CN112152568B - 可调增益放大器装置 - Google Patents

Abstract

可调增益放大器装置包含可调增益放大器电路系统以及控制电压产生电路系统。可调增益放大器电路系统用以放大多个输入信号，以产生多个输出信号，其中该可调增益放大器电路系统包含一增益设定电路，其用以根据一控制电压设定该可调增益放大器电路系统的一增益。控制电压产生电路系统用以模拟该可调增益放大器电路系统中的至少一电路部分，以根据所述输入信号以及一设定电压产生该控制电压。

Description

可调增益放大器装置

技术领域

本公开涉及一种可调增益放大器装置，且特别涉及可降低温度影响的可调增益放大器装置。

背景技术

可调增益放大器常见于信号收发的应用中，以将所收到的第一信号放大为具有适合振幅的第二信号，以利于后续的信号处理。然而，在现有技术中，当操作温度出现变化时，可调增益放大器的增益可能出现偏移，使得放大后的第二信号可能会具有不正确的振幅。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的一些实施方式提供一种可调增益放大器装置，其包含可调增益放大器电路系统以及控制电压产生电路系统。可调增益放大器电路系统用以放大多个输入信号，以产生多个输出信号，其中该可调增益放大器电路系统包含一增益设定电路，其用以根据一控制电压设定该可调增益放大器电路系统的一增益。控制电压产生电路系统用以模拟该可调增益放大器电路系统中的至少一电路部分，以根据所述多个输入信号以及一设定电压产生该控制电压。

本公开的一些实施方式提供一种可调增益放大器装置，其包含多个第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管、一第四晶体管以及一放大器。多个第一晶体管用以根据一第一输入信号与一第二输入信号产生一第一输出信号与一第二输出信号。第二晶体管与所述多个第一晶体管耦接至一第一节点与一第二节点，其中该第二晶体管用以接收一控制电压以设定一增益。第三晶体管用以接收一第一参考信号。第四晶体管的一第一端耦接至该第三晶体管。该放大器的一第一输入端接收一第二参考信号，该放大器的一第二输入端耦接至该第四晶体管的一第二端，且该放大器的一输出端耦接至该第四晶体管的一控制端并用以输出该控制电压。

综上所述，本公开一些实施例的可调增益放大器装置可在不同操作温度下提供一固定增益。

附图说明

本公开附图说明书附图的说明如下：

图1为根据本公开一些实施例所示出的可调增益放大器装置的示意图；

图2为根据本公开一些实施例所示出图1的可调增益放大器电路系统的示意图；以及

图3为根据本公开一些实施例所示出图1的控制电压产生电路系统的示意图。

符号说明

100：可调增益放大器装置 120：可调增益放大器电路系统

VIP、VIN：输入信号 VOP、VON：输出信号

122：增益设定电路 140：控制电压产生电路系统

VSP、VSN：节点电压 VC：控制电压

M1～M3：晶体管 VA：设定电压

201～202：电流源电路 R1～R3：电阻

VGS_M1：跨压 NN、NP：节点

VGS_M1P：跨压 VGS_M2：跨压

VDD：电压 I：电流

300：模拟电路 310：反馈控制电路

M1P、M3P：晶体管 VREF1、VREF2：参考信号

V3P_1、V3P_2：电压 [VIP+VIN]/2+VA：电压

[VSP+VSN]/2-VA：电压 2×VA：压差

312：放大器 301：电流源电路

具体实施方式

本公开所使用的所有词汇具有其通常的含义。上述的词汇在普遍常用的字典中的定义，在本公开的内容中包含任一于此讨论的词汇的使用例子仅为示例，不应限制到本公开内容的范围与含义。同样地，本公开亦不仅以于此说明书所示出的各种实施例为限。

在本公开中，使用第一、第二与第三等词汇用于描述各种元件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些元件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一元件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一第一元件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二元件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本公开的本意。本公开中所使用的“与/或”包含一或多个相关联的项目中的任一者以及所有组合。

关于本公开中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或更多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指两个或更多个元件相互操作或动作。

于本文中，用语“电路系统(circuitry)”泛指包含一或多个电路(circuit)所形成的单一系统。用语“电路”泛指由一或多个晶体管与/或一或多个主被动元件按一定方式连接以处理信号的物件。

参照图1，图1为根据本公开一些实施例所示出的可调增益放大器装置100的示意图。于一些实施例中，可调增益放大器装置100可应用于收发器电路、混合信号处理电路等等，但本公开并不以此为限。

可调增益放大器装置100包含可调增益放大器电路系统120以及控制电压产生电路系统140。可调增益放大器电路系统120用以放大输入信号VIP与输入信号VIN，以产生输出信号VOP与输出信号VON。于一些实施例中，输入信号VIP与输入信号VIN可为载有一特定数据的差分信号。

可调增益放大器电路系统120包含增益设定电路122。增益设定电路122根据控制电压VC产生一特定元件值(例如为后述的电阻值)，以设定可调增益放大器电路系统120的增益。于一些实施例中，增益设定电路122可由一或多个阻抗性元件、电容性元件、电感性元件或主动元件中至少一者实施。

控制电压产生电路系统140耦接至可调增益放大器电路系统120。控制电压产生电路系统140用以根据输入信号VIP与VIN、关联于增益设定电路122的节点电压VSP与VSN以及设定电压VA产生前述的控制电压VC。于一些实施例中，节点电压VSP与VSN由耦接至增益设定电路122的节点(例如为后述的节点NP与NN)所产生。

于一些实施例中，通过设置控制电压产生电路系统140，控制电压VC可随着操作温度被调整，以使增益设定电路122的特定元件值保持固定。如此，可确保可调增益放大器电路系统120在不同的操作温度下仍可保持一固定的放大增益。

以下段落将说明可调增益放大器装置100的各个电路的实施方式，但本公开并不以下列实施例为限。

参照图2，图2为根据本公开一些实施例所示出图1的可调增益放大器电路系统120的示意图。为易于理解，图1～图2中的类似元件将被指定为相同标号。

如图2所示，可调增益放大器电路系统120包含晶体管M1～M3、电阻R1～R2以及电流源电路201～202，其中晶体管M3对应于图1的增益设定电路122。

晶体管M1与晶体管M2操作为输入对电路，并分别接收输入信号VIP与VIN。详细而言，晶体管M1的第一端耦接至电阻R1的一端并产生输出信号VON，晶体管M1的第二端耦接节点NP，且晶体管M1的控制端用以接收输入信号VIP。晶体管M2的第一端耦接至电阻R2的一端并产生输出信号VOP，晶体管M2的第二端耦接节点NN，且晶体管M2的控制端用以接收输入信号VIN。

电阻R1的另一端与电阻R2的另一端用以接收电压VDD。于一些实施例中，电阻R1与R2可由晶体管、半导体材料层等等方式实施，但本公开并不以此为限。

电流源电路201耦接于节点NP与地之间，并用以提供电流I。电流源电路202耦接于节点NN与地之间，并用以提供电流I。于一些实施例中，电流源电路201与202可由各种类型的电流镜电路实施，但本公开并不以此为限。

晶体管M3耦接于节点NP与节点NN之间，并用以操作为图1的增益设定电路122。晶体管M3用以根据控制电压VC产生一等效电阻值，以设定可调增益放大器电路系统120的增益。例如，若控制电压VC越大，等效电阻值越低。于此条件下，可调增益放大器电路系统120的增益越大。或者，若控制电压VC越小，等效电阻值越高。于此条件下，可调增益放大器电路系统120的增益越小。

如图2所示，晶体管M3的两端(即节点NP与节点NN)分别输出节点电压VSP与节点电压VSN。其中，节点电压VSP以及VSN可推导如下式(1)：

其中，VGS_M1为晶体管M1的控制端与第二端之间的跨压，且VGS_M2为晶体管M2的控制端与第二端之间的跨压。若晶体管M1与M2的尺寸相同且操作于差分式电路中，上述两个跨压VGS_M1与VGS_M2实质上相同，即VGS_M1≒VGS_M2。于此条件下，可由式(1)推得下式(2)：

于一些实施例中，可根据式(2)来实施图1的控制电压产生电路系统140，以产生可随着操作温度被调整的控制电压VC。如此，可调增益放大器电路系统120在不同的操作温度下的放大增益可被固定。

参照图3，图3为根据本公开一些实施例所示出图1的控制电压产生电路系统140的示意图。为易于理解，图1～图3中的类似元件将被指定为相同标号。

控制电压产生电路系统140包含模拟电路300以及反馈控制电路310。模拟电路300用以模拟可调增益放大器电路系统120中的至少一电路部分的连接关系。于一些实施例中，前述的至少一电路部分包含增益设定电路122。

例如，模拟电路300包含电阻R3、晶体管M1P与M3P以及电流源电路301。电阻R3、晶体管M1P与M3P以及电流源电路301的连接关系用以模拟图2中电阻R1、晶体管M1与M3以及电流源电路202的连接关系。详细而言，电阻R3的一端用以接收电压VDD，且电阻R3的另一端耦接至晶体管M1P的第一端。晶体管M1P的第二端耦接至晶体管M3P的第一端，且晶体管M1P的控制端用以接收参考信号VREF1。晶体管M3P的第二端耦接至电流源电路301，且晶体管M3P的控制端用以接收控制电压VC。

于一些实施例中，电阻R3、晶体管M1P与M3P以及电流源电路301的设置方式(例如为连接关系、阻值、尺寸大小、电流大小、晶体管形态等等)相同于图2中的电阻R1、晶体管M1与M3以及电流源电路202的设置方式。于一些实施例中，可利用电路复制(replica)等方式来实施模拟电路300，但本公开并不以此为限。

反馈控制电路310用以根据晶体管M3P的第二端上的电压V3P_2以及参考信号VREF2产生控制电压VC。于一些实施例中，反馈控制电路310包含放大器312。放大器312的第一输入端接收参考信号VREF2。放大器312的第二输入端耦接至晶体管M3P的第二端以接收电压V3P_2。放大器312的输出端耦接至晶体管M3P，并用以输出控制电压VC。通过放大器312的反馈操作，放大器312的第二输入端上的电压V3P_2会收敛至相同于放大器312的第一输入端所接收的参考信号VREF2。

于一些实施例中，参考信号VREF1或VREF2可经由输入信号VIP与VIN、关联于增益设定电路122的节点电压VSP与VSN与/或设定电压VA产生。例如，如图2所示，参考信号VREF1与参考信号VREF2可分别设定为下式(3)：

依据式(3)，晶体管M3P的第一端上的电压V3P_1可推得如下式(4)：

其中VGS_M1P为晶体管M1P的控制端与第二端之间的跨压。若晶体管M1与M1P的尺寸相同，跨压VGS_M1与VGS_M1P实质上相同，即VGS_M1≒VGS_M1P。于此条件下，可由式(2)与式(4)推得电压V3P_1为下式(5)：

据此，根据式(3)与式(5)，可推得晶体管M3P两端的电压V3P_1与V3P_2之间的压差为两倍的设定电压VA，并可据此推得晶体管M3P的等效阻值RM3P为下式(6)。

根据式(6)，晶体管M3P的等效阻值RM3P可由两倍的设定电压VA以及电流I而定。因此，通过上述设置方式，当操作温度改变时，控制电压VC会基于放大器312的反馈控制而收敛至一特定值，以使晶体管M3P的等效阻值RM3P仍可符合上式(6)。据此，接收此控制电压VC的晶体管M3亦会呈现相同的等效阻值RM3P。如此一来，可调增益放大器装置100在不同的操作温度下可保持固定的放大增益。

于一些实施例中，控制电压产生电路系统140还包含一或多个运算电路(未示出)，以基于输入信号VIP与VIN、节点电压VSP与VSN以及设定电压VA来产生如式(3)所示的参考信号VREF1与VREF2。例如，控制电压产生电路系统140还包含至少一第一运算电路与至少一第二运算电路。至少一第一运算电路用以产生输入信号VIP与VIN的一平均值，并相加此平均值与设定电压VA以产生参考信号VREF1。至少一第二运算电路用以产生节点电压VSP与VSN的一平均值，并将此平均值减去设定电压VA以产生参考信号VREF2。

在一些相关技术中，电阻分压电路被使用以产生一控制电压，以设定可调增益放大器的增益值。于此些技术中，当操作温度出现变动时，控制电压亦会产生相应的变动。如此，可调增益放大器的增益值亦会出现变动。

相较于上述技术，在本公开一些实施例中，控制电压VC可依据操作温度被调整至一特定值，以让可调增益放大器的增益值保持固定。

为易于理解，上述各附图仅以N型晶体管为例说明，但本公开并非限于上述的附图。在不违背本公开的精神与范围下，本公开各个实施例亦可采用P型晶体管或同时采用多种形式(P型或N型)或种类(场效晶体管与/或双极性晶体管)的晶体管实施。

综上所述，本公开实施例的可调增益放大器装置可在不同操作温度下提供一固定增益。

虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并非限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种可调增益放大器装置，包含：

一可调增益放大器电路系统，用以放大多个输入信号，以产生多个输出信号，其中该可调增益放大器电路系统包含一增益设定电路，该增益设定电路用以根据一控制电压设定该可调增益放大器电路系统的一增益；以及

一控制电压产生电路系统，用以模拟该可调增益放大器电路系统中的至少一电路部分，以根据所述多个输入信号以及一设定电压产生该控制电压，其中该控制电压产生电路系统包含：

一模拟电路，用以模拟该至少一电路部分，并根据一第一参考信号产生一第一电压；以及

一反馈控制电路，耦接至该模拟电路，并用以根据一第二参考信号与该第一电压产生该控制电压。

2.如权利要求1所述的可调增益放大器装置，其中该控制电压产生电路系统还用以根据所述多个输入信号、该设定电压以及至少一节点电压产生该控制电压，其中该至少一节点电压输出自该至少一电路部分中的至少一节点。

3.如权利要求2所述的可调增益放大器装置，其中该至少一电路部分包含该增益设定电路，且该增益设定电路耦接至该至少一节点。

4.如权利要求1所述的可调增益放大器装置，其中该第一参考信号根据所述多个输入信号与该设定电压产生。

5.如权利要求1所述的可调增益放大器装置，其中该第二参考信号根据关联于该至少一电路部分的至少一节点电压与该设定电压产生。

6.一种可调增益放大器装置，包含：

多个第一晶体管，用以根据一第一输入信号与一第二输入信号产生一第一输出信号与一第二输出信号；

一第二晶体管，与所述多个第一晶体管耦接至一第一节点与一第二节点，其中该第二晶体管用以接收一控制电压以设定一增益；

一第三晶体管，用以接收一第一参考信号；

一第四晶体管，该第四晶体管的一第一端耦接至该第三晶体管；以及

一放大器，其中该放大器的一第一输入端接收一第二参考信号，该放大器的一第二输入端耦接至该第四晶体管的一第二端，且该放大器的一输出端耦接至该第四晶体管的一控制端并用以直接输出该控制电压。

7.如权利要求6所述的可调增益放大器装置，其中该第一参考信号根据所述输入信号与一设定电压产生。

8.如权利要求6所述的可调增益放大器装置，其中该第二参考信号根据该第一节点上的一第一节点电压、该第二节点上的一第二节点电压以及一设定电压产生。

9.如权利要求6所述的可调增益放大器装置，其中该第三晶体管与该第四晶体管的一连接关系被设置为相同于所述第一晶体管中的一者与该第二晶体管的一连接关系。