CN102647163B - 可变增益放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可变增益放大电路，其目的在于，提供一种不会使输入信号的传输损失产生，能以小规模的结构来精度良好地进行增益调整的可变增益放大电路。在放大耦合线以及接地线间，并联连接多个放大部，其中该放大部包含开关元件、以及在该开关元件处于导通状态的情况下经由该开关元件在放大耦合线以及接地线间流过对应于输入信号的电流的放大用晶体管，根据增益控制信号，将各放大部的每一个开关元件个别地设定成导通或者截止状态，由此对放大增益进行变更。

Description

可变增益放大电路
技术领域
本发明涉及通过可变增益来放大输入信号的可变增益放大电路。
背景技术
在移动无线通信中使用的接收机中，为了即使产生伴随着到基站的距离、障碍物等的影响的电波衰减也要将接收信号的电平维持成固定，而在其前端（front end）部搭载有对应于接收信号的电平使其增益变化的可变增益放大电路。
作为可变增益放大电路，提出了一种较宽地取得其可变增益的范围的可变增益放大电路（参照专利文献1的图1）。在这样的可变增益放大电路中，作为进行接收信号的放大的晶体管，采用了将多个放大用晶体管（Q1～Qn）的集电极端子分别共同连接的结构。
在放大用晶体管各自的基极端子设置有开关（SW1-1～SW1-n、SW2-1～SW2-n），该开关根据与增益控制信号对应的开关切换信号，设定是否分别个别地接受接收信号（RF输入）的供给。即，对与设定成接受接收信号的供给的状态的开关连接的放大用晶体管的基极端子供给接收信号，在该放大用晶体管的集电极-发射极间，流过对应于接收信号的放大电流（Ic）。另一方面，对与设定成不接受接收信号的供给的状态的开关连接的放大用晶体管的基极端子不进行接收信号的供给，因此在该放大用晶体管的集电极-发射极间不会流过上述的放大电流。此时，在多个放大用晶体管（Q1～Qn）中，设定成接受接收信号的供给的状态的开关的数量越多，分别流入到放大用晶体管中的放大电流越大，其数量越少，分别流入到放大用晶体管中的放大电流越小。即，在这样的可变增益放大电路中，通过变更在多个放大用晶体管的每一个中要成为接收信号的供给对象的放大用晶体管的数量，从而实现放大增益的变更。
可是，在该可变增益放大电路中，由于在接收信号的传输路径中介有开关，所以存在伴随着该开关的导通电阻、寄生电容的信号电平的衰减产生的问题。
此外，由于变更要被供给接收信号的放大用晶体管的数量，所以存在输入阻抗按每个增益发生变化而无法得到期望的增益的问题。
此外，在上述的可变增益放大电路中的开关中，在设定成不接受接收信号的供给的状态时，对放大用晶体管的基极端子强制地施加接地电位。因此，该开关实际上是对应于增益控制信号而选择接收信号以及接地电位中的一方并将其向放大用晶体管供给的所谓的2输入选择器。因此，对每个放大用晶体管设置这样的2输入选择器，因此存在装置规模变大的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-239401号公报。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种不使输入信号的传输损失产生，能以小规模的结构来精度良好地进行增益调整的可变增益放大电路。
本发明的可变增益放大电路将对经由输入端子供给的输入信号进行放大后的信号经由输出端子进行送出，其特征在于，具有：多个放大部，并联设置在放大耦合线以及接地线间；以及输出部，向所述输出端子送出所述放大耦合线上的信号，所述放大部的每一个包含：开关元件，连接在所述放大耦合线以及接地线间；以及放大用晶体管，在所述开关元件处于导通状态的情况下，经由该开关元件在所述放大耦合线以及所述接地线间流过对应于所述输入信号的电流，所述放大用晶体管的输入信号端子与所述输入端子连接，通过根据增益控制信号将所述开关元件设定为导通状态或者截止状态，从而变更增益。
本发明的可变增益放大电路在放大耦合线以及接地线间，并联设置多个放大部，其中该放大部分别包含开关元件、以及在该开关元件处于导通状态的情况下经由该开关元件在放大耦合线以及接地线间流过对应于输入信号的电流的放大用晶体管，根据增益控制信号使上述开关元件导通截止，由此对放大增益进行变更。
因此，根据这样的结构，在输入信号线中不介有用于将放大用晶体管设定成非激活状态的开关元件，因此能消除起因于该开关元件的导通电阻、寄生电容的输入信号的电平衰减。此外，将输入信号线与放大用晶体管各自的输入信号端子直接连接，因此能抑制伴随着增益变更的输入阻抗的变动。由此，实际通过放大用晶体管进行的放大时的增益和在设计中假定的增益的误差的量变小，可进行高精度的增益调整。
附图说明
图1是表示包含本发明的可变增益放大电路的无线接收机的概略结构的框图。
图2是表示本发明的可变增益放大电路的一个例子的电路图。
图3是表示在图2中示出的可变增益放大电路的变形例的电路图。
图4是表示可变增益放大电路的另一结构的电路图。
附图标记的说明
C21、C22 电容器；
M1、M2 放大用晶体管；
MC 输出晶体管；
SW1、SW2 开关元件。
具体实施方式
本发明的可变增益放大电路在放大耦合线以及接地线间，并联连接多个放大部，其中该放大部包含开关元件、以及在该开关元件处于导通状态的情况下经由该开关元件在放大耦合线以及接地线间流过对应于输入信号的电流的放大用晶体管，根据增益控制信号将各放大部的每一个开关元件个别地设定成导通或者截止状态，由此对放大增益进行变更。
实施例
图1是表示包含本发明的可变增益放大电路的无线接收机的概略结构的框图。
在图1中，前端2对通过天线1接收得到的接收信号进行放大，并向IF处理部3以及电场强度测定部4供给将其变换为中频信号后的信号。IF处理部3向检波/解调部5供给以规定带宽对这样的中频信号进行带限而得到的带限频率信号。电场强度测定部4基于这样的中频信号，测定接收信号的电场强度，将表示该电场强度的接收电场强度信号向检波/解调部5供给。检波/解调部5通过对这样的带限频率信号进行检波并解调，从而得到信息数据。进而，检波/解调部5将指定与通过上述的接收电场强度信号表示的接收电场强度对应的增益的增益控制信号S向前端2供给。例如，检波/解调部5在通过接收电场强度信号表示的接收电场强度比规定强度高的情况下，向前端2供给指定[低增益模式]的增益控制信号S，另一方面，在这样的接收电场强度比规定强度低的情况下，向前端2供给指定[高增益模式]的增益控制信号S。
在这样的前端2内的前级部搭载有本发明的可变增益放大电路，该可变增益放大电路将上述的接收信号作为输入信号R输入，并对其以通过上述增益控制信号S指定的增益进行放大。
图2是表示本发明的可变增益放大电路的结构的一个例子的电路图。
如图2所示那样，这样的可变增益放大电路具备：电容器C1、电阻R1～R2、作为n沟道型MOS（Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体）FET（Field effect transistor：场效应晶体管）的输出晶体管MC。进而，这样的可变增益放大电路具有如下这样的结构：第一放大部AMP1和第二放大部AMP2在放大耦合线LQ以及接地线LG间并联连接，其中第一放大部AMP1包括开关元件SW1以及作为n沟道型MOSFET的放大用晶体管M1，第二放大部AMP2包括开关元件SW2以及作为n沟道型MOSFET的放大用晶体管M2。
在图2中，电容器C1经由输入信号线G输入向作为放大用晶体管M1以及M2各自的输入信号端子的栅极端子供给经由输入端子P输入供给的输入信号R输入的除去了低频分量的信号。再有，对输入信号线G输入经由电阻R1施加规定的低电压VB1。
作为放大用晶体管M1以及M2各自的电流端子的漏极端子均与放大耦合线LQ连接。输出晶体管MC的源极端子与上述放大耦合线LQ连接，对其栅极端子固定供给规定的偏压VB2。在输出晶体管MC的漏极端子连接有输出端子P输出。对输出端子P输出经由电阻R2施加电源电压Vdd。
在作为放大用晶体管M1的电流端子的源极端子连接有开关元件SW1。在开关元件SW1的另一端连接有接地线LG，经由该接地线LG固定供给接地电位GND。
开关元件SW1在被供给指定导通状态的逻辑电平1的增益控制信号S1的情况下，成为导通状态，对放大用晶体管M1的源极端子施加接地电位GND。由此，开关元件SW1使得在放大耦合线LQ以及接地线LG间流过从上述放大用晶体管M1输出的放大电流Ic1。即，放大用晶体管M1成为激活状态。另一方面，在被供给指定截止状态的逻辑电平0的增益控制信号S1的情况下，开关元件SW1成为截止状态，使放大用晶体管M1的源极端子成为浮置（floating）状态，即成为高阻抗状态。即，根据指定截止状态的逻辑电平0的增益控制信号S1，开关元件SW1切断放大耦合线LQ以及接地线LG间的电流路径。即，放大用晶体管M1成为非激活状态。
在作为放大用晶体管M2的电流端子的源极端子连接有开关元件SW2。在开关元件SW2的另一端连接有接地线LG，经由该接地线LG固定供给接地电位GND。开关元件SW2在被供给指定导通状态的逻辑电平1的增益控制信号S2的情况下，成为导通状态，对放大用晶体管M2的源极端子施加接地电位GND。由此，开关元件SW2使得在放大耦合线LQ以及接地线LG间流过从上述放大用晶体管M2输出的放大电流Ic2。即，放大用晶体管M2成为激活状态。另一方面，在被供给指定截止状态的逻辑电平0的增益控制信号S2的情况下，开关元件SW2成为截止状态，使放大用晶体管M2的源极端子成为浮置状态，即成为高阻抗状态。即，对应于指定截止状态的逻辑电平0的增益控制信号S2，开关元件SW2切断放大耦合线LQ以及接地线LG间的电流路径。即，放大用晶体管M2成为非激活状态。
以下，针对上述的可变增益放大电路的工作，以在[低增益模式]以及[高增益模式]的2个阶段中变更该增益的情况为例进行说明。
首先，在使这样的可变增益放大电路以[低增益模式]进行工作的情况下，作为增益控制信号S1、S2，将S1=1、S2＝0向图2中示出的可变增益放大电路供给。
由此，开关元件S1成为导通状态、开关元件S2成为截止状态，因此仅放大用晶体管M1以及M2中的M1成为激活状态。因此，此时仅放大用晶体管M1生成对应于经由输入信号线G输入供给的输入信号的放大电流Ic1，并使其在该漏极-源极间流过。在该期间，放大用晶体管M2处于非激活状态，因此仅有以该放大用晶体管M1生成的放大电流Ic1经由输出晶体管MC流到输出端子P输出。
即，在[低增益模式]下，与通过放大用晶体管M1以及M2中的M1对输入信号进行放大而得到的放大电流Ic1对应的输出信号R输出经由输出端子P输出送出。
另一方面，在使可变增益放大电路以[高增益模式]进行工作的情况下，作为增益控制信号S1、S2，将S1=1、S2＝1向图2中示出的可变增益放大电路供给。
由此，开关元件S1以及S2均成为导通状态，因此放大用晶体管M1以及M2均成为激活状态。因此，此时放大用晶体管M1生成对应于经由输入信号线G输入供给的输入信号的放大电流Ic1，并使其在该漏极-源极间流过。进而，在该期间，放大用晶体管M2生成对应于经由输入信号线G输入供给的输入信号的放大电流Ic2，并使其在该漏极-源极间流过。因此，通过放大用晶体管M1生成的放大电流Ic1和通过放大用晶体管M2生成的放大电流Ic2的合计电流（Ic1＋Ic2）经由输出晶体管MC流到输出端子P输出。
即，在[高增益模式]下，与通过放大用晶体管M1以及M2的双方进行放大而得到的放大电流Ic1以及Ic2的合计电流对应的输出信号R输出经由输出端子P输出送出。
像这样，在图2示出的可变增益放大电路中，设置多个用于放大输入信号的放大用晶体管，通过变更在这些放大用晶体管中设定为非激活状态或者激活状态的放大用晶体管的数量，从而变更增益。
此时，为了将放大用晶体管（M1、M2）设定为非激活状态或者激活状态，在图2示出的可变增益放大电路中，在导通状态时闭合放大耦合线LQ以及接地线LG间的电流路径，另一方面，在截止状态时将切断该电流路径的开关元件（SW1、SW2）设置在各放大用晶体管的源极端子以及接地线LG间。
因此，在用于将输入信号向各放大用晶体管传输的输入信号路径（输入信号线G输入）中，不介有用于将放大用晶体管设定为非激活状态的开关元件，因此能消除起因于该开关元件的导通电阻、寄生电容的输入信号的电平衰减。
此外，在图2示出的可变增益放大电路中，无论增益如何变更，传输输入信号R输入的输入信号线G输入均与全部的放大用晶体管各自的栅极端子直接连接，因此伴随着增益变更的输入阻抗的变化少。因此，与伴随着增益的变更而输入阻抗大幅度地变化的可变增益放大电路相比，实际以放大用晶体管进行的放大时的增益和在设计中假定的增益的误差的量变小，能实现高精度的增益调整。
再有，虽然在图2示出的实施例中，在各放大用晶体管（M1、M2）的源极端子以及接地线LG间设置用于将放大用晶体管设定为非激活状态或者激活状态的开关元件（SW1、SW2），但并不限定于这样的结构。
例如，如图3所示那样，将这样的开关元件SW1（SW2）设置在放大耦合线LQ以及放大用晶体管M1（M2）间也可。此时，放大用晶体管M1以及M2各自的源极端子直接与接地线LG连接。
再有，在作为每一个开关元件SW1以及SW2而例如使用MOSFET的情况下，寄生电容、导通状态时在漏极-源极间产生的导通电阻的影响会导致产生电平衰减。因此，在考虑了伴随着这样的开关插入的电平衰减的情况下，优选这些开关元件SW1以及SW2如图2所示那样设置在各放大用晶体管（M1、M2）的源极端子以及接地线LG间。
此外，如图4所示那样，通过与开关元件SW1（SW2）并联地设置电容器C21（C22），从而与采用图2中示出的结构的情况相比，能抑制伴随着增益变更的输入阻抗的变化。
即，在图2示出的结构中，在开关元件SW1（SW2）处于导通状态时的输入电容、即在放大用晶体管M1（M2）处于激活状态时的输入电容中，包含放大用晶体管的栅极/源极间的寄生电容CGS。可是，在开关元件SW1（SW2）处于截止状态时、即在放大用晶体管M1（M2）处于非激活状态时，该放大用晶体管的源极端子成为开路状态，消除了寄生电容的影响。因此，存在放大用晶体管M1（M2）处于激活状态的情况下和处于非激活状态的情况下在输入阻抗中产生了差异的情况。
另一方面，在如图4所示那样与开关元件SW1（SW2）并联地设置有电容器C21（C22）的情况下，在放大用晶体管M1（M2）处于非激活状态时的输入电容中，包含该放大用晶体管的栅极/源极间的寄生电容CGS和电容器C21（C22）的电容的串联合成电容。由此，放大用晶体管处于非激活状态时的输入电容接近于处于激活状态时的输入电容、即放大用晶体管的栅极/源极间寄生电容CGS。因此，在放大用晶体管处于激活状态的情况和处于非激活状态的情况之间的输入阻抗的变化宽度变小。
因此，如果作为可变增益放大电路而采用图4中示出的结构的话，则与采用图2中示出的结构的情况相比，在设计阶段假定的各增益和实际以放大用晶体管进行的放大时的增益的误差的量变小，可进行精度高的增益调整。
此时，如果以使开关元件SW1（SW2）截止时的放大用晶体管的栅极/源极间的寄生电容CGS和电容器C21（C22）的电容的串联合成电容与开关元件SW1（SW2）导通时的寄生电容CGS相等的方式设定电容器C21（C22）的电容的话，则能使放大用晶体管处于激活状态的情况和处于非激活状态的情况之间的输入阻抗的变化宽度大致为零。因此，进而，可进行高精度的增益调整。
再有，虽然在图2～图4示出的实施例中，将2个放大部（AMP1、AMP2）并联连接在放大耦合线LQ以及接地线LG间，但将3个以上的放大部并联连接在放大耦合线LQ以及接地线LG间也可。
此外，虽然在图2～图4示出的实施例中，将输出晶体管MC、放大用晶体管M1以及M2分别做成MOS型的晶体管，但以双极晶体管来构成它们也可。
总之，作为输出晶体管MC、放大用晶体管M1以及M2，使用在2个电流端子（漏极、源极、集电极、发射极）间流过对应于输入信号端子（基极、栅极）所供给的输入信号的电流的MOS型晶体管、或双极晶体管即可。
此外，以MOS型的晶体管或者双极晶体管来实现开关元件SW1以及SW2的每一个也可。

Claims (10)

1.一种可变增益放大电路，将对经由输入端子供给的输入信号进行放大后的信号经由输出端子进行送出，其特征在于，具有：
多个放大部，并联设置在放大耦合线以及接地线间；以及
输出部，向所述输出端子送出所述放大耦合线上的信号，
所述放大部的每一个包含：开关元件，连接在所述放大耦合线以及接地线间；以及放大用晶体管，在所述开关元件处于导通状态的情况下，经由该开关元件在所述放大耦合线以及所述接地线间流过对应于所述输入信号的电流，
所述放大用晶体管的输入信号端子与所述输入端子连接，
通过根据增益控制信号将所述开关元件设定为导通状态或者截止状态，从而变更增益。
2.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，
所述放大用晶体管中的除了所述输入信号端子之外的2个电流端子中的一方与所述放大耦合线连接，
在所述放大用晶体管的所述2个电流端子中的另一方和所述接地线之间设置有所述开关元件。
3.根据权利要求2所述的可变增益放大电路，其特征在于，与所述开关元件并联地连接有电容器。
4.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，
所述放大用晶体管的2个电流端子中的一方与所述接地线连接，
在所述放大用晶体管的所述2个电流端子中的另一方和所述放大耦合线之间设置有所述开关元件。
5.一种可变增益放大电路，使用多个放大部，输出将输入信号放大到期望的电平后的输出信号，其特征在于，
所述放大部的每一个在接地线和接受来自电源的电力供给并且输出所述输出信号的放大合成线之间具备放大用晶体管和开关元件，且并联连接，
所述输出信号的电平根据流到所述放大合成线的电流量而决定，
所述放大用晶体管根据供给的所述输入信号，使电流流过所述放大合成线，
所述放大以如下方式来进行：利用所述开关元件各自的导通截止来调整所述放大合成线和所述接地线的电连接，由此调整所述放大合成线的电流量。
6.根据权利要求5所述的可变增益放大电路，其特征在于，
所述放大用晶体管与所述放大合成线连接，
所述开关元件连接在所述放大用晶体管和所述接地线之间。
7.根据权利要求6所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述开关元件与电容元件并联连接。
8.根据权利要求7所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述电容元件被设定为如下这样的电容，即，该电容使得所述开关元件截止时的所述放大用晶体管的栅极和源极间的寄生电容与所述电容元件的电容的串联合成电容等于所述开关元件导通时的所述寄生电容。
9.根据权利要求5所述的可变增益放大电路，其特征在于，具备：
输入端子，与控制所述放大用晶体管的驱动能力的控制端子连接，输入所述输入信号；以及
输出端子，与所述放大合成线连接，输出所述输出信号。
10.根据权利要求5至权利要求9的任一项所述的可变增益放大电路，其特征在于，具备：控制部，输出对所述开关元件的导通截止进行控制的控制信号。
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