CN102664597A - 基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器及其控制方法 - Google Patents

基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器及其控制方法 Download PDF

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潘文光
黄伟
肖时茂
于云丰
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Abstract

本发明公开了一种基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，包括放大模块和对放大模块进行精细调整的精调节模块；所述放大模块有N个放大单元组成，N＞1，其中每个放大单元包括作为电流源负载的场效应管对、作为输入管的场效应管对、作为电流源的场效应管对、反馈电阻和控制开关。通过控制跨导放大器的电流源管、负载电流源管以及输入管的阶梯性变化，使得跨导放大器的跨导值能够大范围阶梯性调节，同时，通过控制跨导放大器电流源的基准偏置电流，使得流过跨导放大器的电流能够精细的连续变化，进而使得跨导放大器的跨导值能够连续调节，以覆盖各个阶梯之间的跨导值。从而实现了跨导值大范围连续调节。

Description

基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器及其控制方法
技术领域
本发明涉及放大器领域，具体地，涉及一种基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器及其控制方法。 
背景技术
目前，基于OTA-C结构的片上有源滤波器电路，由于跨导工作在开环状态下， 所以该结构滤波器可以工作在较高频率范围，又因其功耗低，易于编程控制等特点，因此得到了广泛的应用。但是也正是因为其工作在开环状态下，其线性输入范围有限，典型的提高线性度的方法就是源极电阻负反馈技术。 
片上集成的有源滤波器电路，会受到工艺偏差以及温度变化的影响，因此需要片上自动频率调谐电路，通过修调电容或跨导，来实现对滤波器特征频率的修正，以补偿工艺偏差和温度变化等对滤波器特征频率造成的影响。调谐OTA-C有源滤波器的特征频率通常有二种方式，第一是修调内部的跨导单元的跨导值，第二是修调电容值。为了维持滤波器高的动态范围，当滤波器出现频率偏差时，如果所有的工艺和温度的偏差都由修调跨导值来完成，那么跨导的线性度会在某些情况下变差太多，以至于不被系统接受。如果选择通过修改电容值实现频率补偿时，修正精度会受到限制，同时修调电容会占用大量的芯片面积。 
在设计基于OTA-C结构的可配置低通滤波器电路中，要求滤波器的带宽可配置，设计中通过调节跨导值或电容值使得滤波器的带宽可配置。由于可配置设计通常使得滤波器的特征频率带宽覆盖范围很广，如果全部通过电容配置，会占用很大芯片面积，所以通常通过调节跨导放大器的跨导值来调节滤波器的带宽。设计跨导值可大范围变化，且线性度不会明显变化的跨导放大器便成了设计可配置滤波器的关键。 
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器及其控制方法，以实现可宽范围调节的优点。 
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 
一种基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，包括放大模块和对放大模块进行精细调整的精调节模块；
所述放大模块有N个放大单元组成，N＞1，其中每个放大单元包括作为电流源负载的场效应管对、作为输入管的场效应管对、作为电流源的场效应管对、反馈电阻和控制开关；
其中一个作为电流源负载的场效应管对,包括场效应管M30和场效应管M40, 场效应管M30和场效应管M40的栅极串联在偏转电压上，其源极串联在一起，并通过控制开关S30串联在电压VDD上，场效应管M30的漏极连接在反相输出端ION上，场效应管M40的漏极连接在同相输出端IOP上；
其中一个所述作为输入管的场效应管对，包括场效应管M10和场效应管M20，场效应管M10和场效应管M20的源极之间连接反馈电阻R0，场效应管M10的漏极连接在反相输出端ION上，其栅极连接在同相输入电压VIP上，场效应管M20的漏极连接在同相输出端IOP上，其栅极连接在反相输入电压VIN上；
其中一个作为电流源的场效应管对，包括场效应管M50和场效应管M60，场效应管M50和场效应管M60的源极接地，场效应管M50和场效应管M60的栅极串联在精调节模块的输出上，场效应管M50的漏极与上述场效应管M10的源极之间依次连接控制开关S50和控制开关S10，场效应管M60的漏极与上述场效应管M20的源极之间依次连接控制开关S60和控制开关S20，控制开关S50与控制开关S10之间的节点连接在A电气点上，控制开关S60与控制开关S20之间的节点连接在B电气点上。
根据本发明的优选实施例，所述精调节模块，包括场效应管M7、场效应管M7镜像电路，场效应管M8和场效应管M9，所述场效应管M7镜像电路包括M个串联连接的控制开关和场效应管，所述基准电流Iref通过场效应管M7产生偏置电压，控制场效应管M7镜像电路，使其产生一定比例的镜像电流，该镜像电流依次通过场效应管M8、效应管M9最终生成调整放大模块的电流基准Iref_f。 
根据本发明的优选实施例， 所述作为电流源负载的场效应管对中的场效应管采用PMOS管。 
根据本发明的优选实施例，所述作为输入管的场效应管对中的场效应管采用NMOS管。 
根据本发明的优选实施例，所述作为电流源的场效应管对中的场效应管采用NMOS管。 
同时提出一种该基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器的控制方法，当N为n+1时，即包含n+1个放大单元时， 
控制开关对（S50，S60）导通时，控制开关S30必须导通，控制开关对（S51，S61）导通时，控制开关S31必须导通，依次类推，控制开关对（S5n，S6n）导通时，控制开关S3n导通，控制开关组对 (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)依次逐个导通，流过跨导放大器的电流逐次阶梯性增加，跨导值也阶梯性增加，当开关组对 (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)都打开时，跨导值最大，当只有控制开关对（S50，S60）导通时，跨导值最小；
输入管NMOS管对(M10,M20)，(M11,M21)，… ，(M1n,M2n)的控制开关对为 (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n)，其每对控制开关都是同时导通或关断，当控制电流源NMOS管的控制开关对 (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)依次导通时，输入管对依次轮流导通，即这(n+1)对输入管在同一时刻只有一对是导通的，其它输入管对都是截止的，当控制开关对 (S50,S60)导通时，控制开关对(S10,S20)导通，输入NMOS管（M10，M20）导通，其它控制开关对{ (S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }全部断开，当控制开关对 (S50,S60)，(S51,S61)导通时，控制开关对 (S10,S20)，… ，(S1n,S2n)断开，控制开关对 (S11,S21)导通，使输入NMOS管（M11，M21）导通，依次类推，当控制开关对(S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)全部导通时，控制开关对(S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n-1,S2n-1)断开，控制开关对（S1n，S2n）导通，使输入NMOS管（M1n，M2n）导通；
稳定的电流基准Iref经过精调节模块调整后输出调节电流Iref_f，对上述放大模块的跨导精调节，当精调节模块中的控制开关全部打开时，电流Iref_f最大。
本发明的技术方案，通过控制跨导放大器的电流源管、负载电流源管以及输入管的阶梯性变化，使得跨导放大器的跨导值能够大范围阶梯性调节，同时，通过控制跨导放大器电流源的基准偏置电流，使得流过跨导放大器的电流能够精细的连续变化，进而使得跨导放大器的跨导值能够连续调节，以覆盖各个阶梯之间的跨导值。从而实现了跨导值大范围连续调节。 
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中： 
图1为本发明实施例所述的基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器的电路电气图；
图2为图1所示的基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器中精调节模块的电路电气图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 
基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，包括放大模块和对放大模块进行精细调整的精调节模块；放大模块有N个放大单元组成，N＞1，其中每个放大单元包括作为电流源负载的场效应管对、作为输入管的场效应管对、作为电流源的场效应管对、反馈电阻和控制开关； 
其中一个作为电流源负载的场效应管对,包括场效应管M30和场效应管M40, 场效应管M30和场效应管M40的栅极串联在偏转电压上，其源极串联在一起，并通过控制开关S30串联在电压VDD上，场效应管M30的漏极连接在反相输出端ION上，场效应管M40的漏极连接在同相输出端IOP上；
其中一个所述作为输入管的场效应管对，包括场效应管M10和场效应管M20，场效应管M10和场效应管M20的源极之间连接反馈电阻R0，场效应管M10的漏极连接在反相输出端ION上，其栅极连接在同相输入电压VIP上，场效应管M20的漏极连接在同相输出端IOP上，其栅极连接在反相输入电压VIN上；
其中一个作为电流源的场效应管对，包括场效应管M50和场效应管M60，场效应管M50和场效应管M60的源极接地，场效应管M50和场效应管M60的栅极串联在精调节模块的输出上，场效应管M50的漏极与上述场效应管M10的源极之间依次连接控制开关S50和控制开关S10，场效应管M60的漏极与上述场效应管M20的源极之间依次连接控制开关S60和控制开关S20，控制开关S50与控制开关S10之间的节点连接在A电气点上，控制开关S60与控制开关S20之间的节点连接在B电气点上。作为电流源负载的场效应管对中的场效应管采用PMOS管。作为输入管的场效应管对中的场效应管采用NMOS管。作为电流源的场效应管对中的场效应管采用NMOS管。
如图1所示，电流源负载PMOS管对{ (M30,M40)，(M31,M41)，… ，(M3n,M4n) }，共2(n+1)个PMOS管，所有管子的栅端连接在一起并连接到偏置电压Vcmfb端，其中PMOS管M30和PMOS管M40组成一对，PMOS管M30和PMOS管M40的源端连接在一起，并连接开关S30的一端，开关S30的另一端连接电源VDD端；PMOS管M31和PMOS管M41组成一对，PMOS管M31和PMOS管M41的源端连接在一起，并连接开关S31的一端，开关 S31的另一端连接电源VDD端；依次类推，PMOS管M3n和PMOS管M4n组成一对，PMOS管M3n和PMOS管M4n的源端连接在一起，并连接开关S3n的一端，开关S3n的另一端连接电源VDD端；(M30,M31, … ,M3n)共n+1个管子，它们的漏端全部连接在一起并连接到ION输出端，(M40,M41, … ,M4n)共n+1个管子，它们的漏端全部连接在一起并连接到IOP输出端。一组作为输入管的NMOS管对{ (M10,M20)，(M11,M21)，… ，(M1n,M2n) }，共2(n+1)个管子，其中（M10,M11, … ,M1n）共n+1个管子，它们的栅端全部连接在一起，并连接VIP输入端口,它们的漏端全部连接在一起并连接到ION输出端，且和PMOS管(M30,M31, … ,M3n)的漏端连接在一起；其中，(M20,M21, … ,M2n)共n+1个管子，它们的栅端全部连接在一起，并连接VIN输入端口，它们的漏端连接在一起并连接到IOP输出端，并和PMOS管(M40，M41, … ,M4n)的漏端连接在一起；NMOS管M10和NMOS管M20组成一对输入管，NMOS管M10和NMOS管M20的源端通过电阻R0连接在一起，NMOS管M10的源端同时连接到开关S10的一端，NMOS管M20的源端同时连接到开关S20的一端；NMOS管M11和NMOS管M21组成一对输入管，它们的源端通过电阻R1连接在一起，NMOS管M11的源端同时连接到开关S11的一端，NMOS管M21的源端同时连接到开关S21的一端；依次类推，NMOS管M1n和NMOS管M2n组成一对输入管，它们的源端通过电阻Rn连接在一起，NMOS管M1n的源端同时连接到开关S1n的一端，NMOS管M2n的源端同时连接到开关S2n的一端。开关(S10,S11, … ,S1n)共n+1个开关，它们各自的一端分别连接了相应的作为输入管的NMOS管的源端，它们的另一端全部连接在一起，形成一个公共端，并连接到开关(S50,S51, …, S5n)各个开关的公共端。(S50,S51, …, S5n)同样共n+1个开关，它们各自的一端全部连接在一起，形成一个公共端，并和开关(S10,S11, … ,S1n)的公共端相连。两组开关(S10,S11, … ,S1n)和(S50,S51, …, S5n)的公共连接端即是图1中的电气节点A。开关组(S50,S51, …, S5n)中各个开关的另一端分别和相应的电流源NMOS管(M50,M51, …, M5n)的漏端相连。其中开关S50的一端连接NMOS管M50的漏端，开关S51的一端连接NMOS管M51的漏端，依次类推，开关S5n的一端连接NMOS管M5n的漏端。开关(S20,S21, …, S2n)共n+1个开关，它们各自的一端分别连接了相应的作为输入管的NMOS管的源端，它们的另一端全部连接在一起，形成一个公共端，并连接到开关(S60,S61, …, S6n)各个开关的公共端。(S60,S61, …, S6n)同样共n+1个开关，它们各自的一端全部连接在一起，形成一个公共端，和开关(S20,S21, …, S2n)的公共端相连。两组开关(S20,S21, …, S2n)和(S60,S61, …, S6n)的公共连接端即是图1中的电气节点B。开关组(S60,S61, …, S6n)中各个开关的另一端分别和电流源NMOS管(M60,M61, …, M6n)的漏端相连。其中开关S60的一端连接NMOS管M60的漏端，开关S61的一端连接NMOS管M61的漏端，依次类推，开关S6n的一端连接NMOS管M6n的漏端。一组作为电流源的NMOS管对{ (M50,M60)，(M51,M61)，… ，(M5n,M6n) }共2(n+1)个管子，它们的栅端全部连接在一起，并连接到精调节模块NMOS管M5的栅端和漏端，它们的源端全部连接到一起并连接到地端。其中NMOS管M50的漏端连接开关S50的一端，NMOS管M60的漏端连接开关S60的一端，NMOS管M51的漏端连接开关S51的一端，NMOS管M61的漏端连接开关S61的一端，依次类推，NMOS管M5n的漏端连接开关S5n的一端，NMOS管M6n的漏端连接开关S6n的一端。精调节模块由精细调节单元和电流源Iref_f以及NMOS管M5组成。精细调节单元控制电流源Iref_f的大小，电流源Iref_f流过NMOS管M5的漏端，M5的源端连接到地端，栅端和漏端相连并和电流源的NMOS管对{ (M50,M60)，(M51,M61)，… ，(M5n,M6n) }共2(n+1)个管子的栅端相连。 
三组控制开关对{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，分别控制电流源PMOS管对{ (M30,M40)，(M31,M41)，… ，(M3n,M4n) }，负载电流源NMOS管对{ (M50,M60)，(M51,M61)，… ，(M5n,M6n) }和输入MOS管对{ (M10,M20)，(M11,M21)，… ，(M1n,M2n) }。电流源NMOS管和负载电流源PMOS管是相应设置的。电流源NMOS管M50受开关S50控制，电流源NMOS管M60受开关S60控制，电流源NMOS管M51受开关S51控制，电流源NMOS管M61受开关S61控制，依次类推，电流源NMOS管M5n受开关S5n控制，电流源NMOS管M6n受开关S6n控制。负载电流源PMOS管M30和负载电流源PMOS管M40的源端连接在一起并受开关S30控制，负载电流源PMOS管M31和负载电流源PMOS管M41的源端连接在一起并受开关S31控制，依次类推，负载电流源PMOS管M3n和负载电流源PMOS管M4n的源端连接在一起并受开关S3n控制。开关S50和开关S60构成一对，它们同时导通或关断，开关S51和开关S61构成一对，它们同时导通或关断，依次类推，开关S5n和开关S6n构成一对，它们同时导通或关断。当开关对（S50，S60）导通时，开关S30也必须是导通的，当开关对（S51，S61）导通时，开关S31也必须是导通的，依次类推，当开关对（S5n，S6n）导通时，开关S3n也必须是导通的。开关组对{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }依次逐个导通，流过跨导放大器的电流就逐次阶梯性增加，相应的跨导值也阶梯性增加，当所有开关都打开时，对应最大跨导值，当只有开关对（S50，S60）导通时，跨导值最小。此调节方式为粗调节，使得跨导能够阶梯性大范围变化。跨导放大器输入管共有(n+1)对，由(n+1)对开关独立控制，根据电流源的大小设置不同的导通配置。输入管的NMOS管对为{ (M10,M20)，(M11,M21)，… ，(M1n,M2n) }，开关对为{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，其中每对开关都是同时导通或关断的。其中这(n+1)对输入管的尺寸各不相同。当控制电流源NMOS管的开关对{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }依次导通时，输入管对依次切换，而不是依次导通，即这(n+1)对输入管在同一时刻只有一对是导通的，其它输入管对都是关闭的。当开关对{ (S50,S60) }导通时，开关对{ (S10,S20) }导通，使输入NMOS管（M10，M20）导通工作，其它开关对{ (S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }全部关断。当开关对{ (S50,S60)，(S51,S61)}导通时，开关对{ (S10,S20)，… ，(S1n,S2n) }关断，开关对{ (S11,S21) }导通，使输入NMOS管（M11，M21）导通工作，依次类推，当开关对{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }全部导通时，开关对{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n-1,S2n-1) }关断，开关对（S1n，S2n）导通，使输入NMOS管（M1n，M2n）导通工作。 
其中开关组{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }可由NMOS管实现，而开关组{ S31,…,S3n }可由PMOS管实现。三组开关是相互关联的，彼此之间的取值是相互确定的。控制各个开关的状态由表1中给出。其中电流源与负载电流源是从低到高依次逐个导通，或从高到低依次逐个关断。而输入管对是依次切换导通，即同一时刻只有一对输入管对处于导通状态。{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }开关组控制着不同尺寸的输入管对，保证在(n+1)种不同的尾电流的情况下，输入管对有相同的线性输入范围。 
表1：放大模块中的控制开关状态表： 
Figure 2012101264493100002DEST_PATH_IMAGE001
上述调节方式为粗调节，使得跨导能够阶梯性大范围变化。而在各个阶梯之间，跨导值的覆盖则是通过精细地调节电流基准来实现。用于偏置电流源的电流基准Iref_f是可调的。该电流基准的调节是通过精细调节单元控制实现的。精调节模块内有m个数字开关控制，m个开关依次打开使得基准电流Iref_f逐次增加，此时跨导电流源中的电流也逐渐增加，跨导值也逐渐增加。当m个开关全部打开时，基准电流Iref_f变为最大值，此时跨导电流源中的电流相应增加到最大值，跨导值也增加为最大值，该跨导值与下一个阶梯跨导相交叠，实现了跨导值的连续调节。
如图2所示，精调节模块，包括场效应管M7、场效应管M7镜像电路，场效应管M8和场效应管M9，场效应管M7镜像电路包括m个串联连接的控制开关和场效应管，所述基准电流Iref通过场效应管M7产生偏置电压，控制场效应管M7镜像电路，使其产生一定比例的镜像电流，该镜像电流依次通过场效应管M8、效应管M9最终生成调整放大模块的电流基准Iref_f。 
来自于外部提供的稳定的电流基准Iref。通过NMOS管M7和NMOS管M7的镜像电路，NMOS管M7的镜像电路由开关组{S70，S71,…,S7m}和MOS管{M70，M71,…,M7m}构成。然后通过PMOS管M8和PMOS管M9得到电流基准Iref_f，用此电流基准去偏置跨导电路。该电流基准Iref_f受到开关组{S70，S71,…,S7m}的控制，能够实现小步长的小范围变化。开关组{S70，S71,…,S7m}可由NMOS管来实现，其控制状态由表2给出。控制开关依次打开，使得电流基准Iref_f逐渐增大，当开关全部打开时Iref_f的值变为最大。此时跨导电路的尾电流镜像电流基准Iref_f，跨导尾电流增加，从而使得跨导值逐渐增加，最终覆盖到下一个阶梯的跨导值。 
表2：精调节模块中控制开关状态表： 
跨导放大器的控制机理如下：当跨导电路内部的开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }，处于表1中的状态0时，此时对应跨导值最小为
Figure DEST_PATH_894249DEST_PATH_IMAGE004
，为了增加跨导，控制开关组{S70，S71,…,S7m}依次导通，使得电流基准Iref_f逐渐增大，则跨导中电流源的电流逐渐增大，使得跨导值逐渐增大，当开关组{S70，S71,…,S7m}全部打开时，跨导值增加到最大，设为
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE005
。此时如果要求再增加跨导值，则开关组{S70，S71,…,S7m}在全部关闭后，开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }由0状态进入1状态，此时的跨导值为
Figure DEST_PATH_205144DEST_PATH_IMAGE006
，为了保证电路的稳定性，在跨导衔接处要求有迟滞，要求
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE007
略小于
Figure DEST_PATH_131512DEST_PATH_IMAGE008
。此时如果要求继续增加跨导值，则开关组{S70，S71,…,S7m}会再次依次打开，最终使得跨导值增加到
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE009
。如果要求继续增加跨导，则开关组{ S70，S71,……,S7m}全部关闭，开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }，由1状态进入2状态，此时的跨导值为
Figure DEST_PATH_477043DEST_PATH_IMAGE010
，为了保证电路的稳定性，在跨导衔接处要求有迟滞，要求
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE011
略小于
Figure DEST_PATH_830664DEST_PATH_IMAGE012
。依次类推，实现跨导值的宽范围调节。跨导的最大值在开关组{S70，S71,…,S7m}全部打开，开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }，进入状态n时得到，跨导值为
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE013
，此时不再增加。
当要求跨导减小时，比如，此刻控制跨导的开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }，处于状态2，开关组{S70，S71,…,S7m}已经全部关断，此时的跨导值为
Figure DEST_PATH_628855DEST_PATH_IMAGE010
，此时要求跨导减小，则控制跨导的开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }，会由状态2进入状态1，而开关组{S70，S71,…,S7m}会从全部关断的状态进入全部导通的状态，此时的跨导值为
Figure DEST_PATH_827755DEST_PATH_IMAGE014
，然后开关组{S70，S71,…,S7m}依次关闭，使得跨导值逐渐减小，当开关组{S70，S71,…,S7m}全部关断时，跨导值减小为
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE015
。如果要求跨导继续减小，则控制跨导的开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }会由状态1进入状态0，而开关组{S70，S71,…,S7m}会从全部关断的状态进入全部导通的状态，此时的跨导值为
Figure DEST_PATH_27793DEST_PATH_IMAGE005
，然后开关组{S70，S71,…,S7m}依次关闭，使得跨导值逐渐减小到预定值。依次类推，反复多个周期后，最终得到预定跨导值。跨导的最小值在开关组{S70，S71,…,S7m}全部关断，开关组{ S30，S31，… ，S3n }，{ (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }，{ (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n) }进入状态0时得到，跨导值为
Figure 2012101264493100002DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE016
，此时不再减小。 
综上所述，本发明还具有以下效果： 
1、本发明是基于传统的带有源级电阻负反馈的跨导放大器结构，采用了数字控制技术控制跨导放大器的电流源、负载电流源以及输入管阶梯性变化，使得跨导放大器的跨导值能够大范围阶梯性调节，同时保持了传统结构跨导放大器的高线性度的优点。
2、本发明采用一个精调节模块控制跨导放大器电流源的基准偏置电流，使得流过跨导放大器的电流能够精细的连续变化，进而使得跨导放大器的跨导值能够连续调节。该精调节模块同样是基于数字控制技术。 
3、本发明实现的跨导放大器电路，通过控制跨导放大器的电流源管、负载电流源管以及输入管的阶梯性变化，使得跨导放大器的跨导值能够大范围阶梯性调节。同时，通过控制跨导放大器电流源的基准偏置电流，使得流过跨导放大器的电流能够精细的连续变化，进而使得跨导放大器的跨导值能够连续调节，以覆盖各个阶梯之间的跨导值。上述两种方式相结合实现了跨导值大范围连续调节。 
4、本发明采用CMOS工艺设计实现，可应用在有源OTA-C有源滤波器电路中，由于跨导值的调节是基于数字技术的，所以方便滤波器采用基于数字技术的频率调谐电路，以增加电路的灵活性。 
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，其特征在于，包括放大模块和对放大模块进行精细调整的精调节模块；
所述放大模块有N个放大单元组成，N＞1，其中每个放大单元包括作为电流源负载的场效应管对、作为输入管的场效应管对、作为电流源的场效应管对、反馈电阻和控制开关；
其中一个作为电流源负载的场效应管对,包括场效应管M30和场效应管M40, 场效应管M30和场效应管M40的栅极串联在偏转电压上，其源极串联在一起，并通过控制开关S30串联在电压VDD上，场效应管M30的漏极连接在反相输出端ION上，场效应管M40的漏极连接在同相输出端IOP上；
其中一个所述作为输入管的场效应管对，包括场效应管M10和场效应管M20，场效应管M10和场效应管M20的源极之间连接反馈电阻R0，场效应管M10的漏极连接在反相输出端ION上，其栅极连接在同相输入电压VIP上，场效应管M20的漏极连接在同相输出端IOP上，其栅极连接在反相输入电压VIN上；
其中一个作为电流源的场效应管对，包括场效应管M50和场效应管M60，场效应管M50和场效应管M60的源极接地，场效应管M50和场效应管M60的栅极串联在精调节模块的输出上，场效应管M50的漏极与上述场效应管M10的源极之间依次连接控制开关S50和控制开关S10，场效应管M60的漏极与上述场效应管M20的源极之间依次连接控制开关S60和控制开关S20，控制开关S50与控制开关S10之间的节点连接在A电气点上，控制开关S60与控制开关S20之间的节点连接在B电气点上。
2.根据权利要求1所述的基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，其特征在于，所述精调节模块，包括场效应管M7、场效应管M7镜像电路，场效应管M8和场效应管M9，所述场效应管M7镜像电路包括M个串联连接的控制开关和场效应管，所述基准电流Iref通过场效应管M7产生偏置电压，控制场效应管M7镜像电路，使其产生一定比例的镜像电流，该镜像电流依次通过场效应管M8、效应管M9最终生成调整放大模块的电流基准Iref_f。
3.根据权利要求1或2所述的基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，其特征在于， 所述作为电流源负载的场效应管对中的场效应管采用PMOS管。
4.根据权利要求3所述的基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，其特征在于，所述作为输入管的场效应管对中的场效应管采用NMOS管。
5.根据权利要求4所述的基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器，其特征在于，所述作为电流源的场效应管对中的场效应管采用NMOS管。
6.一种权利要求1至5所述的基于数字控制技术的宽范围调节跨导放大器的控制方法，其特征在于， 当N为n+1时，即包含n+1个放大单元时，
控制开关对（S50，S60）导通时，控制开关S30必须导通，控制开关对（S51，S61）导通时，控制开关S31必须导通，依次类推，控制开关对（S5n，S6n）导通时，控制开关S3n导通，控制开关组对 (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)依次逐个导通，流过跨导放大器的电流逐次阶梯性增加，跨导值也阶梯性增加，当开关组对 (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)都打开时，跨导值最大，当只有控制开关对（S50，S60）导通时，跨导值最小；
输入管NMOS管对(M10,M20)，(M11,M21)，… ，(M1n,M2n)的控制开关对为 (S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n,S2n)，其每对控制开关都是同时导通或关断，当控制电流源NMOS管的控制开关对 (S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)依次导通时，输入管对依次轮流导通，即这(n+1)对输入管在同一时刻只有一对是导通的，其它输入管对都是截止的，当控制开关对 (S50,S60)导通时，控制开关对(S10,S20)导通，输入NMOS管（M10，M20）导通，其它控制开关对{ (S11,S21)，… ，(S1n,S2n) }全部断开，当控制开关对 (S50,S60)，(S51,S61)导通时，控制开关对 (S10,S20)，… ，(S1n,S2n)断开，控制开关对 (S11,S21)导通，使输入NMOS管（M11，M21）导通，依次类推，当控制开关对(S50,S60)，(S51,S61)，… ，(S5n,S6n)全部导通时，控制开关对(S10,S20)，(S11,S21)，… ，(S1n-1,S2n-1)断开，控制开关对（S1n，S2n）导通，使输入NMOS管（M1n，M2n）导通；
稳定的电流基准Iref经过精调节模块调整后输出调节电流Iref_f，对上述放大模块的跨导精调节，当精调节模块中的控制开关全部打开时，电流Iref_f最大。
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