用提供指数I-V关系的双极性晶体管能够容易地获得在dB量程上具有线性可变增益的放大器。然而，COMS晶体管具有近似线性的I-V特性或在饱和模式中符合平方律(square-law)的指数I-V特性。因此，实现具有在dB量程上线性的可变增益的COMS可变增益放大器是困难的。所以，实现CMOS可变增益放大器以使其增益基于逼近指数等式。

如本领域中所知，逼近指数等式的实例包括下面的等式1和等式2。等式1是泰勒逼近函数，其为逼近泰勒级数展开。等式2是伪指数(pseudo-exponential)函数。等式1和等式2表示如下：

$e^x=1+\frac{x}{1!}+\frac{x^2}{2!}$    …等式1

$e^x=\frac{1+x/2}{1-x/2}$      …等式2

图1是示出等式1和等式2的dB量程上的曲线的视图。参考图1，示出等式1和等式2分别具有12dB和15dB的dB线性变化，所述线性变化具有小于±0.5dB的线性误差(相对于理想指数函数的误差，由虚线表示)。即，等式1提供了大约12dB的dB线性范围，而等式2提供了大约15dB的dB线性范围。即，具有等式1和等式2的增益的可变增益放大器分别只能够在12dB和15dB的范围的增益中变化。

图2是示出根据现有技术的采用等式2的可变增益放大器的实例的示例图。如图2所示，根据现有技术，可变增益放大器包括：差分放大器21，具有两个MOS晶体管M₂₁和M₂₂；以及二极管连接负载(diode-connected load)22，连接到差分放大器21的输出端。根据现有技术，图2中示出的可变增益放大器的差分增益等于g_m-M21，M22×R_out。此处，g_m-M21，M22×R_out是二极管连接负载M₂₃和M₂₄的跨导，而R_out是输出阻抗。由于根据背景技术的可变增益放大器的输出是二极管连接负载，所以R_out与1/g_m-M23，M24成比例。由于跨导是偏置电流的函数，所以可以通过控制输入对M₂₁和M₂₂以及负载M₂₃和M₂₄的偏置电流来获得增益变化。根据现有技术，能够通过下面的等式获得图2中示出的可变增益放大器的增益：

$A_f=\frac{g_{m-M_{\mathrm{21,22}}}}{g_{m-M_{\mathrm{23,24}}}}={\left[(\frac{W/L{)}_{M_{\mathrm{21,22}}}}{W/L{)}_{M_{\mathrm{23,24}}}}\left(\frac{1+x}{1-x}\right)\right]}^{1/2}$  …等式3

等式3类似于等式2中描述的伪指数等式。即，图2中示出的根据背景技术的可变增益放大器是基于等式2设计的。因而，可变增益放大器只能够提供带有小于±0.5dB的线性误差的15dB的范围。

为扩展根据背景技术的可变增益放大器的增益变化范围，通常以多级来实现可变增益放大器。因而，多级可变增益放大器消耗更多的功率并需要更大的芯片面积，而产生低噪声特性和低线性。具体地，使用的增益级数的增加导致了噪声特性和线性的降低。

考虑到图2所示的电路的频率响应，可变增益放大器的带宽由输入和输出电极确定。由于输出负载是二极管连接负载，所以输出电极主要取决于晶体管M₂₃和M₂₄的偏置电流。在较低增益设置处，I₀(1-x)和带宽被扩展。然而，在较高增益设置处，I₀(1-x)减小，并且带宽减小。输入电极(input pole)是输入电容的函数。在图2中，在MOS晶体管M₂₁的输入节点处的总电容等于栅极和源极之间的电容C_GS以及栅极和漏极之间的电容C_GD的米勒乘积(Millermultiplication)的和，即，C_GS+(1+|A_v|)C_GD。因而，输入电极与增益成比例，以使带宽在较高的增益设置处极大地减少。

所以，需要一种可变增益放大器，能够减少提供增益的级数以消耗少量的偏置电流，并且能够使用小的芯片面积，具有宽增益变化，以及即使在高增益处也能提供宽带宽。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种可变增益放大器，其以CMOS装置实现并具有由预定指数函数确定的宽增益变化和宽带宽。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有宽增益变化和宽带宽的可变增益放大器，该可变增益放大器包括：差分放大部，根据增益调节信号对输入信号进行差分放大；以及增益调节部，基于根据预定偏置电流确定的逼近指数函数来提供增益调节信号，并调节差分放大部的增益。

逼近指数函数可满足以下等式：

$f\left(x\right)=\frac{[1+\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2]}{[1-\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2]}$    …等式

其中，k和a是由偏置电流确定的常数，而x是独立变量。

增益调节部可以包括电流转换器，其将预定调节信号的电流电平转换为增益调节信号的电流电平，所述增益调节信号具有的电流电平与调节信号的电流电平不同。

增益调节部可以进一步包括：电压-电流转换器，其将来自外部的控制信号的电压电平转换为调节信号的电流电平；以及偏置电路，将偏置电流提供给电压-电流转换器。

电流转换器可以包括：多个放大单元，在提供预定驱动电源的驱动电源端和接地端之间彼此并联连接，且所述放大单元中的每一个均具有至少两个彼此串联连接的放大器装置；以及电流平方(squaring)单元，在驱动电源端和接地端之间与放大单元并联连接，并具有多个用于镜像来自放大单元的电流的放大器装置。

电压-电流转换器可以包括：电平转换电路，具有多个在提供预定驱动电源的驱动电源端和接地端之间彼此并联连接的放大器装置，并将调节信号的电压电平转换为电流电平；以及电流镜像(mirror)电路，具有多个在电平转换电路和接地端之间彼此并联连接的放大器装置，并用于镜像来自所述电平转换电路的电流。

偏置电路可以包括：偏置单元，用于镜像来自预定驱动电源的电流并提供偏置电流；以及级联放大单元，用于放大偏置电流。

差分放大部可以进一步包括：级联输入端，通过调节输入信号的输入端的电容来增加操作频率带宽；以及电感有源负载，连接到差分放大部的输出端，调节输出端的电容，并增加操作频率带宽。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特点以及其它优点将变得更容易理解，其中：

图1是示出根据背景技术的应用于可变增益放大器的增益变化的逼近指数函数的示图；

图2是示出根据背景技术的可变增益放大器的一个实施例的电路图；

图3是示出根据本发明示例性实施例的可变增益放大器的结构图；

图4是根据本发明实施例的应用于可变增益放大器的增益变化的逼近指数函数的示图；

图5是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的电压-电流转换器的电路图；

图6是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的差分放大部的一个实例的电路图；

图7是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的差分放大部的另一实例的电路图；

图8是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的电压-电流转换器的电路图；以及

图9是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的偏置电路的电路图。

具体实施方式

现将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

图3是示出根据本发明示例性实施例的可变增益放大器的结构图。

参考图3，根据本发明示例性实施例的可变增益放大器100可以包括增益调节部110和差分放大部120。

增益调节部110通过预定的逼近指数函数来调节差分放大部120的增益。

增益调节部110包括电流转换器112。当从外部提供的控制信号是电流信号时，电流转换器112将电流信号的电压电平转换为预定的电流电平。增益调节部110进一步包括电压-电流转换器111和偏置电路113。当控制信号是电压信号时，电压-电流转换器111将电压信号的电压电平转换为电流电平。偏置电路113将预定的偏置电流提供给电压-电流转换器111。

图5是示出根据本发明示例性实施例的用于可变增益放大器的电流转换器的电路图。

参考图5，根据本实施例的用于可变增益放大器100的电流转换器112包括多个放大单元112a和电流平方单元112b。

放大单元112a和电流平方单元112b彼此并联连接在接地端和提供预定驱动电流VDD的驱动电源端之间。

每个放大单元112a中均包括多个放大器装置M₅₁、M₅₂、M₅₃、以及M₅₄。放大器装置M₅₁和放大器装置M₅₃彼此串联连接。放大器装置M₅₂和放大器装置M₅₄彼此串联连接。放大器装置M₅₁和M₅₃分别与放大器装置M₅₂和M₅₄并联。

电流平方单元112b包括多个放大器装置M₅₅、M₅₆、M₅₇、M₅₈、M₅₉、以及M₅₁₀。放大器装置M₅₅的栅极连接到放大单元112a的放大器装置M₅₁和M₅₂的栅极。放大器装置M₅₆的栅极连接到放大器装置M₅₇的栅极。另外，放大器装置M₅₈级联连接到放大器装置M₅₆。放大器装置M₅₉的栅极连接到放大器装置M₅₁₀的栅极。

图6是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的差分放大部的电路图。

参考图6，在可变增益放大器100中使用的差分放大部120包括多个放大器装置M₆₁、M₆₂、M₆₃、M₆₄、M₆₅、M₆₆、M₆₇、M₆₈、M₆₉、和M₆₁₀，以及共模反馈块(common mode feedback block)CMFB。

输入信号V_in+和V_in-分别输入到放大器装置M₆₅和M₆₆的栅极。

放大器装置M₆₁和M₆₂位于驱动电源端和接地端之间，并分别与放大器装置M₆₅和M₆₆串联连接。共模反馈块CMFB和放大器装置M₆₃和M₆₄连接在放大器装置M₆₁和M₆₂以及放大器装置M₆₅和M₆₆之间。放大的输出信号V_out+和V_out-分别从放大器装置M₆₃和M₆₄的源极端输出。

放大器装置M₆₇和M₆₈分别连接到输出信号V_out+和V_out-的输出端。控制信号Ctrl₁通过放大器装置M₆₉的栅极端输入。放大器装置M₆₁₀具有连接到放大器装置M₆₇和M₆₈源极端的漏极端，以及通过其输入控制信号Ctrl₂的栅极端。

图7是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的差分放大部的另一实例的电路图。

参考图7，根据本发明实施例的可变增益放大器的差分放大部120的另一实例可进一步包括有源电感负载121和级联输入端122。

有源电感负载121可包括电容器C、电流源I₉₁、以及彼此并联连接的放大器装置M₇₁、M₇₂、M₇₅、以及M₇₆。有源电感负载121可以连接到输出信号V_out+和V_out-的输出端。

级联输入端122可以具有级联连接的输入信号V_in+和V_in-的输入端。可将偏置电源V_BIAS提供到放大器装置M₇₉和M₇₁₁的栅极。可将输入信号V_in+和V_in-分别输入到与放大器装置M₇₉和M₇₁₁级联连接的放大器装置M₇₁₀和M₇₁₂的栅极端。

图8是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的电压-电流转换器的电路图。

参考图8，当发送到根据本发明实施例的可变增益放大器的控制信号是电压信号时，可以使用电压-电流转换器111。电压-电流转换器111可以包括电流转换电路111a和电流镜像电路111b。

电流转换电路111a包括多个放大器装置M₈₁到M₈₈。电流镜像电路111b包括多个放大器装置M₈₉、M₈₁₀、M₈₁₁以及M₈₁₂，所述放大器装置的栅极彼此连接以镜像电流。

电流转换电路111a的多个放大器装置M₈₃、M₈₄、M₈₅、M₈₆、M₈₇、M₈₈彼此并联连接在驱动电源端和接地端之间。放大器装置M₈₁和M₈₂分别串联连接到放大器装置M₈₅和M₈₆。来自外部的控制信号的电压V₈₁和V₈₂被分别施加到放大器装置M₈₁和M₈₂的栅极。具有预定电压电平的信号+I_Ctrl和-I_Ctrl分别从放大器装置M₈₃和M₈₈的漏极端输出。

电流镜像电路111b串联连接在电流转换电路111a和接地端之间。放大器装置M₈₉的栅极连接到放大器装置M₈₁₁的栅极。放大器装置M₈₁₀的栅极连接到放大器装置M₈₁₂的栅极。

图9是示出根据本发明实施例的用于可变增益放大器的偏置电路的电路图。

参考图9，用于根据本发明实施例的可变增益放大器的偏置电路113包括偏置单元113a和级联放大单元113b。

偏置单元113a包括多个彼此并联连接在驱动电源端和接地端之间的放大器装置M₉₃、M₉₄、以及M₉₅。放大器装置M₉₃、M₉₄、以及M₉₅具有彼此公同连接的栅极以镜像电流并提供预定偏置电流I_bias和I₀。

级联放大单元113b串联连接在偏置单元113a和接地端之间，并包括级联连接的放大器装置M₉₁和M₉₂以放大偏置电流I_bias。

下文中，将对本发明的操作和效果进行详细描述。

为解决基于参考图1的背景技术中的上述函数实现的可变增益放大器中的问题，本发明提出了一种新的逼近指数等式。本发明中提出的逼近指数等式满足以下等式：

$f\left(x\right)=\frac{[1+\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2]}{[1-\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2]}$    …等式4

此处，k和a是常数，而x是独立变量。图4是根据k值变化的等式4的dB量程的图。如图4所示，当满足k＝1时，等式4提供具有等于或小于线性误差±0.5dB的近似20dB的线性范围。当k值小于1时，基于等式4的dB线性范围急剧增加。当满足k＝0.55时，可以提供65dB或更大的dB线性范围。当与基于等式1和等式2的线性范围相比较时，通过使用用于本发明实施例的等式4，可变增益放大器的增益变化的dB线性范围能够增加50dB到55dB。因此，在应用等式4的可变增益放大器的情况下，一级可变增益放大器能够提供近似65dB或更多的dB线性增益。与采用根据背景技术的等式1和等式2的一级可变增益放大器相比，dB线性增益变化能够被极大地改善。

图5是示出在根据本发明实施例的可变增益放大器中使用的电流转换器112的电路图。

参考图5，电流转换器112的放大器装置M₅₁至M₅₉和M₅₁₀在饱和区偏置。控制信号C_trl1和C_trl2被传送到差分放大部120。下面将对电流I_ctrl进行更详细的描述。放大器装置M₅₅的漏极电流I_sq和输入电流I_ctrl满足以下等式：

I_sq＝2I₀+I² _Ctrl/8I₀   …等式5

其中，I₀是偏置电流。漏极电流I_sq可以由放大器装置M₅₁和放大器装置M₅₂镜像的电流与偏置电流I_bias-2I₀之和表示。因此，电流Ictrl₁和Ictrl₂满足以下等式：

$I_{\mathrm{Ctrl}1}=I_{\mathrm{sq}}+(I_{\mathrm{bias}}-{2I}_0)-I_{\mathrm{Ctrl}}=I_{\mathrm{bias}}-I_{\mathrm{Ctrl}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0}=I_{\mathrm{bias}}(1-\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0{I}_{\mathrm{bias}}})$

$I_{\mathrm{Ctrl}2}=I_{\mathrm{sq}}+(I_{\mathrm{bias}}-{2I}_0)+I_{\mathrm{Ctrl}}=I_{\mathrm{bias}}+I_{\mathrm{Ctrl}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0}=I_{\mathrm{bias}}(1+\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0{I}_{\mathrm{bias}}})$  …等式6

这里，电流Ictrl₁和Ictrl₂是调节信号的电流Ictrl。电流Ictrl₁和Ictrl₂用于调节差分放大部120的增益。

图6所示的差分放大部120包括共源(common source)连接的放大器装置M₆₅和M₆₆，以及作为二极管连接负载的放大器装置M₆₇和M₆₈。共模反馈块CMFB将输出DC电压V_out+和V_out-保持在预定电压电平。

如同等式3，根据本发明实施例的可变增益放大器的增益可以由以下等式确定：

$A_v=\frac{g_{m,M_{\mathrm{65,66}}}}{g_{m,M_{\mathrm{67,68}}}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}{(W/L)}_{M_{\mathrm{65,66}}}{I}_{\mathrm{Ctrl}1}}{{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}{(W/L)}_{M_{\mathrm{67,68}}}{I}_{\mathrm{Ctrl}2}}}$    …等式7

这里，

是彼此连接在共源端子的放大器装置M₆₅和M₆₆的跨导，

是二极管连接负载的放大器装置M₆₇和M₆₈的跨导。进一步，

是放大器装置M₆₅和M₆₆的面积和宽度之间的比率，以及

是二极管连接负载的放大器装置M₆₇和M₆₈的面积和宽度之间的比率。

如果在等式7中满足 ${(W/L)}_{M_{\mathrm{65,66}}}={(W/L)}_{M_{\mathrm{67,68}}},$ 并将等式5和等式6代入等式7，则根据本发明实施例的可变增益放大器的增益可以由以下等式表示：

$A_v=M\frac{{(1+\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0{I}_{\mathrm{bias}}})}^{1/2}}{{(1-\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0{I}_{\mathrm{bias}}})}^{1/2}}=M{\left(\frac{1+\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2}{1-\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2}\right)}^{1/2}$   …等式8

这里，满足 $M={(W/L)}_{M_{\mathrm{65,66}}}/{(W/L)}_{M_{\mathrm{67,68}}},$ 以及a＝1/I_BIAS，k＝I_BIAS/4I₀。根据本发明实施例的可变增益放大器能够通过作为本发明实施例中提出的逼近指数函数的等式4提供dB线性增益。在等式8中，k、I_BIAS、以及I₀是固定值，其由放大器装置M₆₅、M₆₆、M₆₇、以及M₆₈的物理特性确定。因此，当来自可变增益放大器的增益调节部110的电流被调节到满足k＝0.55时，即，当对调节信号的电流Ictrl进行调节以使电流I_BIAS等于2.2I₀时，如图4所示，尽管是一个放大级，但可变增益放大器的增益仍然能够提供近似65dB或更大的线性变化范围。

参考图7，在包括在可变增益放大器中的差分放大单元120中提供有源电感负载121和级联输入端122。

有源电感负载121连接到第一输出电压源极V_out+端和第二输出电压源极V_out-端。

现在将对有源电感负载121的操作进行描述。放大器装置M₇₂作为负载工作。连接作为负载工作的放大器装置M₇₁和放大器装置M₇₂以形成负反馈。另外，电容器C通过使第一输出DC电压V_out+端为零来改善频率特性，即，扩展了可变增益放大器的带宽。因此，通过控制电容器C的电容，能够获得在所需操作频率处的所需增益。放大器装置M₇₅和M₇₆、电流源I₉₁和电容器C同样地执行该操作以使第二输出DC电压V_out-端为“零”，从而改善频率特性。

在级联输入端122处，当每个放大器装置M₇₉、M₇₁₀、M₇₁₁、M₇₁₂在宽度W和长度L之间具有相同比率(即，满足 ${(W/L)}_{M_{79}}={(W/L)}_{M_{712}}{(W/L)}_{M_{710}}={(W/L)}_{M_{711}}={(W/L)}_{M_{712}})$ 时，在输入信号V_in+和V_in-的输入端与放大器装置M₇₁₁和M₇₁₂的漏极端之间的差分增益

变为1。所以，米勒乘积达到最小值，因而输入电容达到最小值。从而，输入电极移向更高频率，并且可变增益放大器工作的带宽进一步增加。

这样，在本发明的实施例中，通过一个宽级可以确保65dB或更大的宽线性增益变化范围，且尽管增益增加也能够阻止频率带宽变窄。

根据本发明实施例的可变增益放大器100的增益调节部110可进一步包括电压-电流转换器111和偏置电路113。

参考图8，电压-电流转换器111的放大器装置M₈₁至M₈₉以及M₈₁₀至M₈₁₂在饱和区偏置。此处，输入电压V₈₁和V₈₂是V_BIAS±V_CTRL/2，V_BIAS是预定DC偏置电压，以及V_CTRL是调节信号的电压电平。由电压-电流转换器111转换的调节信号的电流电平Ictrl能够由以下等式表示：

$I_{\mathrm{Ctrl}}=-I_{\mathrm{Ctrl}}=(I_{D1}-I_{D2})=\left({\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}\right)(V_{\mathrm{BIAS}}-V_{83}-V_{\mathrm{TH}})V_{\mathrm{CTRL}}$    …等式9

其中，I_D1、I_D2、V₈₃、以及V_th是放大器装置M₈₁和M₈₂的漏极电流、源极电压和阈值电压。

参考图9，根据本发明实施例的用于增益调节部110的偏置电路113的放大器装置M₉₃工作在三极管(triode)区域(V_DS<<2(V_GS-V_TH))。从图5的电流转换器112提供电流I₀和I_BIAS。此处，当满足k＝0.55时，可变增益放大器100的增益具有宽范围。电流I_BIAS可以由以下等式表示：

$I_{\mathrm{bias}}={\mathrm{\&mu;}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}(V_{91}-V_{\mathrm{TH}})V_{\mathrm{DS}}$    …等式10

如果k＝I_BIAS/4I₀被应用于等式8、等式9、以及等式10，则可变增益放大器100的增益能够由以下等式表示：

$A_v=M\frac{{(1+\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0{I}_{\mathrm{bias}}})}^{1/2}}{{(1-\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{I^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{8I}_0{I}_{\mathrm{bias}}})}^{1/2}}=M\frac{{(1+\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{{\mathrm{kI}}^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{{2I}^2}_{\mathrm{bias}}})}^{1/2}}{{(1-\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}}{I_{\mathrm{bias}}}+\frac{{{\mathrm{kI}}^2}_{\mathrm{Ctrl}}}{{{2I}^2}_{\mathrm{bias}}})}^{1/2}}$

$=M{\left(\frac{1+\frac{(V_{\mathrm{BIAS}}-V_{83}-V_{\mathrm{TH}})}{(V_{91}-V_{\mathrm{TH}})V_{\mathrm{DS}}}\&times;V_{\mathrm{CTRL}}+k{\left[\frac{(V_{\mathrm{BIAS}}-V_{83}-V_{\mathrm{TH}})}{(V_{91}-V_{\mathrm{TH}})V_{\mathrm{DS}}}\right]}^2\&times;\frac{{V^2}_{\mathrm{CTRL}}}{2}}{1-\frac{(V_{\mathrm{BIAS}}-V_{83}-V_{\mathrm{TH}})}{(V_{91}-V_{\mathrm{TH}})V_{\mathrm{DS}}}\&times;V_{\mathrm{CTRL}}+k{\left[\frac{(V_{\mathrm{BIAS}}-V_{83}-V_{\mathrm{TH}})}{(V_{91}-V_{\mathrm{TH}})V_{\mathrm{DS}}}\right]}^2\&times;\frac{{V^2}_{\mathrm{CTRL}}}{2}}\right)}^{1/2}$   …等式11

$=M{\left(\frac{1+\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2}{1-\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2}\right)}^{1/2}$

其中，满足a＝(V_BIAS-V₈₃-V_TH)/(V₉₁-V_TH)V_DS，并满足x＝Vctrl。这里，如果满足V_BIAS-V₈₃＝V₉₁，则可以通过以下等式计算可变增益放大器100的增益：

$A_v=M{\left(\frac{1+\frac{V_{\mathrm{CTRL}}}{V_{\mathrm{DS}}}+\frac{k}{{V^2}_{\mathrm{DS}}}\&times;\frac{{V^2}_{\mathrm{CTRL}}}{2}}{1-\frac{V_{\mathrm{CTRL}}}{V_{\mathrm{DS}}}+\frac{k}{{V^2}_{\mathrm{DS}}}\&times;\frac{{V^2}_{\mathrm{CTRL}}}{2}}\right)}^{/12}=M{\left(\frac{1+\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2}{1-\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2}\right)}^{1/2}$    …等式12

其中，满足a＝1/V_DS，并满足x＝Vctrl。

如上所述，通过基于提出的逼近指数等式调节增益，根据本发明实施例的可变增益放大器100能够具有宽增益变化和宽带宽。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，通过使用逼近指数等式实现可变增益放大器，如图4所示，使得能够在一个单级处确保近似65dB或更大的宽dB线性范围。

另外，根据本发明的实施例，即使当可变增益放大器被确定为具有高增益时，也可阻止带宽变窄。

尽管已经参考示例性实施例示出并描述了本发明，但对于本领域的技术人员来说，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下作出修改和改变是显而易见的。

Claims (8)

1.一种可变增益放大器，具有宽增益变化和宽带宽，所述可变增益放大器包括：

差分放大部，根据增益调节信号对输入信号进行差分放大；以及

增益调节部，基于根据预定偏置电流确定的逼近指数函数来提供所述增益调节信号，并调节所述差分放大部的增益。

2.根据权利要求1所述的可变增益放大器，其中，所述逼近指数函数满足以下等式：

$f\left(x\right)=\frac{[1+\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2]}{[1-\mathrm{ax}+k{\left(\mathrm{ax}\right)}^2/2]}$ ...等式，

其中，k和a是由偏置电流确定的常数，而x是独立变量。

3.根据权利要求1所述的可变增益放大器，其中，所述增益调节部包括电流转换器，所述电流转换器将预定调节信号的电流电平转换为所述增益调节信号的电流电平，所述增益调节信号具有的电流电平与所述调节信号的电流电平不同。

4.根据权利要求3所述的可变增益放大器，其中，所述增益调节部进一步包括：

电压-电流转换器，将来自外部的控制信号的电压电平转换为所述调节信号的电流电平；以及

偏置电路，将所述偏置电流提供到所述电压-电流转换器。

5.根据权利要求3所述的可变增益放大器，其中，所述电流转换器包括：

多个放大单元，在提供预定驱动电源的驱动电源端和接地端之间彼此并联连接，并且所述多个放大单元中的每一个均具有至少两个彼此串联连接的放大器装置；以及

电流平方单元，在所述驱动电源端与所述接地端之间与所述放大单元并联连接，并且具有多个用于镜像来自所述放大单元的电流的放大器装置。

6.根据权利要求4所述的可变增益放大器，其中，所述电压-电流转换器包括：

电平转换电路，具有多个在提供预定驱动电源的驱动电源端和接地端之间彼此并联连接的放大器装置，并将所述调节信号的电压电平转换为电流电平；以及

电流镜像电路，具有多个在所述电平转换电路和所述接地端之间彼此并联连接的放大器装置，并用于镜像来自所述电平转换电路的电流。

7.根据权利要求4所述的可变增益放大器，其中，所述偏置电路包括：

偏置单元，用于镜像来自所述预定驱动电源的电流并提供所述偏置电流；以及

级联放大单元，用于放大所述偏置电流。

8.根据权利要求1所述的可变增益放大器，其中，所述差分放大部进一步包括：

级联输入端，通过调节所述输入信号的输入端的电容来增加操作频率带宽；以及

电感有源负载，连接到所述差分放大部的输出端，调节所述输出端的电容，并增加操作频率带宽。

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