CN103066934B - 用于红外接收器中的可变增益运算放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于红外接收器中的可变增益运算放大器，主要解决现有运算放大器增益固定的问题。该可变运算放大器包括第一级增益放大器（1）、偏置电压产生模块（3）、增益控制信号产生模块（21）和可变增益模块（22）；偏置电压产生模块（3）输出偏置信号给第一级增益放大器（1）；第一级增益放大器（1）与可变增益模块（22）相连；增益控制信号产生模块（21）将其所在芯片的输入信号D1、D2和D3转换为增益控制信号VC给可变增益模块（22）；增益控制信号VC通过控制可变增益模块（22）的尾电流来控制其增益，可变增益模块（22）的输出端输出增益可变的放大信号Vo。本发明根据输入信号的大小调节运算放大器的增益，可实现对幅度变化很大的接收信号进行准确放大。

Description

用于红外接收器中的可变增益运算放大器

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及模拟集成电路，特别是一种用于红外接收器中的可变增益运算放大器。

背景技术

红外传输电路具有成本低、功耗低、传输速率高等优点，在便携式产品中被广泛应用。红外接收器是红外传输电路的重要组成部分，在红外接收器中，接收到的有用信号首先需要经过运算放大器进行放大，运算放大器的性能直接影响红外接收器的性能。因此，红外接收器中运算放大器的研究显得十分必要。

图1所示为现有红外接收器中两级运算放大器的结构图，包括第一级固定增益放大器和第二级固定增益放大器；第一级固定增益放大器的两个输入端分别与差分输入信号Vin1和Vin2相连，经过第一级固定增益放大器的放大后，输出第一放大信号Vo1和第二放大信号Vo2分别给第二级固定增益放大器的第一输入端和第二输入端，第二级固定增益放大器将输入的第一放大信号Vo1和第二放大信号Vo2转换为单端输出信号Vo。

上述两级运算放大器由于其增益是固定的，因此输入动态范围小，不能对变化幅度很大的接收信号进行准确放大，使得红外接收器的灵敏度下降，限制了红外接收器的发展。

发明内容

本发明的目的在于针对上述两级运算放大器的不足，提出了一种用于红外接收器中的可变增益运算放大器，该可变增益运算放大器能够根据输入信号的大小调节运算放大器的增益，使运算放大器能够对幅度变化很大的接收信号进行准确放大，以提高红外接收器的灵敏度。

为实现上述目的，本发明包括：第一级增益放大器1和第二级增益放大器2；第一级增益放大器1将差分输入信号Vin1和Vin2初步放大为第一放大信号VN和第二放大信号VM后，传输给第二级增益放大器2；第二级增益放大器2将第一放大信号VN和第二放大信号VM转换为单端输出信号；其特征在于：

所述第二级增益放大器2，包括增益控制信号产生模块21和可变增益模块22；增益控制信号产生模块21对其所在芯片的输入信号D1、D2和D3进行数模转换，输出增益控制信号VC给可变增益模块22的第一输入端；可变增益模块22的第二输入端和第三输入端分别与第一级增益放大器1所输出的第一放大信号VN和第二放大信号VM相连，其输出端输出增益可随其所在芯片输入信号变化而变化的放大信号Vo；

所述第一级增益放大器1的输入端连接有偏置电压产生模块3，该偏置电压产生模块3的两个输出端分别输出偏置信号Vb1和Vb2给第一级增益放大器1，用于为第一级增益放大器1提供直流偏置。

作为优选，上述偏置电压产生模块3，包括四个PMOS管、第一电阻R1和电流源I1，其中：

第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极均与第一电阻R1的一端相连；第一PMOS管MP1的栅极、第四PMOS管MP4的栅极、第二PMOS管MP2的栅极、漏极以及第三PMOS管MP3的栅极、漏极均与电流源I1的正端相连；第一PMOS管MP1的漏极和第四PMOS管MP4的漏极分别输出第一偏置信号Vb1和第二偏置信号Vb2给第一级增益放大器1；

第一电阻R1的另一端与其所在芯片的电源电压VCC相连；电流源I1的负端接地；

作为优选，上述可变增益模块22，包括三个PNP管、两个NMOS管、第二电阻R2和电容C1，其中：

第一PNP管P1，其发射极分别与第二PNP管P2的发射极和第三PNP管P3的集电极相连；其基极与第一级增益放大器1所输出的第一放大信号VN相连；其集电极与第一NMOS管MN1的漏极相连；

第二PNP管P2，其基极与第一级增益放大器1所输出的第二放大信号VM相连；其集电极与第二NMOS管MN2的漏极相连，作为可变增益模块22的输出端；

第一NMOS管NM1，其栅极分别与第二NMOS管NM2的栅极、漏极相连；其源极和第二NMOS管NM2的源极均接地；

第三PNP管P3，其栅极与增益控制信号产生模块21所输出的增益控制信号VC相连，其发射极与所在芯片的电源电压VCC相连；

电容C1和第二电阻R2均跨接于第二NMOS管MN2的漏极和地之间，作为可变增益模块22的负载。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明由于采用了增益可变的第二级增益放大器，可根据输入信号的大小调节运算放大器的增益，使运算放大器能够对幅度变化很大的接收信号进行准确放大，以提高红外接收器的灵敏度。

2、本发明由于添加了偏置电压产生模块，为第一级增益放大器提供偏置电压，可使第一级增益放大器的输入失调电压减小，以提高运算放大器的性能。

附图说明

图1为现有两级运算放大器的结构图；

图2为本发明的结构图；

图3为本发明中偏置电压产生模块的电路原理图；

图4为本发明中可变增益模块的电路原理图。

具体实施方式

以下参照附图及其实施例对本发明作进一步描述。

参照图2，本发明的可变增益运算放大器包括：第一级增益放大器1、第二级增益放大器2和偏置电压产生模块3；第一级增益放大器1分别与第二级增益放大器2和偏置电压产生模块3相连，第二级增益放大器2输出放大信号Vo；

所述第二级增益放大器2，包括增益控制信号产生模块21和可变增益模块22；增益控制信号产生模块21与可变增益模块22相连，可变增益模块22的输出端作为第二级增益放大器2的输出端；

第一级增益放大器1的第一输入端和第二输入端分别与差分输入信号Vin1和Vin2相连，偏置电压产生模块3输出偏置信号Vb1和Vb2给第一级增益放大器1的第三输入端和第四输入端，为第一级增益放大器1提供偏置电压，第一级增益放大器1对差分输入信号Vin1和Vin2进行初步放大后输出第一放大信号VN和第二放大信号VM分别给可变增益模块22的第二输入端和第三输入端；增益控制信号产生模块21的三个输入端分别与其所在芯片的输入信号D1、D2和D3相连，增益控制信号产生模块21对其所在芯片的输入信号D1、D2和D3进行数模转换，输出增益控制信号VC给可变增益模块22的第一输入端；可变增益模块22的输出端作为可变增益运算放大器的输出端输出放大信号Vo。

参照图3，本发明的偏置电压产生模块1，包括但不局限于第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一电阻R1和电流源I1，其中：

第一PMOS管MP1的源极、第二PMOS管MP2的源极、第三PMOS管MP3的源极、第四PMOS管MP4的源极，它们均与第一电阻R1的一端相连；第一PMOS管MP1的栅极、第四PMOS管MP4的栅极、第二PMOS管MP2的栅极和漏极、第三PMOS管MP3的栅极和漏极，它们均与电流源I1的一端相连；第一PMOS管MP1与第二PMOS管MP2构成电流镜，第三PMOS管MP3与第四PMOS管MP4构成电流镜；第一PMOS管MP1的漏极输出第一偏置信号Vb1给第一级增益放大器1的第三输入端，为第一级增益放大器1提供输入偏置电压，第四PMOS管MP4的漏极输出第二偏置信号Vb2给第一级增益放大器1的第四输入端，为第一级增益放大器1提供输入偏置电压；

第一电阻R1的另一端与其所在芯片的电源电压VCC相连；

电流源I1的另一端接地。

参照图4，本发明的可变增益模块22，包括但不局限于第一PNP管P1、第二PNP管P2、第三PNP管P3、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第二电阻R2、电容C1，其中：

第一PNP管P1的发射极分别与第二PNP管P2的发射极和第三PNP管P3的集电极相连；第一PNP管P1的基极作为可变增益模块22的第二输入端，与第一级增益放大器1所输出的第一放大信号VN相连；第一PNP管P1的集电极与第一NMOS管MN1的漏极相连；

第二PNP管P2的基极作为可变增益模块22的第三输入端，与第一级增益放大器1所输出的第二输出信号VM相连；第二PNP管P2的集电极与第二NMOS管MN2的漏极相连，作为可变增益模块22的输出端；

第一NMOS管NM1的栅极和第二NMOS管NM2的栅极均与第二NMOS管NM2的漏极相连；第一NMOS管NM1的源极和第二NMOS管NM2的源极均接地，第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2构成电流镜；

第三PNP管P3的栅极与增益控制信号产生模块21所输出的增益控制信号VC相连，增益控制信号VC用来控制可变增益模块22的增益，第三PNP管P3的发射极与所在芯片的电源电压VCC相连，第三PNP管P3为第一PNP管P1和第二PNP管P2提供电流；

电容C1和第二电阻R2均跨接于第二NMOS管MN2的漏极和地之间，作为可变增益模块22的负载，电容C1用于滤除放大信号Vo的高频成分。

本发明的工作原理如下：

如图2所示，偏置电压产生模块3为第一级增益放大器1提供偏置电压，第一级增益放大器1对差分输入信号Vin1和Vin2进行放大，产生第一放大信号VN和第二放大信号VM给可变增益模块22，第一级增益放大器1的增益为固定值K，即VN-VM＝K*(Vin1-Vin2)。增益控制信号产生模块21将其所在芯片的输入信号D1、D2和D3转换为增益控制信号VC，该增益控制信号VC可表示为：

$VC=\frac{1}{2^2}(D_3{2}^2+D_2{2}^1+D_1{2}^0)---1)$

如图3所示，第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2工作在线性区，可等效为大阻值的电阻，电流不流过第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2，该偏置电压产生模块3产生的第一偏置信号Vb1和第二偏置信号Vb2相等，可表示为：

Vb1＝Vb2＝VCC-I1·R12)

其中VCC为其所在芯片的电源电压，I1为电流源I1，R1为第一电阻R1。

偏置电压产生模块3为第一级增益放大器1的第一输入端和第二输入端提供的偏置电压相等，减小了第一级增益放大器1的失调电压，提高了可变运算放大器的性能。

如图4所示，增益控制信号VC输入到可变增益模块22，通过控制第三PNP管P3的漏极电流，来控制可变增益模块22的增益，从而控制可变增益运算放大器的增益。因此，可变增益运算放大器的增益可通过其所在芯片的输入信号D1、D2和D3进行控制，使得可变增益运算放大器可根据输入信号幅度的大小调节运算放大器的增益。

以上仅是本发明的一个最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (2)

1.一种用于红外接收器中的可变增益运算放大器，包括：第一级增益放大器(1)和第二级增益放大器(2)；第一级增益放大器(1)将差分输入信号Vin1和Vin2初步放大为第一放大信号VN和第二放大信号VM后，传输给第二级增益放大器(2)，第一级增益放大器(1)的增益为固定值K，即VN-VM＝K*(Vin1-Vin2)；第二级增益放大器(2)将第一放大信号VN和第二放大信号VM转换为单端输出信号；其特征在于：

所述第二级增益放大器(2)，包括增益控制信号产生模块(21)和可变增益模块(22)；增益控制信号产生模块(21)对其所在芯片的输入信号D1、D2和D3进行数模转换，输出增益控制信号VC给可变增益模块(22)的第一输入端；可变增益模块(22)的第二输入端和第三输入端分别与第一级增益放大器(1)所输出的第一放大信号VN和第二放大信号VM相连，其输出端输出增益可随其所在芯片输入信号变化而变化的放大信号Vo；

所述第一级增益放大器(1)的输入端连接有偏置电压产生模块(3)，该偏置电压产生模块(3)包括四个PMOS管、第一电阻R1和电流源I1，其中：

第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极均与第一电阻R1的一端相连；第一PMOS管MP1的栅极、第四PMOS管MP4的栅极、第二PMOS管MP2的栅极、漏极以及第三PMOS管MP3的栅极、漏极均与电流源I1的正端相连；第一PMOS管MP1的漏极和第四PMOS管MP4的漏极分别输出第一偏置信号Vb1和第二偏置信号Vb2给第一级增益放大器(1)，为第一级增益放大器(1)提供直流偏置；

第一电阻R1的另一端与其所在芯片的电源电压VCC相连；电流源I1的负端接地。

2.根据权利要求书1所述的可变增益运算放大器，其特征在于可变增益模块(22)，包括三个PNP管、两个NMOS管、第二电阻R2和电容C1，其中：

第一PNP管P1，其发射极分别与第二PNP管P2的发射极和第三PNP管P3的集电极相连；其基极与第一级增益放大器(1)所输出的第一放大信号VN相连；其集电极与第一NMOS管MN1的漏极相连；

第二PNP管P2，其基极与第一级增益放大器(1)所输出的第二放大信号VM相连；其集电极与第二NMOS管MN2的漏极相连，作为可变增益模块(22)的输出端；

第一NMOS管NM1，其栅极分别与第二NMOS管NM2的栅极、漏极相连；其源极与第二NMOS管NM2的源极均接地；

第三PNP管P3，其栅极与增益控制信号产生模块(21)所输出的增益控制信号VC相连，其发射极与所在芯片的电源电压VCC相连；

电容C1和第二电阻R2均跨接于第二NMOS管MN2的漏极和地之间，作为可变增益模块(22)的负载。