CN102468812A - 可变增益放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可变增益放大器。一种可变增益放大器包括：源极接地晶体管，输入信号被提供到其栅极；多个第一共源共栅晶体管，其源极被连接到源极接地晶体管的漏极；第二共源共栅晶体管，其源极被连接到源极接地晶体管的漏极；第一栅极接地晶体管，其源极被连接到多个第一共源共栅晶体管的漏极，并且恒定电压被施加到其栅极；以及输出负载，其被连接到第一栅极接地晶体管的漏极，其中，多个第一共源共栅晶体管和第二共源共栅晶体管被置入传导状态或非传导状态，从而使得源极接地晶体管的漏极电流恒定，并且使得漏极电流中被提供给多个第一共源共栅晶体管的部分改变。

Description

可变增益放大器

技术领域

本发明涉及可变增益放大器。

背景技术

收发信机设备设置有能够进行增益调整的可变增益放大器。例如，对天线所接收的高频信号进行放大的可变增益放大器被设置在用于移动通信的便携终端中。该可变增益放大器在所接收的信号比较弱时利用较大增益来放大所接收的信号，并且在所接收的信号比较强时利用较小增益来放大所接收的信号从而使得不存在输出饱和。

另外，可变增益放大器被设置在便携终端中，以放大将要从天线发射的高频信号。该可变增益放大器在到达基站的信号较弱时利用较大增益来放大发送信号，并且在到达基站的信号较强时利用较小增益来放大发送信号。

这种可变增益放大器具有放大输入信号的发射极接地晶体管、以及连接到该发射极接地晶体管的多个并联的共源共栅晶体管(垂直堆叠的晶体管)。另外，该可变增益放大器具有连接到多个共源共栅晶体管中的一部分的输出负载、以及执行对于共源共栅晶体管中的每个的导通/截止控制的栅极电位控制电路。

利用该栅极电位控制电路，通过控制由发射极接地晶体管放大后的输入信号(下文中称为放大后的信号)中的流向输出负载的电流部分，使得增益(输出信号与输入信号的强度比)得到调整。(例如，参见日本提前专利公开No.2007-259297)。

发明内容

根据本实施例的一个方面，可变增益放大器包括：源极接地晶体管，输入信号被提供给该源极接地晶体管的栅极；多个第一共源共栅晶体管，这多个第一共源共栅晶体管的源极被连接到源极接地晶体管的漏极；第二共源共栅晶体管，该第二共源共栅晶体管的源极被连接到源极接地晶体管的漏极；第一栅极接地晶体管，该第一栅极接地晶体管的源极被连接到多个第一共源共栅晶体管的漏极，并且恒定电压被施加到该第一栅极接地晶体管的栅极；以及输出负载，该输出负载被连接到第一栅极接地晶体管的漏极，其中多个第一共源共栅晶体管和第二共源共栅晶体管被置入传导状态或者非传导状态，从而使得源极接地晶体管的漏极电流恒定并且该漏极电流中被提供给多个第一共源共栅晶体管的部分改变。

利用该器件，可变增益放大器中的增益误差可以被抑制。

附图说明

图1是一实施例的可变增益放大器的电路图；

图2是示出可变增益放大器的一示例的电路图；

图3是与多个第一共源共栅联晶体管和输出负载相对应的小信号等效电路(部分1)；

图4是与多个第一共源共栅晶体管和输出负载相对应的小信号等效电路(部分2)；以及

图5是用于一般可变增益放大器的小信号等效电路。

具体实施方式

如前所述，通过控制由发射极接地晶体管放大后的输入信号(下文中称为放大后的信号)中的流向输出负载的电流部分，使得增益(输出信号与输入信号的强度比)得到调整。然而，在放大后的信号中流向输出负载的电流部分改变的情况下，横跨输出负载的电压改变，并且连接至输出负载的共源共栅晶体管的源极-漏极电压会波动。结果，共源共栅晶体管的内部电阻改变，并且实际的增益和期望增益之间出现误差。所以，在可变增益放大器中，存在出现增益误差的问题。因此，本发明的一个目的是解决该问题。

将参考附图说明本发明的优选实施例。

(1)结构

图1是一实施例的可变增益放大器2的电路图。

如图1中所示，可变增益放大器2具有源极接地晶体管M0、多个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1(下文中称为第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1)、第二共源共栅晶体管Mb0、第一栅极接地晶体管Mc0、以及输出负载R0。其中，输入信号被提供给源极接地晶体管M0的栅极。

这里，源极接地晶体管M0的漏极D被连接至多个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1的源极S。

源极接地晶体管M0的漏极D还被连接到第二共源共栅晶体管Mb0的源极。多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的漏极被连接到第一栅极接地晶体管Mc0的源极。另外，输出负载R0的一端被连接到第一栅极接地晶体管Mc0的漏极。电源电压AVD被提供给输出负载R0的另一端。另一方面，接地层GR被连接到源极接地晶体管M0的源极，提供地电位。

可变增益放大器2还具有第二栅极接地晶体管Md0、第一电压补偿负载R1、第三共源共栅晶体管Mb1、第三栅极接地晶体管Md1、以及第二电压补偿负载R2。

这里，第二共源共栅晶体管Mb0的漏极被连接到第二栅极接地晶体管Md0的源极。另外，第一电压补偿负载R1的一端被连接到第二栅极接地晶体管Md0的漏极。电源电压AVD被提供给第一电压补偿负载R1的另一端。

源极接地晶体管M0的漏极被连接到第三共源共栅晶体管Mb1的源极。第三共源共栅晶体管Mb1的漏极被连接到第三栅极接地晶体管Md1的源极。另外，第二电压补偿负载R2的一端被连接到第三栅极接地晶体管Md1的漏极。电源电压AVD被提供给第二电压补偿负载R2的另一端。

第一栅极接地晶体管Mc0、第二栅极接地晶体管Md0、以及第三栅极接地晶体管Md1的栅极全部被连接到第一电压端子P1。第一恒定电压VG1被提供给该第一电压端子P1。这里，恒定电压是与接地层GR的电位差，并且是具有恒定值的DC电压(下同)。

另外，可变增益放大器2具有共源共栅晶体管控制电路4，该控制电路分别执行对于多个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1、第二共源共栅晶体管Mb0、以及第三共源共栅晶体管Mb1中的每一个晶体管的导通/截止控制。该共源共栅晶体管控制电路4具有第一开关元件SWa0、第二开关元件SWa1、第三开关元件SWb0、以及第四开关元件SWb1。

第一开关元件SWa0的两端分别被连接到多个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1之一(下文中称为第一共源共栅晶体管Ma0)的栅极和第二电压端子P2。恒定电压VG2被提供给该第二电压端子P2。类似地，第二到第四开关元件SWa1、SWb0、SWb1的两端分别被连接到相应的共源共栅晶体管的栅极和第二电压端子P2。

另外，可变增益放大器2具有耦合电容器C1和偏置电阻器Rin。耦合电容器C1的两端分别被连接到源极接地晶体管M0的栅极和输入端子IN。偏置电阻器Rin的两端分别被连接到源极接地晶体管M0的栅极和第三电压端子P3。这里，输入信号被提供给输入端子IN。第三恒定电压VG3被提供给第三电压端子P3。

上述晶体管(源极接地晶体管M0等)中的每一个例如是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。优选的是，这些晶体管被形成在相同的硅衬底上，并且具有基本相同厚度的栅极氧化膜和基本相同的沟道长度。但是，晶体管的沟道宽度并不总是恒定的，如下面所说明的。当以上晶体管为n型MOSFET时，AVD＞VG1＞VG2＞VG3。另一方面，当以上晶体管为p型MOSFET时，AVD＜VG1＜VG2＜VG3。

第一到第四开关元件SWa0、SWa1、SWb0、SWb1例如为MOS传输门(transfer gate)。另外，负载(输出负载R0、第一电压补偿负载R1、以及第二电压补偿负载R2)例如是电阻器元件。

(2)操作

图2是示出可变增益放大器2a的示例的电路图。该可变增益放大器2a具有与本实施例的可变增益放大器2基本相同的结构。但是，可变增益放大器2a不包括第一到第三栅极接地晶体管Mc0、Md0和Md1、或者第一和第二电压补偿负载R1和R2。

本实施例的可变增益放大器2的可变增益操作基本与可变增益放大器2a的相同。所以，首先说明可变增益放大器2a的可变增益操作，并且同时说明其问题。

可变增益放大器2a的每个晶体管被施加至其栅极的电源电压AVD以及第二和第三恒定电压VG2和VG3偏置为在饱和状态中操作。在这种状态中，微小的输入信号被施加至输入端子IN，并且该输入信号经由耦合电容器C1被施加至源极接地晶体管M0的栅极。这样，信号分量出现在源极接地晶体管M0的漏极电流中，并且该信号分量被提供给第一到第三共源共栅晶体管Ma0、Ma1、Mb0、Mb1。可以使用小信号等效电路来说明该信号分量的行为。

图3和图4是与多个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1、以及输出负载R0相对应的小信号等效电路。图3是一个第一共源共栅晶体管Ma0处于传导状态(导通状态)并且另一第一共源共栅晶体管Ma1处于非传导状态(截止状态)的情况下的小信号等效电路6a(下文中称为状态a)。图4是多个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1都处于传导状态的情况下的小信号等效电路6b(下文中称为状态b)。

在与状态a相对应的图3的小信号等效电路6a中，输出负载R0被串联连接到用于第一共源共栅晶体管Ma0的小信号等效电路8a。用于第一共源共栅晶体管Ma0的小信号等效电路8a具有并行连接的小信号电流源12a和内部电阻10a。输出负载R0的一端(电源电压AVD侧的端子)是AC接地的，如图3中所示。

这里，小信号电流源12a的输出电流的大小为gm₀×(Vg^*-Vs^*)。gm₀是第一共源共栅晶体管Ma0的跨导。Vg^*和Vs^*分别是第一共源共栅晶体管Ma0的栅极电位和源极电位。具有上标“*”的变量(例如，Vg^*)是相应电量(例如，栅极电位Vg)的小信号分量。

在分析与图3的电路相对应的电路等式时，获得下面的等式。

[E1]

$V_s^{*}=\frac{(1+\frac{R0}{r0})\·{I_{s0}}^{*}+g{m}_0\·r0\·V_g^{*}}{g{m}_0+\frac{1}{r0}}\·\·\·\·\·\left(1\right)$

这里，I_s0 ^*是第一共源共栅晶体管Ma0的源极电流。R0是输出负载R0的电阻值。r0是内部电阻10a的电阻值。

恒定电压VG2被施加给处于传导状态中的第一共源共栅晶体管Ma0的栅极。所以，Vg^*＝0。将该等式代入等式(1)，得到以下等式。

[E2]

$\frac{V_s^{*}}{{I_{s0}}^{*}}=\frac{1+\frac{R0}{r0}}{g{m}_0+\frac{1}{r0}}\·\·\·\·\·\left(2\right)$

等式(2)包括输出如在R0，但是输出负载R0的电阻值正常情况下大约为50欧。另一方面，晶体管内部电阻r0一般为数千欧(例如，3.5千欧)。即，r0＞＞R0。所以，等式(2)可以近似为如下。

[E3]

$\frac{V_s^{*}}{{I_{s0}}^{*}}\≅\frac{1}{g{m}_0+\frac{1}{r0}}\·\·\·\·\·\left(3\right)$

所以，与其中只有第一共源共栅晶体管Ma0处于传导状态的状态a相对应的小信号等效电路6a等效于具有由等式(3)的右手侧表示的电阻值的电阻元件。

在图4的小信号等效电路6b中，与两个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1都处于传导状态的状态b相对应，分别与第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1相对应的小信号等效电路8a和8b被并联连接，并且该并联电路被串联连接到输出负载R0。

在分析与图4的电路相对应的电路等式时，得到下面的等式。

[E4]

$\frac{V_s^{*}}{{I_{s0}}^{*}+{I_{s1}}^{*}}\≅\frac{1}{\frac{1}{g{m}_0+\frac{1}{r0}}+\frac{1}{g{m}_1+\frac{1}{r1}}}\·\·\·\·\·\left(4\right)$

这里，I_s0 ^*是一个第一共源共栅晶体管Ma0的源极电流。I_s1 ^*是另一个第一共源共栅晶体管Ma1的源极电流。gm1是另一个共源共栅晶体管Ma1的跨导。r1是另一个第一共源共栅晶体管Ma1的内部电阻值。

所以，与其中第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1都处于传导状态的状态b相对应的小信号等效电路6b等效于并联连接的两个电阻元件。等式(4)的分母中的第一项是与一个第一共源共栅晶体管Ma0相对应的电阻元件的电阻值。等式(4)的分母中的第二项是与另一个第一共源共栅晶体管Ma1相对应的电阻元件的电阻值。

另外，如从以上的说明可以明白的，传导状态中的第二共源共栅晶体管Mb0的小信号等效电路也等效于电阻元件。该电阻元件的电阻值是通过将第二共源共栅晶体管Mb0的跨导和内部电阻值gm₀和r0代入等式(3)的右侧得出的值。对于第三共源共栅晶体管Mb1来说相同。

还可以从以上说明中明白的是，传导状态中的共源共栅晶体管Ma0、Ma1、Mb0、Mb1与电源电压AVD之间的电路等效于电阻元件(下文中称为等效电阻元件)。所以，用于一般的可变增益放大器2a的小信号等效电路是简单电路。

图5是用于一般可变增益放大器2a的小信号等效电路14。该小信号等效电路14具有与源极接地晶体管M0相对应的小信号等效电路16、以及与传导状态中的第一到第三共源共栅晶体管Ma0、Ma1、Mb0、Mb1相对应的等效电阻元件14a、14b、14c、14d。小信号等效电路14还具有分别被串联连接到这些等效电阻元件14a、14b、14c、14d的开关元件SWa、SWb、SWc、SWd，这些开关元件根据相应的共源共栅晶体管的传导/非传导状态而断开或闭合。

这里，与第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1相对应的等效电阻元件14a和14b的一端被连接在一起，如图5中所示。这样，在等效电阻元件14a和14b中流动的电流被组合成为负载电流I_R ^*。该负载电流I_R ^*被提供给输出负载R0(参见图2)，并且小信号电压出现在输出负载R0的两端。该小信号电压被从输出端子OUT输出，并且成为输出信号。当推导近似等式(3)时输出负载R0被忽略，所以其不存在于小信号等效电路14中。

与源极接地晶体管M0相对应的小信号等效电路16具有并联连接的小信号电流源18和内部电阻20，如图5中所示。这里，小信号电流源18的电流值是通过将被提供给输入端子IN的输入信号的电压Vin^*与其跨导gm相乘得到的值(＝gm×Vin^*)。

等效电阻元件14a、14b、14c、14d的电阻值是基于等式(3)得到的值。例如，通过将第二共源共栅晶体管Mb0的跨导和内部电阻值gm₀和r0代入等式(3)的右侧，就会得出与第二共源共栅晶体管Mb₀相对应的等效电阻元件14c的电阻值。

开关元件SWa、SWb、SWc、SWd响应于与共源共栅晶体管控制电路4(未示出)相对应的开关元件SWa0、SWa1、SWb0、SWb1的断开和闭合而断开和闭合。

这里，优选的是，第一到第三共源共栅晶体管Ma0、Ma1、Mb0、Mb1被形成在相同的衬底上，并且具有基本相同厚度的栅极氧化膜和基本相同长度的沟道。在这种情况中，第一到第三共源共栅晶体管中的各个跨导与各个共源共栅晶体管的沟道宽度W成正比。另外，第一到第三共源共栅晶体管的各个内部电阻值与各个共源共栅晶体管的沟道宽度W成反比。所以，图5中的等效电阻元件14a、14b、14c、14d的各个电导(电阻值的倒数)与各个共源共栅晶体管的沟道宽度W成正比，如从等式(3)可以明白的。

接下来，该小信号等效电路14被用来说明一般可变增益放大器2a的可变增益操作。这里，假设第一到第三共源共栅晶体管Ma0、Ma1、Mb0、Mb1的沟道宽度之比为1∶1∶2∶3。在这种情况中，等效电阻元件14a、14b、14c、14d的电导(电阻值的倒数)之比为1∶1∶2∶3。比较只有开关元件SWa、开关元件SWb和开关元件SWc被闭合(下文中称为状态A)的情况和只有开关元件SWa和开关元件SWd被闭合(下文中称为状态B)的情况。状态A和B分别与小信号等效电路14的状态a和b相对应。

在状态A的情况中，连接到闭合的开关元件SWa、SWb、SWc的等效电阻元件14a、14b、14c的电导之和是等效电阻元件14a的电导的四倍(＝1+1+2)。在状态B的情况中，连接到闭合的开关元件SWa、SWd的等效电阻元件14a、14d的电导之和是等效电阻元件14a的电导的四倍(＝1+3)。所以，在状态A和状态B的两种情况中，并联连接到小信号等效电路16(对应于源极接地晶体管M0)的等效电阻元件的电导之和不变。所以，状态A中的小信号等效电路16的输出电流I^*和状态B中的输出电流I^*相同。小信号等效电路16的输出电流I^*是源极接地晶体管M0的漏极电流中包括的信号分量(AC分量)。

在状态A中，电流在与第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1相对应的两个等效电阻元件14a、14b中流动。这里，等效电阻元件14a和等效电阻元件14b的电导之比为1∶1。所以，负载电流I_R ^*是在等效电阻元件14a中流动的电流的两倍(＝1+1)。另一方面，在状态B中，与等效电阻元件14b相对应的开关元件SWb被断开，以使得没有电流在等效电阻元件14b中流动。所以，负载电流I_R ^*是等效电阻元件14a中流动的电流的一倍(＝1)。

所以，状态A和状态B的负载电流I_R ^*的大小之比为2∶1。如上面所说明的，输出信号是由负载电流I_R ^*引起的出现在负载电阻R0两端的电压。所以，状态A和状态B的输出信号的大小之比为2∶1。即，状态A的增益(输出信号大小与输入信号大小之比)比状态B的增益高6dB(＝20×log2)。通过该操作，在一般的可变增益放大器2a中实现了可变增益。同样在本实施例的可变增益放大器2中，通过类似操作实现了可变增益。

在以上操作中，源极接地晶体管M0的输出电流I^*中的被提供给输出负载R0的电流改变，并且实现了可变增益操作。这里，输出电流I^*是通过断开或闭合共源共栅晶体管控制电路4的开关元件SWa0、SWa1、SWb0、SWb1来控制的。

当开关元件SWa0、SWa1、SWb0、SWb1中的任意一个被闭合时，恒定电压VG2被施加到所连接的共源共栅晶体管的栅极。这样，所连接的共源共栅晶体管进入传导状态。另一方面，当开关元件SWa0、SWa1、SWb0、SWb1中的任意一个被断开时，所连接的共源共栅晶体管的栅极被断开，并且所连接的共源共栅晶体管进入非传导状态。

开关元件SWa0、SWa1、SWb0、SWb1被断开和闭合，从而使得源极接地晶体管M0的漏极电流恒定并且此外以上的漏极电流中的被提供给多个第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1的电流部分改变。所以，源极接地晶体管M0的输出电流I^*(小信号输出电流)恒定，并且此外以上的输出电流I^*中的被提供给第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1的电流部分改变。这样，被提供给输出负载R0的以上输出电流I^*改变，并且实现了可变增益操作。

除了作为小信号分量的负载电流I_R ^*外，第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1的漏极电流的DC分量也被提供给输出负载R0。所以，DC电压在输出负载R0两端出现，并且第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的漏极电位下降(即，存在电压降)。另一方面，第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1的源极电位被基本固定在比施加到栅极的恒定电位VG2低出晶体管的阈值Vth的电位处(＝VG2-Vth)。所以，由于输出负载的电压降，使得第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的源极-漏极电压被降低。

如所公知的，当源极-漏极电压低时，晶体管的内部电阻值小。所以，如以上所说明的，当第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的源极-漏极电压下降时，与第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1相对应的等效电阻元件14a、14b的电导升高(参见等式(3))。

另一方面，第二和第三共源共栅晶体管Mb0、Mb1被直接连接到电源电压AVD，从而使得其漏极电位被固定在电源电压AVD。所以，第二和第三共源共栅晶体管Mb0、Mb1的内部电阻值恒定，并且与这些晶体管相对应的等效电阻元件14c、14d的电导几乎不变。

如上面所说明的，只有等效电阻元件中的一部分的电阻值下降，使得源极接地晶体管M0的输出电流I^*中的流到等效电阻元件的电流部分改变。从而，在一般的可变增益放大器2a的增益中出现了误差。这种增益误差在下文中被称为静态增益误差。

另外，在一般的可变增益放大器2a中，即使在增益被改变时，也会出现增益误差。当第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的传导状态被改变以改变增益时，输出负载R0中流动的DC电流改变。所以，第一共源共栅晶体管Ma0的内部电阻值改变，并且增益变为与基于图5的小信号等效电路的设计值不同的值。即，出现了增益误差。该增益误差在下文中被称为动态增益误差。

--动态增益误差的抑制--

所以，在本实施例的可变增益放大器2中，第一栅极接地晶体管Mc0被设置在第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1和电源电压AVD之间，如图1中所示。这样，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的漏极电位的波动被抑制。

第一栅极接地晶体管Mc0的源极电位基本固定在比施加到其栅极的第一恒定电压VG1低出(第一栅极接地晶体管Mc0的)阈值电压Vth的电位处(＝VG1-Vth)。第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的漏极电位与第一栅极接地晶体管Mc0的源极电位相同，如从图1的电路图中可以明白的。所以，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的漏极电位被固定在基本恒定的值(＝VG1-Vth)。另外，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的源极电位通过施加到栅极的恒定电压VG2而被固定在基本恒定的值处。所以，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的源极-漏极电压基本恒定。所以，即使在输出负载R0中流动的电流改变时，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的内部电阻值也基本不存在变化。所以，动态增益误差得到抑制。

--静态增益误差的抑制--

在本实施例中，如图1中所示，第二栅极接地晶体管Md0被设置在第二共源共栅晶体管Mb0和电源电压AVD之间。这样，第二共源共栅晶体管Mb0的漏极电位取比施加到第二栅极接地晶体管Md0的栅极的第一恒定电压VG1低出第二栅极接地晶体管Md0的阈值的值。

如上面说明的，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的漏极电位比第一恒定电压VG1低出第一栅极接地晶体管Mc0的阈值。这里，MOS晶体管的阈值基本恒定。

所以，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的漏极电位和第二共源共栅晶体管Mb0的漏极电位基本相等。另外，通过将恒定电压VG2施加到各个栅极，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的源极电位和第二共源共栅晶体管Mb0的源极电位被固定在基本相等的值。所以，第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的源极-漏极电压与第二共源共栅晶体管Mb0的源极-漏极电压基本相等，从而静态增益误差得到抑制。

类似地，通过设置第三栅极接地晶体管Md1，由第三共源共栅晶体管Mb1导致的静态增益误差被抑制。第一到第三栅极接地晶体管Mc0、Md0、Md1被偏置到饱和状态，类似于其他晶体管。

--残余增益误差的抑制--

如上面所说明的，恒定电压被施加到其栅极的晶体管的源极电位被基本固定在比栅极电位低出其阈值的值。但是，当漏极电位改变时，源极电位也改变(尽管微小)。所以，当第二栅极接地晶体管Md0被直接连接到电源电压AVD时，在第一栅极接地晶体管Mc0和第二栅极接地晶体管Md0的源极电位中出现微小差异，从而导致增益误差。即，即使在设置了第二和第三栅极接地晶体管Md0、Md1时，也依然残留有微小的静态增益误差。

所以如图1中所示，在本实施例中，第一电压补偿负载R1被设置在第二栅极接地晶体管Md0和电源电压AVD之间，这样，残余增益误差被抑制。当设置有第一电压补偿负载R1时，由于其电压降，使得第二栅极接地晶体管Md0的漏极电位接近第一栅极接地晶体管Mc0的漏极电位。这样，第一栅极接地晶体管Mc0和第二栅极接地晶体管Md0的源极电位的差异被减小，从而使得残余增益误差被抑制。

另外，第二电压补偿负载R2也被设置在可变增益放大器2中的第三栅极接地晶体管Md1和电源电压AVD之间。这样，由于第三栅极接地晶体管Md1引起的残余增益误差被抑制。

在本实施例中，第三栅极接地晶体管Md1的沟道宽度比第二栅极接地晶体管Md0的沟道宽度更宽。所以，比流入第一电压补偿负载R1中的电流更多的电流流入第二电压补偿负载R2。所以，当第一电压补偿负载R1和第二电压补偿负载R2的电阻值相同时，第二栅极接地晶体管Md0的漏极电位和第三栅极接地晶体管Md1的漏极电位不相等。结果，残余增益误差的抑制是不充分的。

所以，在可变增益放大器2中，第一电压补偿负载R1的电阻值和第二电压补偿负载R2的电阻值与第二栅极接地晶体管Md0的沟道宽度和第三栅极接地晶体管Md1的沟道宽度成反比(参见下面的表3)。这样，第一电压补偿负载R1和第二电压补偿负载R2两端的电压降相同，从而使得残余增益误差被充分抑制。

还可以通过使第二电压补偿负载R2的电阻值小于第一电压补偿负载R1的电阻值小来简单地抑制残余增益误差。

为了确认以上的操作，利用电路仿真器来分析图1中所示的可变增益放大器2。首先，适当地确定每个晶体管的参数值(沟道长度等)，然后在状态A和B两者中执行仿真。这里，状态A是恒定电压VG2被施加到第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1以及第二共源共栅晶体管Mb0的栅极，从而使得这些晶体管传导的状态。状态B是恒定电压VG2被施加到一个第一共源共栅晶体管Ma0和第三共源共栅晶体管Mb1的栅极，从而使得这些晶体管传导的状态。

表1.用于状态A的参数值

表2.用于状态B的参数值

表3.负载电阻值

	R0	R1	R2
				电阻值(欧)	50	50	33.333

表1示出了通过状态A的仿真得到的每个晶体管的内部电阻值和跨导。表2示出了通过状态B的仿真得到的每个晶体管的内部电阻值和跨导。表3示出了在仿真中使用的输出负载R0等的电阻值。

如表1和表2中所示，传导状态中的晶体管的跨导与其栅极宽度成正比，并且内部电阻值与栅极宽度成反比。另一方面，非传导状态中的晶体管的跨导基本为零。非传导状态中的晶体管的内部电阻值是比导通状态中的内部电阻值高出两个量级以上的大小。

如表1和表2中所示，即使在操作状态从状态A改变到状态B时，第一共源共栅晶体管Ma0的内部电阻值也几乎不变。并且，根据仿真，状态A中的增益比状态B中的增益高6.0dB。该增益差与基于小信号等效电路14的设计值相符。即，通过本实施例的可变增益放大器2，几乎没有增益误差出现。

另一方面，在仿真图2中所示的一般可变增益放大器2a时，状态A中的第一共源共栅晶体管Ma0的内部电阻值为3.30千欧，并且状态B中的第一共源共栅晶体管Ma0的内部电阻值为2.98千欧。并且，状态A中的增益比状态B中的增益高5.7dB。也就是说，大约0.3dB的增益误差出现在一般的可变增益放大器2a中。

这样，一般的可变增益放大器2a生成增益误差。但是，利用本实施例的可变增益放大器2，这种增益误差可以被抑制。

如上面说明的，在本实施例中，通过设置第一栅极接地晶体管Mc0、第二栅极接地晶体管Md0、第三栅极接地晶体管Md1、第一电压补偿负载R1、以及第二电压补偿负载R2，误差增益被抑制。但是，第一电压补偿负载R1和第二电压补偿负载R2可以被省去。即使这些负载被省去，静态增益误差和动态增益误差也可以被抑制，从而使得增益误差较小。

另外，第二栅极接地晶体管Md0和第三栅极接地晶体管Md1可以被省去。即使这些晶体管被省去，动态增益误差也可以被抑制，从而使得增益误差较小。

接下来，将根据从每个晶体管发送的电流的流动来说明可变增益放大器2的操作。首先，输入信号被提供给源极接地晶体管M0的栅极。接下来，源极接地晶体管M0的第一漏极电流的部分或全部被提供给多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的源极。并且，除了被提供给多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的部分以外的第一漏极电流的部分或全部被提供给第二共源共栅晶体管Mb0的源极。另外，除了被提供给第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1和第二共源共栅晶体管Mb0的部分以外的第一漏极电流被提供给第三共源共栅晶体管Mb1的源极。

接下来，多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的第二漏极电流被提供给第一栅极接地晶体管Mc0的源极，其中恒定电压VG1被施加到该第一栅极接地晶体管Mc0的栅极。然后，第一栅极接地晶体管Mc0的第三漏极电流被提供给输出负载R0，并且输出信号出现在输出负载R0的两端。

另一方面，第二共源共栅晶体管Mb0的第四漏极电流被提供给第二栅极接地晶体管Md0的源极，其中恒定电压VG1被提供给该第二栅极接地晶体管Md0的栅极。接下来，第二栅极接地晶体管Md0的第五漏极电流被提供给第一电压补偿负载R1，然后被电源电压AVD所吸收。

类似地，第三共源共栅晶体管Mb1的第六漏极电流被提供给第三栅极接地晶体管Md1的源极，其中恒定电压VG1被提供给该第三栅极接地晶体管Md1的栅极。接着，第三栅极接地晶体管Md1的第七漏极电流被提供给第二电压补偿负载R2，然后被电源电压AVD吸收。

这里，通过由共源共栅晶体管控制电路4向第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1、第二共源共栅晶体管Mb0、以及第三共源共栅晶体管Mb1的栅极提供恒定电压VG2，来将这些晶体管置入传导状态。此时，每个共源共栅晶体管被置入传导状态或者非传导状态，从而使得源极接地晶体管M0的第一漏极电流恒定。另外，每个共源共栅晶体管被置入传导状态或者非传导状态，从而使得被提供给多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的第一漏极电流的部分(即，源极接地晶体管的第一漏极电流中的被提供给多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的电流部分)改变。这样，可变增益放大器2的增益得到控制。

并且，利用第一到第三栅极接地晶体管、以及第一和第二电压补偿负载，第一到第三共源共栅晶体管Ma0、Ma1、Mb0、Mb1的漏极-源极电压被保持在基本相同的值，从而增益误差被抑制。

如图1所示，可变增益放大器2除了具有第二共源共栅晶体管Mb0以外，还包括第三共源共栅晶体管Mb1。但是，第三共源共栅晶体管Mb1可以被省去。

例如，在第三共源共栅晶体管Mb1被省去，并且使得第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1、以及第二共源共栅晶体管Mb0的沟道宽度基本相同的电路中。首先，第一共源共栅晶体管Ma0和Ma1二者都被置入传导状态，并且第二共源共栅晶体管Mb0被置入非传导状态。接着，第一共源共栅晶体管之一Ma0和第二共源共栅晶体管Mb0被置入传导状态，并且另一个第一共源共栅晶体管Ma1被置入非传导状态。于是，在初始状态中在输出负载R0中流动的电流是在随后的状态中在输出负载R0中流动的电流的两倍。所以，实现了具有6dB的增益差的可变增益操作。

在以上示例中，多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1、以及第二共源共栅晶体管Mb0被置入传导状态或者非传导状态，从而使得源极接地晶体管M0的漏极电流恒定。另外，多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1、以及第二共源共栅晶体管Mb0被置入传导状态或者非传导状态，从而使得被提供给多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的以上漏极电流的部分(即，以上漏极电流中的被提供给多个第一共源共栅晶体管Ma0、Ma1的电流部分)改变。

在以上示例中，如图1中所示，第二共源共栅晶体管Mb0是单数的。但是，可以设置多个第二共源共栅晶体管Mb0。类似地，可以设置多个第三共源共栅晶体管Mb1。另外，第一共源共栅晶体管的数目可以是三个以上。

另外，在以上示例中，输出负载R0、第一电压补偿负载R1、以及第二电压补偿负载R2是电阻元件。但是，这些负载不限于电阻元件。这些负载例如可以是漏极被连接到栅极的二极管连接式晶体管。

这里陈述的所有示例和条件性语言旨在用于教导目的，以帮助读者理解本发明以及发明人为了改进技术而贡献的概念，并且应该被看作本发明不限于这些具体陈述的示例和条件，并且说明书中的这些示例的组织不涉及对本发明的优点和不足的示出。尽管详细描述了本发明的实施例，但是应该明白，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以做出各种修改、替代、和改变。

Claims (14)

1.一种可变增益放大器，包括：

源极接地晶体管，输入信号被提供到该源极接地晶体管的栅极；

多个第一共源共栅晶体管，该多个第一共源共栅晶体管的源极被连接到所述源极接地晶体管的漏极；

第二共源共栅晶体管，该第二共源共栅晶体管的源极被连接到所述源极接地晶体管的漏极；

第一栅极接地晶体管，该第一栅极接地晶体管的源极被连接到所述多个第一共源共栅晶体管的漏极，并且恒定电压被施加到该第一栅极接地晶体管的栅极；以及

输出负载，该输出负载被连接到所述第一栅极接地晶体管的漏极，其中

所述多个第一共源共栅晶体管和所述第二共源共栅晶体管被置入传导状态或非传导状态，从而使得所述源极接地晶体管的漏极电流恒定，并且此外使得所述漏极电流中被提供给所述多个第一共源共栅晶体管的部分改变。

2.根据权利要求1所述的可变增益放大器，还包括第二栅极接地晶体管，该第二栅极接地晶体管的源极被连接到所述第二共源共栅晶体管的漏极，并且所述恒定电流被施加到该第二栅极接地晶体管的栅极。

3.根据权利要求2所述的可变增益放大器，还包括：第一电压补偿负载，该第一电压补偿负载被连接到所述第二栅极接地晶体管的漏极。

4.根据权利要求3所述的可变增益放大器，还包括：

第三共源共栅晶体管，该第三共源共栅晶体管的源极被连接到所述源极接地晶体管的漏极；

第三栅极接地晶体管，该第三栅极接地晶体管的源极被连接到所述第三共源共栅晶体管的漏极，并且所述恒定电压被施加到该第三栅极接地晶体管的栅极；以及

第二电压补偿负载，该第二电压补偿负载被连接到所述第三栅极接地晶体管的漏极，其中

所述第三共源共栅晶体管与所述多个第一共源共栅晶体管和所述第二共源共栅晶体管一起被置入传导状态或者非传导状态，从而使得所述源极接地晶体管的漏极电流恒定，并且此外使得所述漏极电流中被提供给所述多个第一共源共栅晶体管的部分改变；

使得所述第三栅极接地晶体管的沟道宽度比所述第二栅极接地晶体管的沟道宽度宽；并且

使得所述第二电压补偿负载的电阻值比所述第一电压补偿负载的电阻值小。

5.根据权利要求4所述的可变增益放大器，其中，所述第一电压补偿负载的电阻值和所述第二电压补偿负载的电阻值与所述第二栅极接地晶体管的沟道宽度和所述第三栅极接地晶体管的沟道宽度成反比。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的可变增益放大器，其中，通过向所述第一至第三共源共栅晶体管的栅极施加恒定电压，所述第一至第三共源共栅晶体管被置入传导状态。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的可变增益放大器，其中，所述源极接地晶体管、所述第一至第三共源共栅晶体管、以及所述第一至第三栅极接地晶体管被偏置为在饱和状态中操作。

8.一种可变增益放大器，包括：

源极接地晶体管，输入信号被提供到该源极接地晶体管的栅极；

多个第一共源共栅晶体管，所述源极接地晶体管的第一漏极电流的部分或者全部被提供给所述多个第一共源共栅晶体管的源极；

第二共源共栅晶体管，除了被提供给所述多个第一共源共栅晶体管的部分以外的第一漏极电流被提供给该第二共源共栅晶体管的源极；

第一栅极接地晶体管，所述多个第一共源共栅晶体管的第二漏极电流被提供给该第一栅极接地晶体管的源极，并且恒定电压被施加于该第一栅极接地晶体管的栅极；以及

输出负载，所述第一栅极接地晶体管的第三漏极电流被提供给该输出负载，其中

所述多个第一共源共栅晶体管和所述第二共源共栅晶体管被置入传导状态或者非传导状态，从而使得第一漏极电流恒定，并且此外使得所述第一漏极电流中被提供给所述多个第一共源共栅晶体管的部分改变。

9.根据权利要求8所述的可变增益放大器，还包括第二栅极接地晶体管，所述第二共源共栅晶体管的第四漏极电流被提供给该第二栅极接地晶体管的源极，并且所述恒定电压被提供给该第二栅极接地晶体管的栅极。

10.根据权利要求9所述的可变增益放大器，还包括第一电压补偿负载，所述第二栅极接地晶体管的第五漏极电流被提供给该第一电压补偿负载。

11.根据权利要求10所述的可变增益放大器，还包括：

第三共源共栅晶体管，除了被提供给所述多个第一共源共栅晶体管和所述第二共源共栅晶体管的部分以外的所述第一漏极电流被提供到该第三共源共栅晶体管的源极；

第三栅极接地晶体管，所述第三共源共栅晶体管的第六漏极电流被提供给该第三栅极接地晶体管的源极，并且所述恒定电压被提供给该第三栅极接地晶体管的栅极；以及

第二电压补偿负载，所述第三栅极接地晶体管的第七漏极电流被提供给该第二电压补偿负载，其中

所述第三共源共栅晶体管与所述多个第一共源共栅晶体管和所述第二共源共栅晶体管一起被置入传导状态或者非传导状态，从而使得所述第一漏极电流恒定，并且此外使得所述第一漏极电流中被提供给所述多个第一共源共栅晶体管的部分改变；

使得所述第三栅极接地晶体管的沟道宽度比所述第二栅极接地晶体管的沟道宽度宽；并且

使得所述第二电压补偿负载的电阻值比所述第一一电压补偿负载的电阻值小。

12.根据权利要求11所述的可变增益放大器，其中，所述第一电压补偿负载的电阻值和所述第二电压补偿负载的电阻值与所述第二栅极接地晶体管的沟道宽度和所述第三栅极接地晶体管的沟道宽度成反比。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的可变增益放大器，其中，通过向所述第一至第三共源共栅晶体管的栅极施加恒定电压，所述第一至第三共源共栅晶体管被置入传导状态。

14.根据权利要求8至12中任一项所述的可变增益放大器，其中，所述源极接地晶体管、所述第一至第三共源共栅晶体管、以及所述第一至第三栅极接地晶体管被偏置为在饱和状态中操作。

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