CN112119585A - 可编程增益放大装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括并联在第一偏置电压和地之间的多个增益级，其中，每个增益级包括放大部分和电流控制部分，所述电流控制部分包括连接在所述放大部分的输出端和信号输出端之间的第一可选信号路径，以及通过分流设备连接在所述放大部分的所述输出端和地之间的第二可选信号路径。

Description

可编程增益放大装置及方法
相关申请案交叉申请
本申请涉及并要求于2018年5月29日提交的申请号为62/677,352、发明名称为“可编程增益放大装置和方法”的美国临时申请以及于2018年10月26日提交的申请号为16/172,507、发明名称为“可编程增益放大装置和方法”的美国非临时申请的优先权，其全部内容都通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种射频前端放大器，尤其涉及一种用于在不同操作条件下调节射频前端放大器的增益的可编程增益放大装置。
背景技术
无线通信系统广泛用于为使用蜂窝电话、膝上型计算机和各种多媒体设备等各种接入终端的多个用户提供语音和数据服务。这样的通信系统可以包括IEEE 801.11网络等局域网、蜂窝电话和/或移动宽带网络。所述通信系统可以使用一种或多种多址接入技术，例如，频分多址(Frequency Division Multiple Access，简称FDMA)、时分多址(TimeDivision Multiple Access，简称TDMA)、码分多址(Code Division Multiple Access，简称CDMA)、正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，简称OFDMA)、单载波频分多址(Single Carrier Frequency Division Multiple Access，简称SC-FDMA)等。移动宽带网络可以符合多种标准，例如，主要的第二代(2nd generation，简称2G)技术全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，简称GSM)、主要的第三代(3rd generation，简称3G)技术通用移动通信系统(Universal MobileTelecommunications System，简称UMTS)、主要的第四代(4th generation，简称4G)技术长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)和新兴的第五代(5th generation，简称5G)技术。
无线网络可以包括无线设备和多个基站。所述无线设备可以是笔记本电脑、手机或个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)、媒体播放器、游戏设备等。所述基站通过耦合在所述无线设备和所述基站之间的多个无线信道(例如，从所述基站到所述无线设备的下行信道)与所述无线设备通信。所述无线设备可以通过多个反馈信道(例如，从所述无线设备到所述基站的上行信道)向所述基站发送包括信道信息的返回信息。
所述无线设备可以包括耦合在天线和基带处理器之间的收发器。所述收发器可以包括放大器和耦合到本地振荡器的第一混频器。所述放大器用于将射频电压信号转换为射频电流信号。所述第一混频器从所述放大器接收所述信号，并在适合所述基带处理器的中频上产生信号。经过所述第一混频器处理后，生成具有所述中频的同相(I)信号并发送给所述基带处理器。
所述收发器还包括通过移相器耦合至所述本地振荡器的第二混频器。所述移相器将所述本地振荡器产生的信号相移90度。所述第二混频器生成正交(Q)信号，用于所述基带处理器中的数字信号处理。
所述无线设备通常包括前端跨导放大器，用于将输入的射频电压信号转换为用于驱动所述混频器的射频电流信号。需要可编程增益放大器来调节信号范围，以便为下游设备生成合适的射频电流信号。
期望具有在各种工作条件下都表现出良好性能的高性能放大器，如高线性度、良好压缩性能、良好增益步长精度、低输入阻抗变化等。
发明内容
本公开的优选实施例提供了一种在不同操作条件下调节射频前端放大器的增益的系统、装置和方法，通常解决或避免了这些和其他问题，并且通常实现了技术优势。
根据一个实施例，一种装置包括并联在第一偏置电压和地之间的多个增益级，其中，每个增益级包括放大部分和电流控制部分，所述电流控制部分包括连接在所述放大部分的输出端和信号输出端之间的第一可选信号路径，以及通过分流设备连接在所述放大部分的所述输出端和地之间的第二可选信号路径。
根据另一实施例，一种系统包括：反相路径，其中，所述反相路径包括并联在第一电压和第二电压之间的多个第一增益级，每个第一增益级包括第一放大部分和第一电流控制部分，所述第一电流控制部分通过分流设备将所述第一放大部分的输出信号发送至第一输出信号路径或地；以及非反向路径，其中，所述非反相路径包括并联在所述第一电压和所述第二电压之间的多个第二增益级，每个第二增益级包括第二放大部分和第二电流控制部分，所述第二电流控制部分通过所述分流设备将所述第二放大部分的输出信号发送至第二输出信号路径或地。
根据又一实施例，一种方法包括：放大器接收射频信号，其中，所述放大器包括并联的多个放大部分和分别连接到其对应的放大部分的多个电流控制部分；通过打开电流控制部分的第一开关和关闭所述电流控制部分的第二开关增加所述放大器的增益，其中，所述第一开关耦合到所述放大器的输出端，所述第二开关耦合到地；以及通过关闭所述电流控制部分的所述第一开关和打开所述电流控制部分的所述第二开关降低所述放大器的所述增益。
本公开的优选实施例的优点在于，在不同操作条件下调节射频前端放大器的增益。
上文相当宽泛地概述了本发明的实施例的特征和技术优点，目的是让人能更好地理解下文对本发明的详细描述。下文中将描述本发明的额外特征和优点，其形成本发明的权利要求书的标的物。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出了根据本公开各实施例的一种移动设备的框图；
图2示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的框图；
图3示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第一实现方式的示意图；
图4示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第二实现方式的示意图；
图5示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第三实现方式的示意图；
图6示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第四实现方式的示意图；
图7示出了根据本公开各实施例的用于控制图1示出的可编程增益放大器的方法的流程图；
图8示出了根据本公开各实施例的可编程增益放大器；以及
图9示出了根据本公开各实施例的用于控制可编程增益放大器的操作的控制器。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
下面详细讨论本公开实施例。但应了解，本公开提供的许多适用发明概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
将结合特定上下文中的优选实施例，即，用于蜂窝射频接收机的可编程增益放大装置，对本公开进行描述。然而，本发明还可以应用到各种射频设备。以下将结合附图详细说明各实施例。
图1示出了根据本公开各实施例的一种移动设备的框图。移动设备100可以是笔记本电脑、手机或个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)、媒体播放器、游戏设备等。在一些实施例中，所述移动设备100可包括接收器101、发送器、天线和其他合适的器件。可替换地，所述移动设备可以包括收发器，其中，发送器和接收器合并在一起并共享公共电路。为简单起见，图1仅示出所述接收器101的详细框图。
所述接收器101耦合在天线102和基带处理器118之间。虽然图1示出了单个天线，但是所述天线102可以包括两个或多个天线，例如，主天线和一个或多个备用天线，这些天线可以用于发射和接收无线通信信号。通常，所述主天线用于从所述基站接收入站无线信号或从所述移动设备向基站发送出站无线信号。所述备用天线作为辅助天线，可能无法从所述移动设备向所述基站接收/发射高性能的出站信号。所述备用天线的主要功能是接收分集无线信号。具有两个天线的移动设备是本领域公知的，因此在此不再赘述，以避免重复。
所述移动设备100可以发射和接收基于各种标准调制的无线信号，例如，主要的第二代(2nd generation，简称2G)技术全球移动通信系统(Global System for MobileCommunications，简称GSM)、主要的第三代(3rd generation，简称3G)技术通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，简称UMTS)、主要的第四代(4thgeneration，简称4G)技术长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)和新兴的第五代(5thgeneration，简称5G)技术。此外，可以基于其他标准调制所述无线信号，例如，全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability for Microwave Access，简称WiMAX)、无线局域网(Wireless Local Area Network，简称WLAN)、超宽带(Ultra Wideband，简称UWB)等。
所述处理器118可以是任何合适的基带处理器，例如，数字信号处理器(digitalsignal processor，简称DSP)芯片等。所述处理器118用于管理射频功能并提供用于无线通信的控制软件。所述处理器118还可以耦合到所述移动设备的其他功能单元，例如，应用处理器等。
如图1所示，所述接收器101可包括多个滤波器，例如，第一滤波器104、I信道滤波器111和Q信道滤波器112。所述接收器101还可以包括多个增益级，例如，放大器106、I信道放大器113和Q信道放大器114。为了提供适合所述处理器118的数字信号，如图1所示，采用多个模数(analog-to-digital，简称A/D)转换器115和116。上述滤波器、I信道放大器、Q信道放大器以及A/D转换器的功能是公知的，因此在此不再赘述。
所述放大器106用于将输入的射频电压信号转换为射频电流信号以驱动混频器(例如，混频器107和108)。在一些实施例中，所述放大器106实现为可编程增益放大器。换言之，所述放大器106不是固定的增益放大器。相反，所述放大器106的增益可以根据不同的操作条件动态地调节。
在一些实施例中，所述放大器106是具有可编程增益的射频互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，简称CMOS)跨导(gm)放大器。所述可编程增益可以使用多个分段CMOS跨导增益级实现，所述多个分段CMOS跨导增益级的输出端设置有多个电流控制开关。所述多个电流控制开关用于提供两个输出信号路径。特别地，两个电流控制开关连接到每个分段CMOS跨导增益级的输出端。第一电流控制开关耦合在所述增益级的输出端和所述放大器106的输出端之间。第二电流控制开关耦合在所述增益级的所述输出端和地之间。这两个电流控制开关由两个互补的驱动信号控制。
在操作中，如果所述第一电流控制开关打开且所述第二电流控制开关关闭，则将所述增益级的输出电流发送至所述放大器106的所述输出端。在这种的电流控制开关开/关配置下，所述增益级配置为导通段。另一方面，如果所述第一电流控制开关关闭且所述第二电流控制开关打开，则通过分流电容器将所述增益级的输出电流接地。在这种的电流控制开关开/关配置下，所述增益级配置为断开段。
在操作中，来自所有导通段的输出信号电流在所述放大器106的所述输出端相加，将所有断开段的输出信号电流相加，通过所述分流电容器接地。通过控制从所述导通段上流过的输出电流的数量，可以相应地调节所述放大器106的增益。下面结合图2至图6对所述放大器106的详细结构进行描述。在整个描述中，所述放大器106也称为可编程增益放大器。
所述接收器101包括信号发生器120。如图1所示，所述信号发生器120包括本地振荡器110和移相器109。所述本地振荡器110在适合驱动混频器的频率处产生信号，然后将射频输入信号转换为适合所述处理器118的中频。图1还示出了耦合至所述本地振荡器110的第一混频器107。在一些实施例中，所述本地振荡器110产生的信号为25％占空比的信号。经过所述第一混频器107处理后，生成具有所述中频的同相(I)信号并发送给所述处理器118。
同理，第二混频器108通过所述移相器109耦合至所述本地振荡器110。所述移相器109将所述本地振荡器110产生的信号相移90度。所述第二混频器108在所述处理器118中生成用于数字信号处理的正交(Q)信号。
在整个描述中，同相信号经过的信道也称为所述接收器101的I信道。同理，正交信号经过的信道也称为所述接收器101的Q信道。如图1所示，所述I通道和所述Q通道的配置可以相同。
图2示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的框图。可编程增益放大器106包括并联的多个增益级。每个增益级包括放大部分和电流控制部分。如图2所示，第一增益级包括第一放大部分201和第一电流控制部分251，所述第一放大部分201可以实现为CMOS跨导放大器。所述第一电流控制部分251包括第一电流控制开关S11和第二电流控制开关S12。
如图2所示，所述第一电流控制开关S11连接在所述第一放大部分201的输出端和所述可编程增益放大器106的输出端之间。根据设计需要和不同的应用，交流耦合装置210可以置于所述第一电流控制开关S11和所述可编程增益放大器106的所述输出端之间。在一些实施例中，所述交流耦合装置210实现为交流耦合电容器。
所述第二电流控制开关S12通过分流装置220连接在所述第一放大部分201的所述输出端与地之间。在一些实施例中，所述分流装置220实现为分流电容器。
所述可编程增益放大器106还包括第二增益级和第三增益级。如图2所示，所述第二增益级包括第二放大部分202和第二电流控制部分252。所述第二电流控制部分252包括第三电流控制开关S21和第四电流控制开关S22。所述第三增益级包括第三放大部分203和第三电流控制部分253。所述第三电流控制部分253包括第五电流控制开关S31和第六电流控制开关S32。所述第二增益级和所述第三增益级的结构与所述第一增益级的结构类似，因此在此不再赘述，以避免重复。
在一些实施例中，图2中的放大部分实现为并联的多个二进制加权的放大部分。所述多个二进制加权的放大部分具有与二进制比特数对应的增益值，所述二进制比特数的范围为最低有效位至最高有效位。例如，根据一个实施例，所述放大部分201、202和203的增益的比值为4:2:1。
应理解，所述可编程增益放大器106可以采用任意数量的增益级。为简单起见，图2中示出了三个增益级。本领域技术人员将理解，根据不同的应用和设计需求，增益级的数量可以相应地进行变化。
如图2所示，两个开关(例如，S11和S12)连接到每个放大部分(例如，所述放大部分201)的输出端。更具体地，第一开关(例如，S11)打开，使得所述放大部分(例如，所述放大部分201)的输出电流从所述放大部分流向所述放大器106的所述输出端，第二开关(例如，S12)打开，使得所述放大部分(例如，所述放大部分201)的输出电流通过所述分流装置220接地。
在一些实施例中，图2的所述电流控制开关可以分别实现为连接到其对应的二进制加权的放大部分的多个二进制加权的电流控制开关。例如，电流控制开关S11和S12形成第一电流控制部分。电流控制开关S21和S22形成第二电流控制部分。电流控制开关S31和S32形成第三电流控制部分。这三个电流控制部分是二进制加权的电流控制部分。换言之，这三个电流控制部分中的每一个的电流控制能力与其相应的二进制加权的放大部分的增益成正比。应理解，如图2所示，控制电流的开关，例如S11、S21、S31、S12、S22和S32的致动可由控制器、处理器或其他合适的逻辑电路产生的控制信号(图2中未示出)控制。例如，如果每个所述开关是开关配置的晶体管，所述控制信号将是使所述开关启动到期望的操作模式(打开或关闭)的电压。
在操作中，与每个放大部分相关联的两个电流控制开关中只有一个可以同时导通。如果放大部分的第一电流控制开关导通，则将所述放大部分的输出电流加到所述可编程增益放大器106的所述输出端，从而增大所述可编程增益放大器106的输出信号的幅度。另一方面，如果所述放大部分的所述第二电流控制开关导通，则所述放大部分的输出电流通过所述分流装置220接地，从而减小所述可编程增益放大器106的输出信号的幅度。因此，可以通过配置图2所示的电流控制开关的开/关动态调节所述可编程增益放大器106的增益。
具有图2所示的电流控制部分的一个优点是，通过将所述电流控制开关置于输出路径上，所述电流控制开关仅处理输出信号电流。主要的高电流路径中没有放置电流控制开关。这种电流控制开关配置使得所述放大部分的CMOS晶体管具有最大余量，从而拥有最大线性性能和高压缩度。
具有图2所示的电流控制部分的另一个优点是，在增益调整过程中，所述放大部分保持工作，从而在所述放大器106的输入端保持相同的输入阻抗或低输入阻抗变化。
图3示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第一实现方式的示意图。可编程增益放大器300包括并联的四个增益级。第一增益级包括第一放大部分201和第一电流控制部分251。第二增益级包括第二放大部分202和第二电流控制部分252。第三增益级包括第三放大部分203和第三控制部分253。第四增益级包括第四放大部分204和第四电流控制部分254。
所述第一放大部分201包括串联在第一偏置电压Vdd和地之间的第一晶体管M11和第二晶体管M12。在一些实施例中，所述第一晶体管M11为p型晶体管。所述第二晶体管M12为n型晶体管。所述第一晶体管M11的栅极和所述第二晶体管M12的栅极分别通过第一输入电容器CIN1和第二输入电容器CIN2与所述可编程增益放大器300的信号输入端连接。根据一些实施例，所述第一输入电容器CIN1和所述第二输入电容器CIN2用作输入直流阻塞电容器。
应注意的是，图3中使用的所述第一放大部分201只是出于演示目的而选择，并不用于将本发明各实施例限定为任何类型的放大部分。本领域的技术人员认识到会有许多变化、可替代方案和修改。例如，所述第一放大部分201可以替换为并联的多个放大部分。
所述第一电流控制部分251包括第一电流控制开关S11和第二电流控制开关S12。在一些实施例中，所述第一电流控制开关S11实现为第一n型晶体管，例如第一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。所述第二电流控制开关S12实现为第二n型晶体管，例如第二MOSFET。在可选实施例中，根据不同的应用和设计需求，所述电流控制开关S11和S12可以实现为其他合适的开关元件，例如双极结型晶体管(bipolar junction transistor，简称BJT)器件、超结晶体管(super junction transistor，简称SJT)器件、双极晶体管等。所述第一电流控制开关S11的第一漏极/源极端子与所述第二电流控制开关S12的第一漏极/源极端子连接在一起，还与所述第一晶体管M11和所述第二晶体管M12的公共节点连接。所述第一晶体管M11和所述第二晶体管M12的所述公共节点为所述第一放大部分201的输出端。
所述第一电流控制开关S11的第二漏极/源极端子通过输出电容器Co与所述可编程增益放大器300的输出端连接，所述输出电容器Co为交流耦合电容器。所述第二电流控制开关S12的第二漏极/源极端子通过分流电容器Cs接地。在一些实施例中，所述第一电流控制开关S11和所述第二电流控制开关S12实现为n型晶体管。在一些实施例中，所述第一漏极/源极端子为漏极，所述第二漏极/源极端子为源极。所述第一电流控制开关S11的栅极和所述第二电流控制开关S12的栅极由两个互补的栅极驱动信号控制。
所述第二放大部分202包括串联在所述第一偏置电压Vdd和地之间的第三晶体管M21和第四晶体管M22。所述第三放大部分203包括串联在所述第一偏置电压Vdd和地之间的第五晶体管M31和第六晶体管M32。所述第四放大部分204包括串联在所述第一偏置电压Vdd和地之间的第七晶体管M41和第八晶体管M42。所述放大部分202、203和204的结构与所述第一放大部分201的结构类似，因此在此不再进行讨论，以避免重复。
所述第二电流控制部分252包括第三电流控制开关S21和第四电流控制开关S22。所述第三电流控制部分253包括第五电流控制开关S31和第六电流控制开关S32。所述第四电流控制部分254包括第七电流控制开关S41和第八电流控制开关S42。所述电流控制部分252、253和254的结构与所述第一电流控制部分251的结构类似，因此在此不再进行讨论，以避免重复。
所述可编程增益放大器300还包括第一偏置电路、第二偏置电路和滤波电路。所述第一偏置电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第一感测电阻器RS1和第二感测电阻器RS2。所述第一电阻器R1和所述第二电阻器R2组成电阻分压器。如图3所示，所述第一电阻器R1和所述第二电阻器R2的公共节点通过电阻器R3和R4耦合至所述p型晶体管的栅极。所述电阻分压器用于为所述p型晶体管M11、M21、M31和M41的所有栅极提供直流偏置电压。更具体地，所述第一偏置电压Vdd和所述电阻分压器用于在所述可编程增益放大器300的所述输出端建立偏置点。
此外，所述电阻分压器、所述第一感测电阻器RS1和所述第二感测电阻器RS2用于在所述可编程增益放大器300的所述输出端设置所述直流偏置。如图3所示，所述第二电阻器R2分别通过所述感测电阻器RS1和RS2耦合至所述输出电容器Co和所述分流电容器Cs。具有这种偏置配置的一个优点是，所述偏置电路为所有增益级的输出节点提供相似的直流偏置，而与它们是切换到所述放大器300的输出端还是切换到所述分流电容器无关。
第二偏置电路包括连接在第二偏置电压Vb和所述放大部分的n型晶体管(例如，n型晶体管M12、M22、M32和M42)的栅极之间的电阻器R5。所述第二偏置电路用于为所述n型晶体管的所有栅极提供直流偏置。
所述滤波电路由所述第一电阻器R1、所述第二电阻器R2、第三电阻器R3和电容器CF组成。R3和R4之间的公共节点通过所述电容器CF耦合至交流地。所述电容器CF与所述电阻器R1、R2和R3一起提供低通滤波功能，用于过滤来自与所述放大部分相关联的所述n型晶体管的不希望的噪声。所述电阻器R4用于在所述滤波电路和所述p型晶体管之间提供隔离。
在一些实施例中，所述第一电阻器R1为140Kohm的电阻器。所述第二电阻器R2为125Kohm的电阻器。所述第三电阻器R3为90Kohm的电阻器。所述第四电阻器R4为5Kohm的电阻器。所述第五电阻器R5为100Kohm的电阻器。所述第一感测电阻器RS1为3Kohm的电阻器。所述第二感测电阻器RS2为3Kohm的电阻器。所述电阻器R1、R2、R3、R4和R4可以实现为传统的电阻器。或者，所述电阻器R1、R2、R3、R4和R4可以由晶体管组成。众所周知，晶体管可以用作电阻器。
需要注意的是，上述电阻值仅是出于说明目的而选择，而不是将本公开各实施例限定于任何特定的电阻值。
在一些实施例中，所述分流电容器Cs为10pF的电容器。所述电容器Co为10pF的电容器。所述第一输入电容器CIN1为3pF的电容器。所述第二输入电容器CIN2为3pF的电容器。所述滤波电容器CF的电容在约5pF至约10pF的范围内。
需要注意的是，上述电容值仅是出于说明目的而选择，而不是将本公开各实施例限定于任何特定的电容值。
在一些实施例中，所述第一偏置电压Vdd约为1.2V，所述第二偏置电压Vb约为300mV。需要注意的是，上述偏置电压仅是出于说明目的而选择，而不是将本公开各实施例限定于任何特定的偏置电压。所述第一偏置电压和所述第二偏置电压均可根据不同的制造工艺而变化。
具有图3所示的偏置电路的一个优点是，通过实现由所有段共享的单个偏置网络来最小化偏置电路，从而降低所述可编程增益放大器300的裸片面积和成本。
此外，与所述分流电容器串联的所述电流控制开关为每个断开段的所述电流输出信号提供低阻抗路径。这种低阻抗路径最大限度地减小了每个断开段的输出端的电压摆幅。若所述断开段输出节点的电压摆幅小，则通过关断开关输出的放大器耦合的非期望寄生信号最小化，从而导致增益步长精度更高。
图4示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第二实现方式的示意图。可编程增益放大器400的第二种实现方式的示意图与图3所示类似，除了图3所示的电阻分压器被替换成反馈放大器401之外。
所述反馈放大器401的非反相输入端与两个感测电阻器RS1和RS2的公共节点连接。所述反馈放大器401的反相输入端与预定电压基准连接，所述预定电压基准设置所述放大部分的直流偏置。在一些实施例中，所述预定电压基准等于所述偏置电压Vdd的一半。图4所示的该偏置电路使得在不同制造工艺和操作条件下的偏置电压变化更小。R3和CF形成的滤波器可以形成极点，以实现更好的环路补偿。
图5示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第三实现方式的示意图。可编程增益放大器500是图3所示的所述可编程增益放大器300的差分实现方式。如图5所示，所述可编程增益放大器500包括非反相路径502和反相路径504。所述非反相路径502和所述反相路径504均具有与图3所示的结构相似的结构，但所述非反相路径502和所述反相路径504可以共享所述分流电容器Cs。
如图5所示，所述可编程增益放大器500的输入信号不直接应用于所述非反相路径502的输入端。相反，所述输入信号通过逆变器501。在通过所述逆变器501之后，所述输入信号被转换为相对于其输入相移180度的信号，并馈入所述非反相路径502的输入端。所述可编程增益放大器500的输入信号直接应用于所述反相路径504的输入端。
如图5所示，所述非反相路径502包括并联在所述偏置电压Vdd和地之间的多个第一增益级(例如，图5的上半部分中的201至204和251至254)。每个第一增益级包括第一放大部分(例如，图5的上半部分中的201)和第一电流控制部分(例如，图5的上半部分中的251)。
所述非反相路径502的所述第一电流控制部分用于通过分流设备将所述第一放大部分的输出信号发送至第一输出信号路径或地。特别地，当所述电流控制开关S11导通时，所述第一放大部分201的输出信号被发送至所述第一输出信号路径。所述第一输出信号路径位于所述第一放大部分201的输出端与第一输出端OUTP之间。另一方面，当所述电流控制开关S12导通时，所述第一放大部分201的输出信号通过低阻抗分流电容器Cs接地。需要说明的是，所述电流控制开关S11和S12由两个互补的栅极驱动信号控制。
在一些实施例中，所述非反向路径502的所述放大部分被实现为并联的多个二进制加权的放大部分。所述多个二进制加权的放大部分具有与预定的二进制比特数对应的增益值，所述二进制比特数的范围为最低有效位至最高有效位。例如，所述非反相路径502的所述放大部分201、202、203和204的增益的比例为8:4:2:1。
在一些实施例中，所述非反相路径502还包括分别连接至其对应的二进制加权的放大部分的多个二进制加权的电流控制部分。更具体地，所述多个二进制加权的电流控制部分中的每一个具有与对应的二进制加权的放大部分的增益成正比的电流控制能力。
所述反相路径504包括并联在所述偏置电压Vdd和地之间的多个第二增益级(例如，图5的下半部分中的201至204和251至254)。每个第二增益级包括第二放大部分(例如，图5的下半部分中的201)和第二电流控制部分(例如，图5的下半部分中的251)。
所述第二电流控制部分用于通过所述分流设备Cs将所述第二放大部分的输出信号发送至第二输出信号路径或接地。特别地，当所述电流控制开关S11(图5的下半部分)导通时，所述第二放大部分的输出信号被发送至所述第二输出信号路径。所述第二输出信号路径位于所述第二放大部分的输出端与第二输出端OUTP之间。另一方面，当所述电流控制开关S12(图5的下半部分)导通时，所述第二放大部分的输出信号通过低阻抗分流电容器Cs接地。
应注意，所述反相路径504可包括多个二进制加权的放大部分和二进制加权的电流控制部分。所述反相路径504的二进制加权的放大部分和二进制加权的电流控制部分的结构与所述非反相路径502的结构相似，因此不再赘述，以避免重复。
图6示出了根据本公开各实施例的图1示出的可编程增益放大器的第四实现方式的示意图。除了每个增益级具有专用直流偏置电路之外，所述可编程增益放大器600的示意图与图3所示类似。第一偏置电路包括R11和R12。所述第一偏置电路用于设置所述p型晶体管M11的直流偏置。
第二偏置电路包括R21和R22。所述第二偏置电路用于设置所述p型晶体管M21的直流偏置。第三偏置电路包括R31和R32。所述第三偏置电路用于设置所述p型晶体管M31的直流偏置。第四偏置电路包括R41和R42。所述第四偏置电路用于设置所述p型晶体管M41的直流偏置。
图7示出了根据本公开各实施例的用于控制图1示出的可编程增益放大器的方法的流程图。图7所示的该流程图仅仅是一个示例，不应过分地限制权利要求的范围。本领域的技术人员认识到会有许多变化、可替代方案和修改。例如，可以添加、移除、替换、重排和重复图7所示的各种步骤。
继续参考图1和图2，所述接收器101包括可编程增益放大器106。所述可编程增益放大器106包括并联在第一偏置电压和地之间的多个增益级。在一些实施例中，每个增益级包括放大部分和电流控制部分。
所述放大部分包括串联在所述第一偏置电压和地之间的第一晶体管和第二晶体管。所述第一晶体管为p型晶体管。所述第二晶体管为n型晶体管。所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极分别用于通过第一输入电容器和第二输入电容器接收输入信号。
所述电流控制部分包括第一信号路径和第二信号路径。所述第一信号路径连接在所述放大部分的输出端和所述可编程增益放大器106的信号输出端之间。所述第二信号路径通过分流电容器连接在所述放大部分的输出端和地之间。
所述第一信号路径包括连接在所述放大部分的所述输出端和所述可编程增益放大器106的所述信号输出端之间的第一电流控制开关。所述第一信号路径中可以设置有交流耦合电容器。
所述第二信号路径包括通过分流电容器连接在所述放大部分的所述输出端和地之间的第二电流控制开关。所述第一电流控制开关的栅极和所述第二电流控制开关的栅极用于接收两个互补的栅极驱动信号。
在步骤702中，放大器用于接收射频信号。在一些实施例中，所述放大器为跨导放大器，包括并联的多个放大部分和分别连接到其对应的放大部分的多个电流控制部分。
在步骤704中，通过打开电流控制部分的第一开关和关闭所述电流控制部分的第二开关，增加所述放大器的增益。所述第一开关耦合在放大部分的输出端和所述放大器的输出端之间。所述第二开关耦合在所述放大部分的所述输出端与地之间。
在步骤706中，通过关闭所述电流控制部分的所述第一开关和打开所述电流控制部分的所述第二开关，降低所述放大器的所述增益。
图8示出了根据本公开各实施例的可编程增益放大器。可编程增益放大器802是射频集成电路的信号路径中使用的前端跨导放大器。所述可编程增益放大器802用于将射频电压信号IN转换为射频电流信号OUT，以驱动无源混频器和跨阻抗放大器。所述可编程增益放大器802需要具有可调增益，以容纳大范围的射频输入电压信号。
为了具有可调增益，所述可编程增益放大器802可以实现为图3所示的可编程增益放大器300、图4所示的可编程增益放大器400、图5所示的可编程增益放大器500、图6所示的可编程增益放大器600或其任意组合。
在一些实施例中，如图1所示，所述可编程增益放大器802可用于接收器中。在可选实施例中，所述可编程增益放大器802可用于驱动天线的发送器中。此外，所述可编程增益放大器802可用于各种无线通信系统，例如手机、基站等。
图9示出了根据本公开各实施例的用于控制可编程增益放大器的操作的控制器。控制器902用于控制所述可编程增益放大器(例如，图2所示的放大器106)的操作。所述控制器902可以实现为任何合适的控制设备，例如数字信号处理器(DSP)芯片、微控制器、中央处理器的控制单元等。
如图9所示，所述控制器902有三个输入端。第一输入端用于接收射频电压信号IN。第二输入端用于接收射频电流信号OUT。第三输入端用于接收预定的系统控制信号CONTROL。基于接收到的信号IN、OUT和CONTROL，所述控制器902能够生成多个栅极驱动信号，用于控制开关S11、S12、S21、S22、S31和S32的开/关。
虽然已详细地描述了本发明实施例及其优点，但是应理解，可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。
此外，本发明的范围并不局限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组分、构件、方法和步骤的具体实施例。所属领域的一般技术人员可从本发明中轻易地了解，可根据本发明使用现有的或即将开发出的，具有与本文所描述的相应实施例实质相同的功能，或能够取得与所述实施例实质相同的结果的过程、机器、制造、物质组分、构件、方法或步骤。相应地，所附权利要求范围包括这些流程，机器，产品，合成物质，方式，方法，及步骤。

Claims (20)

1.一种装置，其特征在于，包括：
并联在第一偏置电压和地之间的多个可选增益级，其中，每个可选增益级包括放大部分和电流控制部分，所述电流控制部分包括：
连接在所述放大部分的输出端与信号输出端之间的第一可选信号路径；以及
通过分流设备连接在所述放大部分的所述输出端和地之间的第二可选信号路径。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大部分包括：
串联在所述第一偏置电压和地之间的第一晶体管和第二晶体管。
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的装置，其特征在于：
所述第一晶体管为p型晶体管；以及
所述第二晶体管为n型晶体管，其中，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极分别通过第一输入电容器和第二输入电容器接收输入信号。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述电流控制部分包括第一电流控制开关和第二电流控制开关，其中
所述第一电流控制开关的第一漏极/源极端子和所述第二电流控制开关的第一漏极/源极端子与所述放大部分的所述输出端连接；
所述第一电流控制开关的第二漏极/源极端子与所述信号输出端连接；以及
所述第二电流控制开关的第二漏极/源极端子通过分流电容器接地。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于：
所述第一电流控制开关的栅极和所述第二电流控制开关的栅极由两个互补的栅极驱动信号控制。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括：
用于在所述信号输出端设置直流偏置点的偏置电路，其中，所述偏置电路包括电阻分压器、第一感测电阻器和第二感测电阻器，其中
所述第一感测电阻器与所述第一可选信号路径连接；
所述第二感测电阻器与所述第二可选信号路径连接；以及
所述电阻分压器连接在所述第一偏置电压与所述第一感测电阻器和所述第二感测电阻器的公共节点之间。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括：
连接在第二偏置电压和所述放大部分之间的偏置电阻器，其中，所述第二偏置电压和所述偏置电阻器为所述放大部分提供偏置电流。
8.一种系统，其特征在于，包括：
反相路径，包括并联在第一电压和第二电压之间的多个第一增益级，其中，每个第一增益级包括第一放大部分和第一电流控制部分，所述第一电流控制部分通过分流设备将所述第一放大部分的输出信号发送至第一输出信号路径或地；以及
非反相路径，包括并联在所述第一电压和所述第二电压之间的多个第二增益级，其中，每个第二增益级包括第二放大部分和第二电流控制部分，所述第二电流控制部分通过所述分流设备将所述第二放大部分的输出信号发送至第二输出信号路径或地。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：
所述第二电压为接地电压电位；以及
所述第一电压为大于所述第二电压的电压电位。
10.根据权利要求8和9中任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：
偏置电路，用于在所述第一输出信号路径的信号输出端设置第一偏置点和在所述第二输出信号路径的信号输出端设置第二偏置点，其中，所述偏置电路包括第一电阻分压器、第二电阻分压器、第一感测电阻器、第二感测电阻器、第三感测电阻器和第四感测电阻器；
所述第一感测电阻器和所述第二感测电阻器分别与所述第一输出信号路径和所述分流设备连接；
所述第三感测电阻器和所述第四感测电阻器分别与所述第二输出信号路径和所述分流设备连接；
所述第一电阻分压器连接在第一偏置电压与所述第一感测电阻器和所述第二感测电阻器的公共节点之间；以及
所述第二电阻分压器连接在所述第一偏置电压与所述第三感测电阻器和所述第四感测电阻器的公共节点之间。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：
连接在输入信号端与所述非反相路径之间的反相器，其中，所述反相路径直接与所述输入信号端连接。
12.根据权利要求8至11中任意一项所述的系统，其特征在于：
所述反相路径包括并联的多个二进制加权的第一放大部分，其中，所述多个二进制加权的第一放大部分具有与预定数量的二进制比特对应的增益值，所述二进制比特的范围为最低有效位至最高有效位。
13.根据权利要求8至12中任意一项所述的系统，其特征在于：
所述反相路径包括多个二进制加权的第一电流控制部分，其中，所述多个二进制加权的第一电流控制部分分别连接到其对应的二进制加权的第一放大部分，所述多个二进制加权的第一电流控制部分中的每一个具有与对应的二进制加权的第一放大部分的增益成正比的电流控制能力。
14.一种方法，其特征在于，包括：
放大器接收射频信号，其中，所述放大器包括并联的多个放大部分和分别连接到其对应的放大部分的多个电流控制部分；
通过打开电流控制部分的第一开关和关闭所述电流控制部分的第二开关增加所述放大器的增益，其中，所述第一开关耦合到所述放大器的输出端，所述第二开关耦合到地；以及
通过关闭所述电流控制部分的所述第一开关和打开所述电流控制部分的所述第二开关降低所述放大器的所述增益。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
所述放大器的非反相路径通过反相器接收所述射频信号；以及
所述放大器的反相路径直接接收所述射频信号，其中，所述反相路径与所述非反相路径具有相似的电路结构，且共享接地的分流电容器。
16.根据权利要求14和15中任意一项所述的方法，其特征在于：
所述反相路径包括并联在偏置电压和地之间的多个第一增益级，其中，每个所述第一增益级包括第一放大部分和第一电流控制部分，所述第一电流控制部分具有连接到所述放大器的第一输出端的第一电流控制开关和通过所述分流电容器接地的第二电流控制开关；以及
所述非反相路径包括并联在所述偏置电压和地之间的多个第二增益级，其中，每个所述第二增益级包括第二放大部分和第二电流控制部分，所述第二电流控制部分具有连接到所述放大器的第二输出端的第三电流控制开关和通过所述分流电容器接地的第四电流控制开关。
17.根据权利要求14至16中任意一项所述的方法，其特征在于：
所述多个放大部分中的每个放大部分包括串联在所述偏置电压和地之间的第一晶体管和第二晶体管。
18.根据权利要求14至17中任意一项所述的方法，其特征在于：
所述第一电流控制开关的第一漏极/源极端子和所述第二电流控制开关的第一漏极/源极端子与所述放大部分的所述输出端连接；
所述第一电流控制开关的第二漏极/源极端子与所述第一输出端连接；以及
所述第二电流控制开关的第二漏极/源极端子通过所述分流电容器接地。
19.根据权利要求14至18中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
通过单个偏置电路为所述多个放大部分提供偏置电流。
20.根据权利要求14至19中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
通过连接到所述单个偏置电路的两个感测电阻器为所述放大器的所述输出端提供直流设置点。
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