CN102355216B - 具有折叠结构的吉尔伯特单元 - Google Patents
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Abstract
一种具有折叠结构的吉尔伯特单元，包括一第一输入端、一第二输入端、一负载电路、一输入控制电路、一增益控制电路、一尾电流电路、一第一输出端及一第二输出端，所述第一输入端与所述第二输入端用于输入一对差分信号，所述第一输出端与所述第二输出端用于输出一对差分信号，所述具有折叠结构的吉尔伯特单元还包括一连接于所述输入控制电路与所述增益控制电路之间的镜像电路，所述镜像电路包括一与所述输入控制电路相连的第五场效应管、一与所述输入控制电路相连的第六场效应管、一与所述第六场效应管及所述增益控制电路相连的第十场效应管及一与所述第五场效应管及所述增益控制电路相连的第十一场效应管。本发明结构简单，使用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种吉尔伯特单元，尤指一种具有折叠结构的吉尔伯特单元。
背景技术
吉尔伯特单元为一种可变增益放大器，其增益可由负值连续变化到正值，适用于增益要求反向变化的系统。
请参阅图1，图1为现有的吉尔伯特单元，其中VIN1+、VIN1-为输入差分信号，Vcont1+、Vcont1-为增益调节信号，VB1为源电流偏置电压，VOUT1+、VOUT1-为输出电压。根据该结构可以得出输入共模电压VCM1的范围为：VGS11+2*VDS1<VCM1<VDD1-I1*R/2+VTH1，其中VDD1为电源电压，I1为流过场效应管M77的电流，VGS11为场效应管M11在流过I1/2时的栅源电压，VDS1为过驱动电压，VCM1为输入差分信号VIN1+、VIN1-的共模电压，R=R1=R2，VTH1为场效应管M11的阈值电压；同时可以得出输出电压的最低电压值VOUT1的范围为：VOUT1>3VDS1。
由此可以看出，现有的吉尔伯特单元输入信号的共模电压范围较窄，输出电压摆幅较小。当上一级输出的摆幅较大或下一级需要大的输入摆幅时，此结构将不能满足。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单且具有复位功能的分频器复位电路及系统。
一种具有折叠结构的吉尔伯特单元，包括一第一输入端、一第二输入端、一负载电路、一与所述第一输入端及所述第二输入端相连的输入控制电路、一增益控制电路、一与所述增益控制电路相连的尾电流电路、一与所述负载电路及所述输入控制电路相连的第一输出端及一第二输出端，所述第一输入端与所述第二输入端用于输入一对差分信号，所述第一输出端与所述第二输出端用于输出一对差分信号，所述具有折叠结构的吉尔伯特单元还包括一连接于所述输入控制电路与所述增益控制电路之间的镜像电路，所述镜像电路包括一与所述输入控制电路相连的第五场效应管、一与所述输入控制电路相连的第六场效应管、一与所述第六场效应管及所述增益控制电路相连的第十场效应管及一与所述第五场效应管及所述增益控制电路相连的第十一场效应管。
相对现有技术，本发明具有折叠结构的吉尔伯特单元较佳实施方式将现有的吉尔伯特单元中的源电流进行了折叠，使得输入共模电压的范围增大了，输出电压的范围也增大了，能够满足上一级输出电压的摆幅较大或下一级需要大的输入摆幅的情况，且本发明结构简单，使用范围广泛。
附图说明
图1为现有的吉尔伯特单元的电路图。
图2为本发明具有折叠结构的吉尔伯特单元较佳实施方式的结构框图。
图3为本发明具有折叠结构的吉尔伯特单元较佳实施方式的电路图。
具体实施方式
请参阅图2，本发明具有折叠结构的吉尔伯特单元较佳实施方式包括一第一输入端、一第二输入端、一负载电路、一与该第一输入端及该第二输入端相连的输入控制电路、一与该输入控制电路相连的镜像电路、一与该镜像电路相连的增益控制电路、一与该增益控制电路相连的尾电流电路、一与该负载电路及该输入控制电路相连的第一输出端及一第二输出端。
请同时参阅图3，该第一输入端与该第二输入端用于输入一对差分信号VIN+、VIN-。该负载电路包括一第一电阻RD1及一第二电阻RD2。该输入控制电路包括一第一场效应管M1、一第二场效应管M2、一第三场效应管M3及一第四场效应管M4。该镜像电路包括一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第十场效应管M10及一第十一场效应管M11。该增益控制电路包括一第一控制端Vcont+、一第二控制端Vcont-、一与该第一控制端Vcont+相连的第八场效应管M8及一与该第二控制端Vcont-相连的第九场效应管M9。该尾电流电路为一第七场效应管M7。该第一输出端与该第二输出端用于输出一对差分信号VOUT+、VOUT-。
本发明具有折叠结构的吉尔伯特单元较佳实施方式的具体电路连接关系如下：该第一输入端与该第一场效应管M1的栅极及该第二场效应管M2的栅极相连，并输入差分信号VIN+，该第二输入端与该第三场效应管M3的栅极及该第四场效应管M4的栅极相连，并输入差分信号VIN-。该第一场效应管M1的源级与该第四场效应管M4的源级共同连接该第五场效应管M5的漏极，该第一场效应管M1的漏极、该第三场效应管M3的漏极及该第一电阻RD1的一端共同连接该第二输出端，并输出差分信号VOUT-。该第二场效应管M2的源级与该第三场效应管M3的源级共同连接该第六场效应管M6的漏极，该第二场效应管M2的漏极、该第四场效应管M4的漏极及该第二电阻RD2的一端共同连接该第一输出端，并输出差分信号VOUT+。该第五场效应管M5的栅极与该第九场效应管M9的漏极、该第十一场效应管M11的栅极、漏极共同连接，该第六场效应管M6的栅极与该第八场效应管M8的漏极、该第十场效应管M10的栅极、漏极共同连接。该第七场效应管M7的栅极与一源电流偏置电压端VB相连，其漏极与该第八场效应管M8的源级及该第九场效应管M9的源级相连，该第八场效应管M8的栅极与该第一控制端Vcont+相连，该第九场效应管M9的栅极与该第二控制端Vcont-相连。该第七场效应管M7的源级、该第一电阻RD1的另一端及该第二电阻RD2的另一端共同连接一电源端VDD，该第五场效应管M5的源级、该第六场效应管M6的源级、该第十场效应管M10的源级及该第十一场效应管M11的源级共同连接一接地端GND。
本发明具有折叠结构的吉尔伯特单元较佳实施方式的工作原理分析如下：该输入控制电路、该镜像电路与该负载电路共同组成了两个运算放大器，其中第一个运算放大器由该第一场效应管M1、该第四场效应管M4、该第五场效应管M5、该第一电阻RD1及该第二电阻RD2组成，第二个运算放大器由该第二场效应管M2、该第三场效应管M3、该第六场效应管M6、该第一电阻RD1及该第二电阻RD2组成。第一个运算放大器具有正的增益，第二个运算放大器具有负的增益，该第七场效应管M7为这两个运算放大器提供需要的尾电流。该增益控制电路通过第一控制端Vcont+与第二控制端Vcont-控制流入两个运算放大器的尾电流，从而改变两个运算放大器的增益，由于吉尔伯特单元的增益为两个运算放大器增益之和，故通过第一控制端Vcont+与第二控制端Vcont-的控制可以使吉尔伯特单元从负增益到正增益连续变化，从而实现了可变增益放大器。其中，该第一控制端Vcont+通过该第八场效应管M8控制流过该第十场效应管M10的电流，该第二控制端Vcont-通过该第九场效应管M9控制流过该第十一场效应管M11的电流，又因为该第六场效应管M6为该第十场效应管M10的镜像，该第五场效应管M5为该第十一场效应管M11的镜像，从而实现了通过第一控制端Vcont+与第二控制端Vcont-来控制该第五场效应管M5与该第六场效应管M6的作用。此时输入共模电压VCM的范围为：VGS1+VDS<VCM<VDD-I*RD/2+VTH，其中VDD为电源电压，I为流过场效应管M7的电流，VGS1为场效应管M1在流过I/2时的栅源电压，VDS为过驱动电压，VCM为输入差分信号VIN+、VIN-的共模电压，RD=RD1=RD2，VTH为场效应管M1的阈值电压；同时可以得出输出电压的最低电压值VOUT的范围为：VOUT>2VDS。
由此可以看出，本发明具有折叠结构的吉尔伯特单元较佳实施方式将现有的吉尔伯特单元中的源电流进行了折叠，使得输入共模电压VCM的范围增大了，输出电压的范围也增大了，能够满足上一级输出电压的摆幅较大或下一级需要大的输入摆幅的情况，且本发明结构简单，使用范围广泛。
Claims (4)
1.一种具有折叠结构的吉尔伯特单元，包括一第一输入端、一第二输入端、一负载电路、一与所述第一输入端及所述第二输入端相连的输入控制电路、一增益控制电路、一与所述增益控制电路相连的尾电流电路、一与所述负载电路及所述输入控制电路相连的第一输出端及一第二输出端，所述第一输入端与所述第二输入端用于输入一对差分信号，所述第一输出端与所述第二输出端用于输出一对差分信号，其特征在于：所述具有折叠结构的吉尔伯特单元还包括一连接于所述输入控制电路与所述增益控制电路之间的镜像电路，所述镜像电路包括一与所述输入控制电路相连的第五场效应管、一与所述输入控制电路相连的第六场效应管、一与所述第六场效应管及所述增益控制电路相连的第十场效应管及一与所述第五场效应管及所述增益控制电路相连的第十一场效应管，所述输入控制电路包括一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管及一第四场效应管，所述第一输入端与所述第一场效应管的栅极及所述第二场效应管的栅极相连，所述第二输入端与所述第三场效应管的栅极及所述第四场效应管的栅极相连，所述负载电路包括一第一电阻及一第二电阻，所述第一场效应管的源级与所述第四场效应管的源级共同连接所述第五场效应管的漏极，所述第一场效应管的漏极、所述第三场效应管的漏极及所述第一电阻的一端共同连接所述第二输出端，所述第二场效应管的源级与所述第三场效应管的源级共同连接所述第六场效应管的漏极，所述第二场效应管的漏极、所述第四场效应管的漏极及所述第二电阻的一端共同连接所述第一输出端。
2.如权利要求1所述的具有折叠结构的吉尔伯特单元，其特征在于：所述增益控制电路包括一第一控制端、一第二控制端、一与所述第一控制端相连的第八场效应管及一与所述第二控制端相连的第九场效应管，所述第五场效应管的栅极与所述第九场效应管的漏极、所述第十一场效应管的栅极、漏极共同连接，所述第六场效应管的栅极与所述第八场效应管的漏极、所述第十场效应管的栅极、漏极共同连接。
3.如权利要求2所述的具有折叠结构的吉尔伯特单元，其特征在于：所述尾电流电路为一第七场效应管，所述第七场效应管的栅极与一源电流偏置电压端相连，其漏极与所述第八场效应管的源级及所述第九场效应管的源级相连，所述第八场效应管的栅极与所述第一控制端相连，所述第九场效应管的栅极与所述第二控制端相连。
4.如权利要求3所述的具有折叠结构的吉尔伯特单元，其特征在于：所述第七场效应管的源级、所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的另一端共同连接一电源端，所述第五场效应管的源级、所述第六场效应管的源级、所述第十场效应管的源级及所述第十一场效应管的源级共同连接一接地端。
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