CN111277233A - 一种宽带放大器和模拟滤波器 - Google Patents

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CN111277233A CN201811473367.XA CN201811473367A CN111277233A CN 111277233 A CN111277233 A CN 111277233A CN 201811473367 A CN201811473367 A CN 201811473367A CN 111277233 A CN111277233 A CN 111277233A
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李超林
孙鹏
李超
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Abstract

本发明实施例公开了一种宽带放大器和模拟滤波器，其中，宽带放大器，设置在模拟滤波器中，模拟滤波器包括多个带宽模式，宽带放大器包括：增益电路；增益电路包括：第一放大子电路和第二放大子电路；第一放大子电路，用于对输入信号进行放大处理；第二放大子电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于放大经放大处理后的输入信号。本发明实施例提供的技术方案能够在滤波器处于不同带宽模式时对放大器进行配置，在保证滤波器性能的同时还实现了功耗优化。

Description

一种宽带放大器和模拟滤波器
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术领域，具体涉及一种宽带放大器和模拟滤波器。
背景技术
随着无线通信系统的升级换代，无线通信系统的信息速率越来越高，使得无线通信系统要求的信号带宽也越来越大，与此同时，不同的通信协议要求的信号带宽也不相同，这就需要无线通信系统中滤波器的带宽要有多种不同的带宽模式来适应不同的通信协议。
作为一种重要的滤波器类型，模拟滤波器在无线通信系统中有着广泛的应用，其中最重要的组成部分就是放大器，为了实现滤波器的功能，就要求放大器的带宽足够大，从而降低运放带宽不够而对滤波器功能和性能造成的影响。经发明人研究发现，现有的放大器的带宽始终保持不变，当放大器应用在具有多种不同带宽模式的滤波器中，若滤波器在带宽较小的模式下会造成滤波器功耗的浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种宽带放大器和模拟滤波器，能够在滤波器处于不同带宽模式时对放大器进行配置，实现了功耗优化。
为了达到本发明目的，本发明实施例提供了一种宽带放大器，设置在模拟滤波器中，所述模拟滤波器包括：多种带宽模式，所述宽带放大器包括：增益电路；所述增益电路包括：第一放大子电路和第二放大子电路；
所述第一放大子电路，用于对输入信号进行放大处理，生成第一信号；
所述第二放大子电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于对所述第一信号进行放大处理，生成第二信号。
可选地，所述第一放大子电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；
所述第一晶体管的控制极与第一输入端连接，其第一极与第一节点连接，其第二极与第二节点连接；
所述第二晶体管的控制极与第二输入端连接，其第一极与第一节点连接，其第二极与和第三节点连接；
所述第三晶体管的控制极与第四节点连接，其第一极与第二节点连接，其第二极与高电平电压端连接；
所述第四晶体管的控制极与第四节点连接，其第一极与第三节点连接，其第二极与高电平电压端连接；
所述第五晶体管的控制极与偏置电压端连接，其第一极与第一节点连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第一电容的第一端与第二节点连接，其第二端与第四节点连接；
所述第二电容的第一端与第四节点连接，其第二端与第三节点连接；
所述第一电阻的第一端与第二节点连接，其第二端与第四节点连接；
所述第二电阻的第一端与第四节点连接，其第二端与第三节点连接；
其中，第一晶体管、第二晶体管和第五晶体管为N型晶体管，第三晶体管和第四晶体管为P型晶体管。
可选地，所述第二放大子电路包括：第一可重配置放大子电路和第二可重配置放大子电路；
所述第一可重配置放大子电路包括：M+1个P型晶体管和M个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第三节点连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第二输出端连接；第i个晶体管的第一极与高电平电压端连接，其第二极与第二输出端连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第三节点连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与高电平电压端连接；
所述第二可重配置放大子电路包括：M+1个P型晶体管和M个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第二节点连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第一输出端连接；第i个晶体管的第一极与高电平电压端连接，其第二极与第一输出端连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第二节点连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与高电平电压端连接；2≤i≤M+1。
可选地，所述增益电路还包括：第一补偿子电路和第二补偿子电路；所述第一补偿子电路包括：第三电阻和第三电容，所述第二补偿子电路包括：第四电阻和第四电容；
所述第三电阻的第一端与第二节点连接，其第二端与第三电容的第一端连接；
所述第三电容的第二端与第二输出端连接；
所述第四电阻的第一端与第三节点连接，其第二端与第四电容的第一端连接；
所述第四电容的第二端与第一输出端连接。
可选地，所述宽带放大器还包括：前馈电路；
所述前馈电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于接收输入信号，并对输入信号进行前馈补偿。
可选地，所述前馈电路包括：第一可重配置前馈子电路和第二可重配置前馈子电路；
所述第一可重配置前馈子电路包括：N+1个N型晶体管和N个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第一输入端连接，其第一极与第二输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i个晶体管的第一极与第二输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第一输入端连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第二可重配置前馈子电路包括：N+1个N型晶体管和N个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第二输入端连接，其第一极与第一输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i个晶体管的第一极与第一输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第二输入端连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与低电平电压端连接，2≤i≤N+1。
可选地，所述宽带放大器，还包括：共模反馈电路；
所述共模反馈电路，用于稳定所述第二信号。
可选地，所述共模反馈电路包括：可重配置共模反馈子电路、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第五电容、第六电容、第五电阻和第六电阻；其中，
所述可重配置共模反馈子电路，分别与第五节点、第六节点和低电平电压端连接；
所述第六晶体管的控制极与第七晶体管的控制极连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第九晶体管的第一极连接；
所述第七晶体管的控制极与第六晶体管的第二极连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第十一晶体管的控制极连接；
所述第八晶体管的控制极与第七节点连接，其第一极与第七晶体管的第二极连接，其第二极与第十晶体管的第一极连接；
所述第九晶体管的控制极与参考电压端连接，其第二极与第十晶体管的第一极连接；
所述第十晶体管的控制极与偏置电压端连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第十一晶体管的第一极与高电平电压端连接，其第二极与第十二晶体管的第一极连接；
所述第十二晶体管的控制极与第六节点连接，其第一极与第六节点连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第五电容的第一端与第一输出端连接，其第二端与第七节点连接；
所述第五电阻的第一端与第一输出端连接，其第二端与第七节点连接；
所述第六电容的第一端与第二输出端连接，其第二端与第七节点连接；
所述第六电阻的第一端与第二输出端连接，其第二端与第七节点连接；
第六晶体管、第七晶体管和第十一晶体管为P型晶体管，第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十二晶体管为N型晶体管。
可选地，所述可重配置共模反馈子电路包括：K+1个N型晶体管和K个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第六节点连接，其第一极与第五节点连接，其第二极与低电平电压端连接；第i个晶体管的第一极与第五节点连接，其第二极与低电平电压端连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第六节点连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与低电平电压端连接；2≤i≤K+1。
可选地，所述模拟滤波器的带宽模式的数量为Q，最小控制位数Qmin满足如下公式：
Figure BDA0001891562650000051
其中，M，N，K≥Qmin-1。
本发明实施例还提供一种模拟滤波器，应用于无线通信系统中，包括：上述宽带放大器。
具体的，无线通信系统包括：2G、3G、4G或5G等通信系统，本发明实施例对此不做任何限定。
可选地，所述宽带放大器包括：相互串联连接的第一宽带放大器和第二宽带放大器。
本发明实施例提供一种宽带放大器和模拟滤波器，其中，宽带放大器，设置在模拟滤波器中，模拟滤波器包括多个带宽模式，宽带放大器包括：增益电路；所述增益电路包括：第一放大子电路和第二放大子电路；第一放大子电路，用于对输入信号进行放大处理；第二放大子电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于放大经放大处理后的输入信号。本发明实施例提供的技术方案能够在滤波器处于不同带宽模式时对放大器进行配置，在保证滤波器性能的同时还实现了功耗优化。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的宽带放大器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的增益电路的等效电路图一；
图3A为本发明实施例提供的第一可重配置放大子电路的等效电路图；
图3B为本发明实施例提供的第二可重配置放大子电路的等效电路图；
图4为本发明实施例提供的增益电路的等效电路图二；
图5为本发明实施例提供的前馈电路的等效电路图；
图6A为本发明实施例提供的第一可重配置前馈子电路的等效电路图；
图6B为本发明实施例提供的第二可重配置前馈子电路的等效电路图；
图7为本发明实施例提供的宽带放大器的等效电路图；
图8为本发明实施例提供的可重配置共模反馈子电路的等效电路图；
图9为本发明实施例提供的模拟滤波器的等效电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
除非另外定义，本发明实施例公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本领域技术人员可以理解，本申请所有实施例中采用的晶体管均可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件。优选地，本发明实施例中使用的薄膜晶体管可以是氧化物半导体晶体管。由于这里采用的晶体管的源极、漏极是对称的，所以其源极、漏极可以互换。在本发明实施例中，为区分晶体管除控制极之外的两极，将其中一个电极称为第一极，另一电极称为第二极，第一极可以为源极或者漏极，第二极可以为漏极或源极，另外，将晶体管的控制极成为控制极。
实施例一
本发明实施例提供一种宽带放大器，图1为本发明实施例提供的宽带放大器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的宽带放大器包括：增益电路。
为了达到本发明目的，本发明实施例提供了一种宽带放大器，设置在模拟滤波器中，模拟滤波器包括：多种带宽模式，宽带放大器包括：增益电路；增益电路包括：第一放大子电路和第二放大子电路。
其中，第一放大子电路，用于对输入信号进行放大处理，生成第一信号；第二放大子电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于对第一信号进行放大处理，生成第二信号。
具体的，模拟滤波器的带宽模式对应的带宽并不相同，本发明实施例并不具体限定模拟滤波器包括的带宽模式的数量，具体根据实际需求确定。
具体的，本发明实施例提供的宽带放大器适用于2G、3G、4G、5G等无线通信系统中，本发明实施例对此不作任何限定。
本发明实施例提供的宽带放大器设置在模拟滤波器中，模拟滤波器包括多个带宽模式，宽带放大器包括：增益电路；增益电路包括：第一放大子电路和第二放大子电路；第一放大子电路，用于对输入信号进行放大处理；第二放大子电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于放大经放大处理后的输入信号。本发明实施例提供的技术方案能够在滤波器处于不同带宽模式时对放大器进行配置，在保证滤波器性能的同时还实现了功耗优化。
可选地，图2为本发明实施例提供的增益电路的等效电路图一，如图2所示，本发明实施例提供的第一放大子电路包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2。
具体的，第一晶体管M1的控制极与第一输入端VI1连接，其第一极与第一节点N1连接，其第二极与第二节点N2连接；第二晶体管M2的控制极与第二输入端VI2连接，其第一极与第一节点N1连接，其第二极与和第三节点N3连接；第三晶体管M3的控制极与第四节点N4连接，其第一极与第二节点N2连接，其第二极与高电平电压端VDD连接；第四晶体管M4的控制极与第四节点N4连接，其第一极与第三节点N3连接，其第二极与高电平电压端VDD连接；第五晶体管M5的控制极与偏置电压端VBIAS连接，其第一极与第一节点N1连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；第一电容C1的第一端与第二节点N2连接，其第二端与第四节点N4连接；第二电容C2的第一端与第四节点N4连接，其第二端与第三节点N3连接；第一电阻R1的第一端与第二节点N2连接，其第二端与第四节点N4连接；第二电阻R2的第一端与第四节点N4连接，其第二端与第三节点N3连接。
具体的，第一放大子电路为共源级差分放大器，第一输入端VI1和第二输入端VI2的输入信号经过第一放大子电路放大，并分别向第二节点N2和第三节点N3输出放大后的输入信号。
可选地，第一晶体管M1和第二晶体管M2为差分输入对管，且均为N型晶体管。
可选地，第三晶体管M3和第四晶体管M4为负载管，且均为P型晶体管。
可选地，第五晶体管M5为尾电流管，且为N型晶体管。
可选地，如图2所示，本发明实施例提供的第二放大子电路包括：第一可重配置放大子电路MPX1和第二可重配置放大子电路MPX2。
具体的，第一可重配置放大子电路MPX1和第二可重配置放大子电路MPX2为单级共源放大器。
其中，第二节点N2和第三节点N3的信号同时作为第二放大子电路的输入信号并对其进行放大，放大后的输出信号作为整个宽带放大器的输出，具体的，第二节点N2的信号作为第二可重配置放大子电路MPX2的输入信号，第三节点N3的信号作为第一可重配置放大子电路MPX1的输入信号。
其中，图3A为本发明实施例提供的第一可重配置放大子电路的等效电路图，如图3A所示，第一可重配置放大子电路MPX1包括：M+1个P型晶体管和M个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；其中，M+1个P型晶体管分别为：MPX0、MPX1、MPX2、……、MPXM、M个开关对分别为：SP1和SPB1、SP2和SPB2、……、SPM和SPBM，SPj为第j个开关对的第一开关，SPBj为第j个开关对的第二开关，1≤j≤M。
其中，MPX0的控制极与第三节点N3连接，其第一极与高电平电压端VDD连接，其第二极与第二输出端VO2连接；MPXi-1的第一极与高电平电压端VDD连接，其第二极与第二输出端VO2连接；第i-1个开关对中的第一开关SPi-1的第一端与第三节点N3连接，其第二端与MPXi-1的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关SPBi-1的第一端与MPXi-1的控制极连接，其第二极与高电平电压端VDD连接，2≤i≤M+1。
如图3A所示，MPX0、MPX1、MPX2、…、MPXM的第一极都连接到高电平电压端VDD，第二极连接到第二输出端。其中，MPX0是固定导通的，MPX1、MPX2、...、MPXM是通过M个开关对来选择导通的。
可选地，MPX0、MPX1、MPX2、…、MPXM的沟长是相同的，且宽度成比例变化。
优选地，为了实现放大器能够与模拟滤波器的带宽模式的个数适配，本发明实施例中的晶体管的宽度比例满足：MPX1:MPX2:...:MPXM＝1:2:...:2M-1。
具体的，SPj和SPBj为互逆的开关对，即SP1和SPB1、SP2和SPB2、…、SPM和SPBM是由M组互逆信号控制的开关对，可以控制MPX1、MPX2、…、MPXM是处于导通状态还是关断状态，当SPj导通和SPBj断开时，开关对对应的晶体管与第一个晶体管MPX0并联，当SPj断开和SPBj导通时，开关对对应的晶体管关断，没有电流通过。
具体的，SP1和SPB1控制MPX1的状态，当第一开关SP1导通时，第二开关SPB1断开，第三节点N2的信号接到MPX1的控制极使之处于导通状态并与MPX0并联；当第一开关SP1断开，第二开关SPB1导通时，MPX1的控制极被拉到VDD上从而处于关断状态。与第一开关对SP1和SPB1控制MPX1状态的原理一样，SP2和SPB2、…、SPM和SPBM控制MPX2、…、MPXM的导通和关断，从而实现了第二放大器的可重配置设计。
图3B为本发明实施例提供的第二可重配置放大子电路的等效电路图，如图3B所示，第二可重配置放大子电路MPX2包括：M+1个P型晶体管和M个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；其中，M+1个P型晶体管分别为：MPX0、MPX1、MPX2、……、MPXM、M个开关对分别为：SP1和SPB1、SP2和SPB2、……、SPM和SPBM，SPj为第j个开关对的第一开关，SPBj为第j个开关对的第二开关，1≤j≤M。
其中，MPX0的控制极与第二节点N2连接，其第一极与高电平电压端VDD连接，其第二极与第一输出端VO1连接；第i个晶体管MPXi-1的第一极与高电平电压端VDD连接，其第二极与第一输出端VO1连接；第i-1个开关对中的第一开关SPi-1的第一端与第二节点N2连接，其第二端与MPXi-1的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关SPBi-1的第一端与第i个晶体管MPXi-1的控制极连接，其第二极与高电平电压端VDD连接，2≤i≤M+1。
如图3B所示，每个晶体管MPX0、MPX1、MPX2、…、MPXM的第一极都连接到高电平电压端VDD，第二极连接到第一输出端。其中，第一个晶体管MPX0是固定导通的，MPX1、MPX2、...、MPXM是通过M个开关对来选择导通的。
可选地，MPX0、MPX1、MPX2、…、MPXM的沟长是相同的，且宽度成比例变化。
优选地，为了实现放大器能够与模拟滤波器的带宽模式的个数适配，本发明实施例中的晶体管的宽度比例满足：MPX1:MPX2:...:MPXM＝1:2:...:2M-1。
具体的，SPj和SPBj为互逆的开关对，即SP1和SPB1、SP2和SPB2、…、SPM和SPBM是由M组互逆信号控制的开关对，可以控制MPX1、MPX2、…、MPXM是处于导通状态还是关断状态，当SPj导通和SPBj断开时，开关对对应的晶体管与MPX0并联，当SPj断开和SPBj导通时，开关对对应的晶体管关断，没有电流通过。
具体的，SP1和SPB1控制第二晶体管MPX1的状态，当第一开关SP1导通时，第二开关SPB1断开，第三节点N2的信号接到MPX1的控制极使之处于导通状态并与MPX0并联；当第一开关SP1断开，第二开关SPB1导通时，MPX1的控制极被拉到VDD上从而处于关断状态。与第一开关对SP1和SPB1控制MPX1状态的原理一样，SP2和SPB2、…、SPM和SPBM控制MPX2、…、MPXM的导通和关断，从而实现了第二放大器的可重配置设计。
本发明实施例根据模拟滤波器的带宽模式，改变第二放大子电路中接入的晶体管的数量，从而实现对第二方法子电路的可重配置。
可选地，图4为本发明实施例提供的增益电路的等效电路图二，如图4所示，本发明实施例提供的增益电路还包括：第一补偿子电路和第二补偿子电路；第一补偿子电路包括：第三电阻R3和第三电容C3，第二补偿子电路包括：第四电阻R4和第四电容C4。
其中，第三电阻R3的第一端与第二节点N2连接，其第二端与第三电容C3的第一端连接；第三电容C3的第二端与第二输出端VO2连接；第四电阻R4的第一端与第三节点N3连接，其第二端与第四电容C4的第一端连接；第四电容C4的第二端与第一输出端VO1连接。
可选地，第三电阻R3和第四电阻R4的阻值固定。
可选地，第三电容C3和第四电容C4可以为可变电容，还可以为米勒电容。
本发明实施例在增益电路中设置第一补偿子电路和第二补偿子电路能够对宽带放大器的环路零极点进行补偿，保证不同的带宽模式下宽带放大器的稳定。
可选地，图5为本发明实施例提供的前馈电路的等效电路图，如图5所示，本发明实施例提供的宽带放大器还包括：前馈电路，其中，前馈电路用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于接收输入信号，并对输入信号进行前馈补偿。
具体的，前馈电路与第二放大子电路共用一路电流，能够在不增加额外功耗的情况下提高整个宽带放大器的增益带宽积，同时前馈电路还增大宽带放大器的带宽和增益。
前馈电路包括：第一可重配置前馈子电路和第二可重配置前馈子电路。
其中，图6A为本发明实施例提供的第一可重配置前馈子电路的等效电路图，如图6A所示，第一可重配置前馈子电路包括：N+1个N型晶体管和N个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；其中，N+1个N型晶体管分别为：MNX0、MNX1、MNX2、……、MNXN、N个开关对分别为：SN1和SNB1、SN2和SNB2、……、SNN和SNBN，SNj为第j个开关对的第一开关，SNBj为第j个开关对的第二开关，1≤j≤N。
其中，MNX0的控制极与第一输入端VI1连接，其第一极与第二输出端VO2连接，其第二极与第五节点N5连接；MNXi-1的第一极与第二输出端VO2连接，其第二极与第五节点N5连接；第i-1个开关对SNi-1和SNBi-1中的第一开关SNi-1的第一端与第一输入端VI1连接，其第二端与MNXi-1的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关SNBi-1的第一端与MNXi-1的控制极连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；2≤i≤N+1。
如图6A所示，MNX0、MNX1、MNX2、……、MNXN的第一极都连接到第二输出端VO2，第二极连接到第五节点N5。其中，MNX0是固定导通的，MNX1、MNX2、……、MNXN是通过N个开关对来选择导通的。
可选地，MNX0、MNX1、MNX2、…、MNXN的沟长是相同的，且宽度成比例变化。
优选地，为了实现放大器能够与模拟滤波器的带宽模式的个数适配，本发明实施例中的晶体管的宽度比例满足：MNX1:MNX2:...:MNXN＝1:2:...:2N-1。
具体的，SNj和SNBj为互逆的开关对，即SN1和SNB1、SN2和SNB2、…、SNN和SNBN是由M组互逆信号控制的开关对，可以控制MNX1、MNX2、…、MNXN是处于导通状态还是关断状态，当SNj导通和SNBj断开时，开关对对应的晶体管与MNX0并联，当SNj断开和SNBj导通时，开关对对应的晶体管关断，没有电流通过。
具体的，SN1和SNB1控制MNX1的状态，当第一开关SN1导通时，第二开关SNB1断开，第一输入端VI1的信号接到MNX1的控制极使之处于导通状态并与MNX0并联；当第一开关SN1断开，第二开关SNB1导通时，MNX1的控制极被拉到VSS上从而处于关断状态。与第一开关对SN1和SNB1控制MNX1状态的原理一样，SN2和SNB2、…、SNN和SNBN控制MNX2、…、MNXN的导通和关断，从而实现了前馈电路的可重配置设计。
其中，图6B为本发明实施例提供的第二可重配置前馈子电路的等效电路图，如图6B所示，第二可重配置前馈子电路包括：N+1个N型晶体管和N个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；其中，N+1个N型晶体管分别为：MNX0、MNX1、MNX2、……、MNXN、N个开关对分别为：SN1和SNB1、SN2和SNB2、……、SNN和SNBN，SNj为第j个开关对的第一开关，SNBj为第j个开关对的第二开关，1≤j≤N。
其中，MNX0的控制极与第二输入端VI2连接，其第一极与第一输出端VO1连接，其第二极与第五节点N5连接；MNXi-1的第一极与第一输出端VO1连接，其第二极与第五节点N5连接；第i-1个开关对SNi-1和SNBi-1中的第一开关SNi-1的第一端与第二输入端VI2连接，其第二端与MNXi-1的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关SNBi-1的第一端与MNXi-1的控制极连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；2≤i≤N+1。
如图6B所示，MNX0、MNX1、MNX2、……、MNXN的第一极都连接到第一输出端VO1，第二极连接到第五节点N5。其中，MNX0是固定导通的，MNX1、MNX2、……、MNXN是通过N个开关对来选择导通的。
可选地，MNX0、MNX1、MNX2、…、MNXN的沟长是相同的，且宽度成比例变化。
优选地，为了实现放大器能够与模拟滤波器的带宽模式的个数适配，本发明实施例中的晶体管的宽度比例满足：MNX1:MNX2:...:MNXN＝1:2:...:2N-1。
具体的，SNj和SNBj为互逆的开关对，即SN1和SNB1、SN2和SNB2、…、SNM和SNBN是由M组互逆信号控制的开关对，可以控制MNX1、MNX2、…、MNXN是处于导通状态还是关断状态，当SNj导通和SNBj断开时，开关对对应的晶体管与MNX0并联，当SNj断开和SNBj导通时，开关对对应的晶体管关断，没有电流通过。
具体的，SN1和SNB1控制MNX1的状态，当第一开关SN1导通时，第二开关SNB1断开，第二输入端VI2的信号接到MNX1的控制极使之处于导通状态并与MNX0并联；当第一开关SN1断开，第二开关SNB1导通时，MNX1的控制极被拉到VSS上从而处于关断状态。与第一开关对SN1和SNB1控制MNX1状态的原理一样，SN2和SNB2、…、SNN和SNBN控制MNX2、…、MNXN的导通和关断，从而实现了前馈电路的可重配置设计。
本发明实施例根据模拟滤波器的带宽模式，改变前馈电路中接入的晶体管的数量，从而实现对前馈电路的可重配置。
可选地，图7为本发明实施例提供的宽带放大器的等效电路图，如图7所示，本发明实施例提供的宽带放大器还包括：还包括：共模反馈电路，其中，共模反馈电路，用于稳定第二信号。
如图7所示，共模反馈电路包括：可重配置共模反馈子电路MFBX、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12、第五电容C5、第六电容C6、第五电阻R5和第六电阻R6。
具体的，可重配置共模反馈子电路，分别与第五节点N5、第六节点N6和低电平电压端VSS连接；第六晶体管M6的控制极与第七晶体管M7的控制极连接，其第一极与高电平电压端VDD连接，其第二极与第九晶体管M9的第一极连接；第七晶体管M7的控制极与第六晶体管M6的第二极连接，其第一极与高电平电压端VDD连接，其第二极与第十一晶体管M11的控制极连接；第八晶体管M8的控制极与第七节点N7连接，其第一极与第七晶体管M7的第二极连接，其第二极与第十晶体管M10的第一极连接；第九晶体管M9的控制极与参考电压端VREF连接，其第二极与第十晶体管M10的第一极连接；第十晶体管M10的控制极与偏置电压端VBIAS连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；第十一晶体管M11的第一极与高电平电压端VDD连接，其第二极与第十二晶体管M12的第一极连接；第十二晶体管M12的控制极与第六节点N6连接，其第一极与第六节点N6连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；第五电容C5的第一端与第一输出端VO1连接，其第二端与第七节点N7连接；第五电阻R5的第一端与第一输出端VO1连接，其第二端与第七节点N7连接；第六电容C6的第一端与第二输出端VO2连接，其第二端与第七节点N7连接；第六电阻R6的第一端与第二输出端VO2连接，其第二端与第七节点N7连接。
可选地，第六晶体管M6和第七晶体管M7为负载管，且均为P型晶体管。
可选地，第八晶体管M8和第九晶体管M9为差分输入对管，且均为N型晶体管。
可选地，第十晶体管M10为尾电流管，且为N型晶体管。
可选地，第十一晶体管M11为P型晶体管。
可选地，第十二晶体管M12为N型晶体管。
需要说明的是，本发明实施例提供的共模反馈电路实质上是一个双端输入双端输出的差分转单端的放大器。
具体的，图8为本发明实施例提供的可重配置共模反馈子电路的等效电路图，如图8所示，可重配置共模反馈子电路MFBX包括：K+1个N型晶体管和K个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；其中，K+1个N型晶体管分别为：MFBX0、MFBX1、MFBX2、……、MFBXK、K个开关对分别为：SF1和SFB1、SF2和SFB2、……、SFK和SFBK，SNj为第j个开关对的第一开关，SFBj为第j个开关对的第二开关，1≤j≤K。
其中，MFBX0的控制极与第六节点N6连接，其第一极与第五节点N5连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；MFBXi-1的第一极与第五节点N5连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；第i-1个开关对SFi-1和SFBi-1中的第一开关SFi-1的第一端与第六节点N6连接，其第二端与MFBXi-1的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关SFBi-1的第一端与MFBXi-1的控制极连接，其第二极与低电平电压端VSS连接；2≤i≤K+1。
如图8所示，MFBX0、MFBX1、MFBX2、……、MFBXK的第一极都连接到第五节点N5，第二极连接到低电平电压端VSS。其中，MFBX0是固定导通的，MFBX1、MFBX2、……、MFBXK是通过K个开关对来选择导通的。
可选地，MFBX0、MFBX1、MFBX2、……、MFBXK的沟长是相同的，且宽度成比例变化。
优选地，为了实现放大器能够与模拟滤波器的带宽模式的个数适配，本发明实施例晶体管的宽度比例满足：MFBX1、MFBX2、……、MFBXK＝1:2:...:2K-1。
具体的，SFj和SFBj为互逆的开关对，即SF1和SFB1、SF2和SFB2、…、SFK和SFBK是由K组互逆信号控制的开关对，可以控制MFBX1、MFBX2、…、MFBXK是处于导通状态还是关断状态，当SFj导通和SFBj断开时，开关对对应的晶体管与MFBX0并联，当SFj断开和SFBj导通时，开关对对应的晶体管关断，没有电流通过。
具体的，SF1和SFB1控制MFBX1的状态，当第一开关SF1导通时，第二开关SFB1断开，第六节点的信号接到MFBX1的控制极使之处于导通状态并与MFBX0并联；当第一开关SF1断开，第二开关SFB1导通时，MFBX1的控制极被拉到VSS上从而处于关断状态。与第一开关对SF1和SFB1控制MFBX1状态的原理一样，SF2和SFB2、…、SFK和SFBK控制MFBX2、…、MFBXK的导通和关断，从而实现了共模反馈电路的可重配置设计。
本发明实施例根据模拟滤波器的带宽模式，改变共模反馈电路中接通的晶体管的数量，从而实现对模反馈电路的可重配置。
本发明实施例提供的宽带放大器中包括：第一可重配置放大子电路、第二可重配置放大子电路、第一可重配置前馈子电路、第二可重配置前馈子电路和可重配置共模反馈子电路，其中，可重配置子电路的结构简单明了，可以在实现多模宽带滤波器的同时，可以根据不同的模拟滤波器的带宽模式对宽带放大器进行重配置，从而保证模拟滤波器在不同带宽模式下的性能，同时实现模拟滤波器功耗的优化。
具体的，模拟滤波器的带宽模式的数量为Q，最小控制位数Qmin满足如下公式：
Figure BDA0001891562650000171
具体的，第一可重配置放大子电路和第二可重配置放大子电路中晶体管数量大于或者等于最小控制位数，第一可重配置前馈子电路和第二可重配置前馈子电路中晶体管数量大于或者等于最小控制位数，可重配置共模反馈子电路的晶体管的数量大于或者等于最小控制位数。
实施例二
基于上述实施例的发明构思，本发明实施例还提供一种模拟滤波器，应用于无线通信系统中，包括宽带放大器。
其中，宽带放大器为实施例一提供的宽带放大器，其实现原理和实现效果类似，在此不再赘述。
具体的，如图9为本发明实施例提供的模拟滤波器的结构示意图，如图9所示，宽带放大器包括：第一宽带放大器opa1和第二宽带放大器opa2。
其中，第一宽带放大器opa1和第二宽带放大器opa2为实施例一提供的宽带放大器。
如图9所示，模拟滤波器还包括：第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10。
具体的，第七电阻R7的第一端与第一宽带放大器opa1的第一输入端连接，其第二端与第二宽带放大器opa2的第二输出端VO2连接，第八电阻R8的第一端与第一宽带放大器opa1的第二输入端连接，其第二端与第二宽带放大器opa2的第一输出端VO1连接，第九电阻R9的第一端与第一输入端INPUT1连接，其第二端与第一宽带放大器opa1的第一输入端连接，第十电阻R10的第一端与第二输入端INPUT2连接，其第二端与第一宽带放大器opa1的第二输入端连接，第十一电阻R11的第一端与第一宽带放大器opa1的第一输入端连接，其第二端与第一宽带放大器opa1的第一输出端连接，第十二电阻R12的第一端与第一宽带放大器opa1的第二输入端连接，其第二端与第一宽带放大器opa1的第二输出端连接，第十三电阻R13的第一端与第一宽带放大器opa1的第一输出端连接，其第二端与第二宽带放大器opa2的第一输入端连接，第十四电阻R14的第一端与第一宽带放大器opa1的第二输出端连接，其第二端与第二宽带放大器opa2的第二输入端连接，第七电容C7的第一端与第一宽带放大器opa1的第一输入端连接，其第二端与第一宽带放大器opa1的第一输出端连接，第八电容C8的第一端与第一宽带放大器opa1的第二输入端连接，其第二端与第一宽带放大器opa1的第二输出端连接，第九电容C9的第一端与第二宽带放大器opa2的第一输入端连接，其第二端与第二宽带放大器opa2的第一输出端连接，第十电容C10的第一端与第二宽带放大器opa2的第二输入端连接，其第二端与第二宽带放大器opa2的第二输出端连接。
可选地，第七电阻R7和第八电阻R8的阻值相同，且均为阻值固定的电阻。
可选地，第九电阻R9和第十电阻R10为可变电阻。
可选地，第十一电阻R11和第十二电阻R12为可变电阻。
可选地，第十三电阻R13和第十四电阻R14的阻值相同，且均为阻值固定的电阻。
可选地，第七电容C7和第八电容C8为可变电容。
可选地，第九电容C9和第十电容C10为可变电容。
需要说明的是，本发明实施例提供的模拟滤波器中的第七电阻R7、第八电阻R8、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10共同决定了模拟滤波器的截止频率，本发明实施例公开的模拟滤波器的带宽变化就是通过改变第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10的电容值切换模式的。
本发明实施例提供的模拟滤波器中的第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10共同决定了模拟滤波器的增益，具体的，本发明实施例中的第七电阻R7和第八电阻R8阻值固定，可以通过改变第九电阻R9和第十电阻R10的阻值来调节模拟滤波器的增益。
本发明实施例提供的模拟滤波器中的第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第十四电阻R14共同决定了模拟滤波器的品质因数，从而影响模拟滤波器的带内平坦度和带外抑制。由于本发明实施例的第七电阻R7、第八电阻R8、第十三电阻R13和第十四电阻R14的阻值固定，这样独立调整模拟滤波器的带宽和增益的时候并不会影响滤波器的品质因数。
进一步地，本发明实施例提供的模拟滤波器的带宽模式的配置包括以下步骤：
步骤S1：根据所需要的带宽模式，配置第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10的电容，重复该操作直到截止频率的对应处的增益比直流处小3dB功率增益时完成。
需要说明的是，步骤S1可以手动完成也可以自动完成。
步骤S2，根据需要的带内平坦度，配置第十一电阻R11和第十二电阻R12的电阻，重复该操作直到平坦度满足需求时完成。
步骤S3，重复第一步和第二步直到带宽和带内平坦度都满足要求。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种宽带放大器，其特征在于，设置在模拟滤波器中，所述模拟滤波器包括：多种带宽模式，所述宽带放大器包括：增益电路；所述增益电路包括：第一放大子电路和第二放大子电路；
所述第一放大子电路，用于对输入信号进行放大处理，生成第一信号；
所述第二放大子电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于对所述第一信号进行放大处理，生成第二信号。
2.根据权利要求1所述的宽带放大器，其特征在于，所述第一放大子电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；
所述第一晶体管的控制极与第一输入端连接，其第一极与第一节点连接，其第二极与第二节点连接；
所述第二晶体管的控制极与第二输入端连接，其第一极与第一节点连接，其第二极与和第三节点连接；
所述第三晶体管的控制极与第四节点连接，其第一极与第二节点连接，其第二极与高电平电压端连接；
所述第四晶体管的控制极与第四节点连接，其第一极与第三节点连接，其第二极与高电平电压端连接；
所述第五晶体管的控制极与偏置电压端连接，其第一极与第一节点连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第一电容的第一端与第二节点连接，其第二端与第四节点连接；
所述第二电容的第一端与第四节点连接，其第二端与第三节点连接；
所述第一电阻的第一端与第二节点连接，其第二端与第四节点连接；
所述第二电阻的第一端与第四节点连接，其第二端与第三节点连接；
其中，第一晶体管、第二晶体管和第五晶体管为N型晶体管，第三晶体管和第四晶体管为P型晶体管。
3.根据权利要求2所述的宽带放大器，其特征在于，所述第二放大子电路包括：第一可重配置放大子电路和第二可重配置放大子电路；
所述第一可重配置放大子电路包括：M+1个P型晶体管和M个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第三节点连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第二输出端连接；第i个晶体管的第一极与高电平电压端连接，其第二极与第二输出端连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第三节点连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与高电平电压端连接；
所述第二可重配置放大子电路包括：M+1个P型晶体管和M个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第二节点连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第一输出端连接；第i个晶体管的第一极与高电平电压端连接，其第二极与第一输出端连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第二节点连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与高电平电压端连接；2≤i≤M+1。
4.根据权利要求3所述的宽带放大器，其特征在于，所述增益电路还包括：第一补偿子电路和第二补偿子电路；所述第一补偿子电路包括：第三电阻和第三电容，所述第二补偿子电路包括：第四电阻和第四电容；
所述第三电阻的第一端与第二节点连接，其第二端与第三电容的第一端连接；
所述第三电容的第二端与第二输出端连接；
所述第四电阻的第一端与第三节点连接，其第二端与第四电容的第一端连接；
所述第四电容的第二端与第一输出端连接。
5.根据权利要求4所述的宽带放大器，其特征在于，所述宽带放大器还包括：前馈电路；
所述前馈电路，用于根据模拟滤波器的带宽模式进行重配置，还用于接收输入信号，并对输入信号进行前馈补偿。
6.根据权利要求5所述的宽带放大器，其特征在于，所述前馈电路包括：第一可重配置前馈子电路和第二可重配置前馈子电路；
所述第一可重配置前馈子电路包括：N+1个N型晶体管和N个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第一输入端连接，其第一极与第二输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i个晶体管的第一极与第二输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第一输入端连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第二可重配置前馈子电路包括：N+1个N型晶体管和N个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第二输入端连接，其第一极与第一输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i个晶体管的第一极与第一输出端连接，其第二极与第五节点连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第二输入端连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与低电平电压端连接，2≤i≤N+1。
7.根据权利要求6所述的宽带放大器，其特征在于，所述宽带放大器，还包括：共模反馈电路；
所述共模反馈电路，用于稳定所述第二信号。
8.根据权利要求7所述的宽带放大器，其特征在于，所述共模反馈电路包括：可重配置共模反馈子电路、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第五电容、第六电容、第五电阻和第六电阻；其中，
所述可重配置共模反馈子电路，分别与第五节点、第六节点和低电平电压端连接；
所述第六晶体管的控制极与第七晶体管的控制极连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第九晶体管的第一极连接；
所述第七晶体管的控制极与第六晶体管的第二极连接，其第一极与高电平电压端连接，其第二极与第十一晶体管的控制极连接；
所述第八晶体管的控制极与第七节点连接，其第一极与第七晶体管的第二极连接，其第二极与第十晶体管的第一极连接；
所述第九晶体管的控制极与参考电压端连接，其第二极与第十晶体管的第一极连接；
所述第十晶体管的控制极与偏置电压端连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第十一晶体管的第一极与高电平电压端连接，其第二极与第十二晶体管的第一极连接；
所述第十二晶体管的控制极与第六节点连接，其第一极与第六节点连接，其第二极与低电平电压端连接；
所述第五电容的第一端与第一输出端连接，其第二端与第七节点连接；
所述第五电阻的第一端与第一输出端连接，其第二端与第七节点连接；
所述第六电容的第一端与第二输出端连接，其第二端与第七节点连接；
所述第六电阻的第一端与第二输出端连接，其第二端与第七节点连接；
第六晶体管、第七晶体管和第十一晶体管为P型晶体管，第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十二晶体管为N型晶体管。
9.根据权利要求8所述的宽带放大器，其特征在于，所述可重配置共模反馈子电路包括：K+1个N型晶体管和K个开关对，每个开关对包括：第一开关和第二开关；
其中，第一个晶体管的控制极与第六节点连接，其第一极与第五节点连接，其第二极与低电平电压端连接；第i个晶体管的第一极与第五节点连接，其第二极与低电平电压端连接；第i-1个开关对中的第一开关的第一端与第六节点连接，其第二端与第i个晶体管的控制极连接，第i-1个开关对中的第二开关的第一端与第i个晶体管的控制极连接，其第二极与低电平电压端连接；2≤i≤K+1。
10.根据权利要求9所述的宽带放大器，其特征在于，所述模拟滤波器的带宽模式的数量为Q，最小控制位数Qmin满足如下公式：
Figure FDA0001891562640000051
其中，M，N，K≥Qmin-1。
11.一种模拟滤波器，其特征在于，应用于无线通信系统中，包括：如权利要求1～10任一项所述的宽带放大器。
12.根据权利要求11所述的模拟滤波器，其特征在于，所述宽带放大器包括：相互串联连接的第一宽带放大器和第二宽带放大器。
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