CN102270971A

CN102270971A - 一种低功耗高集成度自动增益控制放大器

Info

Publication number: CN102270971A
Application number: CN2011100951605A
Authority: CN
Inventors: 倪文海; 钟锦定; 徐文华
Original assignee: CANAANTEK Corp Ltd
Current assignee: CANAANTEK Corp Ltd
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-12-07

Abstract

一种低功耗高集成度自动增益控制放大器，该放大器包含依次电路连接的若干级可变增益放大器，前一级放大器的输出端连接后一级放大器的输入端，模数转换器的输入端连接最后一级可变增益放大器的输出端，电荷泵电路连接模数转换器的MAG输出端，滤波器电路连接电荷泵，若干电压转换器，分别对应若干可变增益放大器，每个电压转换器的输入端连接滤波器，输出端连接可变增益放大器，若干直流失调消除电路，分别对应若干可变增益放大器，每个直流失调消除电路连接可变增益放大器。本发明的功耗和电路面积都大大降低，提高了集成度。

Description

一种低功耗高集成度自动增益控制放大器

技术领域

本发明涉及一种低功耗高集成度自动增益控制放大器。

背景技术

在无线通信接收机中，天线接收到的信号强度可能变化很大，而接收机对于这些不同强度的信号都必须能够正确解调。这个信号强度是一个很宽的范围，任何恒定增益的接收机都无法正确解调这么宽能量范围的信号。为了正确解调强弱不同的信号，无线接收机的增益必须根据信号强度进行自动调节，使接收机在弱信号时具有较高的增益，而在强信号时具有较低的增益，使接收机输出端的信号强度保持近似不变，这就是由自动增益控制电路来实现的。绝大多数的无线接收机中，都采用了自动增益控制电路，从而使无线接收机对于很宽的信号强度都能正确解调。

传统的自动控制电路采用纯模拟电路实现，如图1所示，主要由5部分组成，可变增益放大器1、2、3、4（以四级为例），峰值检测电路9，低通滤波器10，比较器11，直流失调消除电路5、6、7、8。可变增益放大器1、2、3、4具有增益控制输入端，它的增益受到控制输入端信号VC的控制；峰值检测器9对可变增益放大器4的输出信号的包络进行检波，检波后的结果送到低通滤波器10进行滤波，得到的可变增益放大器4的输出信号峰值送到比较器11中，与一个参考电平VREF进行比较，比较结果动态调整可变增益放大器1、2、3、4的增益。直流失调消除电路5、6、7、8分别用于消除可变增益放大器1、2、3、4的直流失调。

直流失调主要由于电路中器件的失配等原因引起，直流失调消除电路5、6、7、8如图4所示，放大器VGA输出经由电阻R，电容C构成的滤波器滤除交流信号，通过由场效应管M1、M2构成的放大器放大直流失调信号，该放大了的失调信号通过由场效应管M3、M4构成的跨导转化为直流失调补偿电流返回放大器VGA，从而达到直流失调消除的作用。在直流失调消除电路中，必须消除交流信号的影响，因此，R和C的值会很大，特别是在低中频中，R和C的值将大的难以接受。

传统的自动增益控制电路的环路中，峰值检测电路9，比较器11都采用模拟电路实现，因此不仅需要较多的功耗，而且需要较大的芯片面积，同时，这可变增益放大器1、2、3、4的增益完全相同，或者是完全一样的设计，不利于在线性度要求较高或者噪声性能要求较高下的实现。最后直流失调消除电路5、6、7、8采用完全相同的参数，或者是完全一样的设计。同样会占用过多的芯片面积，降低了芯片的集成度。

发明内容

本发明提供的一种低功耗高集成度自动增益控制放大器，功耗和电路面积都大大降低，提高了集成度。

为了达到上述目的，本发明提供一种低功耗高集成度自动增益控制放大器，该放大器包含：

依次电路连接的若干级可变增益放大器，前一级放大器的输出端连接后一级放大器的输入端；

模数转换器，其输入端连接最后一级可变增益放大器的输出端；

电荷泵，其电路连接模数转换器的MAG输出端（ADC输出幅度位）；

滤波器，其电路连接电荷泵；

若干电压转换器，分别对应若干可变增益放大器，每个电压转换器的输入端连接滤波器，输出端连接可变增益放大器；

若干直流失调消除电路，分别对应若干可变增益放大器，每个直流失调消除电路连接可变增益放大器。

所述的直流失调消除电路中，采用米勒电容C横跨在场效应管M1，M2的栅、漏两端。

所述的直流失调消除电路中，采用两级放大器。

本发明的功耗和电路面积都大大降低，提高了集成度。

附图说明

图1是背景技术中传统的自动增益控制电路的电路结构图；

图2是背景技术中直流失调消除电路的电路结构图；

图3是本发明提供的低功耗高集成度自动增益控制放大器的电路结构图；

图4和图5是可变增益放大器的增益随VC的曲线关系图，其中纵坐标为可变放大器的增益，单位为dB，横坐标为控制信号大小，单位为V；

图6是直流失调消除电路的电路结构图；

图7是直流失调消除电路的电路结构图。

具体实施方式

以下根据图3～图7，具体说明本发明的较佳实施例：

如图3所示，一种低功耗高集成度自动增益控制放大器，该放大器包含：

依次电路连接的可变增益放大器1、2、3、4，前一级放大器的输出端连接后一级放大器的输入端；

模数转换器12，其输入端连接最后一级可变增益放大器4的输出端；

电荷泵13，其电路连接模数转换器12的MAG输出端（模数转换器12的2位ADC输出中，MAG位为幅度位，判断模数转换器12的输入幅度，即自动增益控制放大器输出幅度，SIGN为符号位，判断模数转换器12的输入符号，即自动增益控制放大器输出符号）；

滤波器10，其电路连接电荷泵13；

电压转换器15、16、17、18，分别对应可变增益放大器1、2、3、4，每个电压转换器的输入端连接滤波器10，输出端连接可变增益放大器；

直流失调消除电路5、6、7、8，分别对应可变增益放大器1、2、3、4，每个直流失调消除电路连接可变增益放大器。

本实施例中，所述的滤波器10采用片外大电容。

本发明的工作原理如下：当输入信号Vin减弱时，经可变增益放大器1、2、3、4的放大，再通过模数转换器12后（图3以2bit为例），MAG位（ADC输出幅度位）为高的时间减小，为低的时间变长。当模数转换器12的MAG位为低时，电荷泵13对滤波器10进行充电，当模数转换器12的MAG为高时，电荷泵13对滤波器10进行放电。因此，当输入信号Vin减弱时，电荷泵13对滤波器10充电的时间变长，滤波器10的输出电平变高，可变增益放大器1、2、3、4的增益变大，于是输出信号Vout逐渐增大。由电荷守恒可知，当模数转换器12的MAG位为高的时间与为低的时间比为1:3时，电荷泵13的输出恒定，从而使得可变增益放大器的增益稳定。反之，当输入信号Vin增强时，输出信号Vout输出增大，模数转换器12的 MAG为高的时间增大，电荷泵13放电时间增长，滤波器10的输出减小，总的可变增益放大器增益降低，当模数转换器12的MAG位为高的时间与为低的时间比重新达到为1:3时，可变增益放大器的增益重新稳定。在该自动增益控制放大器中，不再需要峰值检测电路9以及比较器电路11，仅仅采用了一个结构简单的电荷泵电路，功耗和面积都大大降低。

当自动增益控制电路需满足较高的线性度要求时，通过电压转换器15、16、17、18，使可变增益放大器1、2、3、4的增益从小到大排列，其增益随VC的曲线关系如图4所示。从图4中可以看到，随着VC的增大，后一级的可变增益放大器的增益始终要大于前一级可变增益放大器的增益，从而可以实现较高的线性度要求。同时，必须保证相连增益曲线有重叠，避免在不同的VC下有相同的可变增益放大器增益。

同样，若可变增益放大器1、2、3、4从大到小排列，如图5所示，前一级可变增益放大器增益始终大于后一级可变增益放大器的增益，则该自动增益控制放大器具有较好的噪声性能时。同样，保证增益曲线有重叠。

如图6所示，是本发明改进后的直流失调消除电路，将电容C横跨在场效应管M1，M2的栅、漏两端，形成米勒（Miller）电容C，根据米勒定理可知，该电容值等效于图2中的Av*C值，其中Av为场效应管M1、M2构成的放大器增益。图6中通过采用米勒电容可以有效减小芯片面积。而采用两级放大器，增大Av值，可以进一步减小电容大小，减小芯片面积，其中图7中的C2、C3是为了保证两级电路的稳定性。

若要再进一步减小直流失调消除电路的面积，提高芯片集成度，则需要考虑不同直流失调电路在自动增益控制放大器中的位置。在自动增益控制放大器中，可变增益放大器通常工作在放大状态，后一级的可变增益放大器输出始终大于前一级可变增益放大器的输出，即可变增益放大器4的输出信号＞可变增益放大器3的输出信号＞可变增益放大器2的信号输出＞可变增益放大器1的输出信号，直流失调消除电路5、6、7、8必须分别滤除可变放大器1、2、3、4的输出信号，从而提取直流失调信号。由于可变增大放大器4的输出信号很大，直流失调消除电路8中的电阻和电容值也很大，若直流失调消除电路5、6、7只是对直流失调消除电路8的简单复制，则需要很大的芯片面积。考虑到可变增益放大器1的输出信号并不大，因此直流失调消除电路5需要较小的电容和电阻值，而直流失调消除4、5中的电容和电阻值则相应增大，通过合理设置直流失调消除电路5、6、7、8中的电阻和电容值可以降低芯片面积，提高集成度。

本发明具有以下优点：第一，充分利用自动增益控制放大器后级的模数转换器12，环路中仅需一个电荷泵13（滤波器10为片外电容），其结构简单，所需面积及功耗远小于背景技术中采用峰值检测电路9和比较器11所需要的面积与功耗；第二，控制信号VC经电平转换器15、16、17、18控制可变增益放大器1、2、3、4的增益，可以使可变增益放大器1、2、3、4的增益从小到大或者从大到小排列，可以实现较好的线性度或较好的噪声性能；第三，直流失调消除电路5、6、7、8并不是简单的复制关系，根据可变增益放大器1、2、3、4输出信号的大小，合理设置直流失调消除电路5、6、7、8中电容及电阻值，避免简单复制占用过大的芯片面积。第四，直流失调消除电路5、6、7、8并不是低通滤波器的设计，而是采用米勒效应进一步减小电容的面积，从而减少芯片的面积。第五，为了更进一步减小芯片面积，直流失调消除电路5、6、7、8是采用了两级放大器的设计。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种低功耗高集成度自动增益控制放大器，其特征在于，该放大器包含：

电荷泵，其电路连接模数转换器的MAG输出端；

滤波器，其电路连接电荷泵；

2.如权利要求1所述的低功耗高集成度自动增益控制放大器，其特征在于，所述的直流失调消除电路中，采用米勒电容C横跨在场效应管M1，M2的栅、漏两端。

3.如权利要求1所述的低功耗高集成度自动增益控制放大器，其特征在于，所述的直流失调消除电路中，采用两级放大器。