CN114172467A - 一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路 - Google Patents

一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路 Download PDF

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CN114172467A CN202111532535.XA CN202111532535A CN114172467A CN 114172467 A CN114172467 A CN 114172467A CN 202111532535 A CN202111532535 A CN 202111532535A CN 114172467 A CN114172467 A CN 114172467A
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吴旭
罗磊
李连鸣
牛晓康
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Abstract

本发明公开了一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，该可变增益放大器核心电路主要包括三级宽带可变增益单元以及数字可控电流源阵列。该电路采用新型的增益控制方式，不仅实现了高精度的增益精确控制，而且使得增益粗调和增益细调完全独立，大大减小了电路的复杂度，提高了电路的宽带性能，且可使带宽在整个可变增益范围内保持不变，保证核心电路在不同增益下的群延时不变。另外，该可变增益放大器核心电路具有增益和带宽的可配置性，可在进行增益和带宽配置的同时不影响可变增益范围，满足不同宽带系统的增益带宽等性能需求。

Description

一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路
技术领域
本发明属于模拟集成电路设计技术领域，尤其涉及一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路。
背景技术
在无线通信技术需求的推动下，应用于高数据传输速率的毫米波通信系统中的收发机快速发展。在毫米波信号传输过程中，受自由空间传输损耗的影响，发射机发射的毫米波信号功率最终到达接收机端时变化较大，大大超出基带电路所能处理的信号幅度范围。为使基带电路获得最优幅度的信号，减小误码率，必须在接收机中采用可变增益放大器进行增益调节。可变增益放大器性能直接决定了整个接收机系统的性能。由于以上原因，在通信及雷达系统规划中，对可变增益放大器的要求较高，一方面需满足宽带、低功耗、高精度、大动态范围、高增益和高线性度等性能要求；另一方面，考虑到工艺、温度等因素影响，可变增益放大器带宽和增益性能需具有可配置性，既实现校准功能，又能兼容其它接收机。根据文献检索，目前很多可变增益放大器尚不能满足上述要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路,以解决可变增益放大器不能满足宽带、低功耗、高精度、大动态范围、高增益和高线性度性能要求和不能满足多种宽带接收机需求的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，包括第一电路和第二电路；所述第一电路是对输入信号进行放大的级联放大器；所述第二电路是为第一电路提供电流的数控可编程电流源；
所述第一电路采用三级可变增益单元电路级联方案，三级可变增益单元电路分别为第一可变增益单元VGA1电路、第二可变增益单元VGA2电路和第三可变增益单元VGA3电路；其中第一可变增益单元VGA1电路的差分输入端为Vip和Vin，同时也是整个核心电路的差分输入端；第二可变增益单元VGA2电路的差分输入端与第一可变增益单元VGA1电路的差分输出端通过耦合电容相连，以消除第一可变增益单元VGA1电路的直流失调电压；第三可变增益单元VGA3电路的差分输入端与第二可变增益单元VGA2电路的差分输出端通过耦合电容相连，以消除第二可变增益单元VGA2电路的直流失调电压；第三可变增益单元VGA3电路的差分输出端为Vop和Von，同时也是整个核心电路的差分输出端；所述第二可变增益单元VGA2电路和第三可变增益单元VGA3电路架构完全相同，实现6dB的增益调节步长；第一可变增益单元VGA1电路在第二、三可变增益单元电路的基础上增加了乘法单元，实现3dB的增益调节步长；
第二电路包括三路独立的数控可变电流源IC1、可变电流源IC2和可变电流源IC3，所述可变电流IC1为第一可变增益单元VGA1提供电流，可变电流IC2为第二可变增益单元VGA2，可变电流IC3为第三可变增益单元VGA3提供电流。
进一步的，所述第一可变增益单元VGA1电路由两部分组成，分别为跨导级部分和跨阻级；
所述跨导级的输入为差分输入电压Vi+和Vi-；跨阻级与跨导级的连接点分别为节点A和节点B；跨导级作为可变增益单元的输出级，其输出为差分输出电压Vo+和Vo-；跨导级由5个可变跨导单元组成，分别为第一可变跨导单元T1、第二可变跨导单元T2、第三可变跨导单元T3、第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5；5个可变跨导单元的差分输入正端均与Vi+相连，差分输入负端均与Vi-相连；第一可变跨导单元T1、第二可变跨导单元T2和第四可变跨导单元T4的差分输出正端均与节点A相连，差分输出负端均与节点B相连，以实现正向输出；第三可变跨导单元T3和第五可变跨导单元T5的差分输出正端均与节点B相连，差分输出负端均与节点A相连，以实现反向输出；第二可变跨导单元T2和第三可变跨导单元T3是一组互补跨导对，第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5是一组互补跨导对；所述第一可变跨导单元T1、第二可变跨导单元T2、第三可变跨导单元T3、第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5均包含一个开关乘法单元，该乘法单元由数字控制信号B0控制，以改变整个跨导单元的总跨导值；
所述跨阻级由增益为AV的差分放大器以及两个反馈网络组成，反馈网络用于增益和带宽的重配置；该反馈网络通过跨接节点A、节点Vo+以及节点B、节点Vo-之间形成负反馈。
进一步的，所述第一可变跨导单元T1由第一差分对管、第二差分对管、实现开关乘法单元的可控尾电流源，以及可编程尾电流源组成；所述节点A为差分输出正端，节点B为差分输出负端；
所述第一差分对管和第二差分对管相同；所述第一差分对管包括第六晶体管M6、第七晶体管M7；所述第二差分对管包括第四晶体管M4、第五晶体管M5；对于第四晶体管M4和第六晶体管M6，其栅极均与输入端Vip相接，其漏极均与节点B相接；对于第五晶体管M5和第七晶体管M7，其栅极均与输入端Vin相接，其漏极均与节点A相接；
第一差分对管的尾电流源为第三晶体管M3，其栅极通过多路选择器MUX1与节点Vb和地相连；
第二差分对管的尾电流源为第一晶体管M1和第二晶体管M2，其栅极通过多路选择器MUX2与节点Vb和地相连；
所述实现开关乘法单元的可控尾电流源是第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3；
所述可编程尾电流源为第八晶体管M8；
所述第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3尺寸相同，在相同偏置电压下产生的电流均为I；
所述数字控制信号B0直接控制多路选择器MUX2，多路选择器MUX1由B0经过一级反相器后的输出信号控制；节点Vb的电压由数字可控电流源阵列中的IC1以及晶体管M8产生；晶体管M8的源极与地相连，栅极和漏极与数字可控电流源阵列中的IC1相连，以此形成数字可控电流镜，并通过控制IC1的变化改变晶体管第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的电流。
进一步的，所述反馈网络由节点A对地可变电容阵列、节点Vo+对地可变电容阵列和串联可变电阻阵列组成；
所述节点A对地可变电容阵列由电容C00、电容C10、电容C20、电容C30和开关B00、开关B10、开关B20、开关B30组成；所述电容C00、电容C10、电容C20、电容C30容的上极板相连，并节点A连接，下极板分别与开关B00、开关B10、开关B20、开关B30相连，并由其控制该支路导通；所述开关B00、开关B10、开关B20、开关B30的另一端与地相连；
所述节点Vo+对地可变电容阵列由电容C01、电容C11、电容C21、电容C31和开关B01、开关B11、开关B21、开关B31组成；所述电容C01、电容C11、电容C21、电容C31容的上极板相连并连接于节点A，下极板分别与开关B01、开关B11、开关B21、开关B31相连，并由其控制该支路导通；所述开关B01、开关B11、开关B21、开关B31的另一端与地相连；
所述串联可变电阻阵列由电阻Rf1、电阻Rf2和MOS管Mf组成；所述MOS管Mf漏极通过电阻Rf1与节点A相连，MOS管Mf源极通过电阻Rf2与节点Vop相连，MOS管Mf栅极与控制电压VC相连；在源极电压不变的情况下通过控制栅极电压改变其导通电阻，进而改变可变增益放大器总增益，且不影响可变跨导阵列及可变增益范围。
进一步的，所述第一晶体管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、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8均为N型晶体管。
进一步的，所述MOS管Mf为P型晶体管。
本发明的一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路具有以下优点：
1、本发明电路采用的增益控制方式，使得增益粗调和增益细调完全独立，大大减小了电路的复杂度，提高了电路的宽带性能，且获得了高精度的增益控制；
2、本发明电路可使带宽在整个可变增益范围内保持不变，保证核心电路在不同增益下的群延时不变；
3、本发明电路可同时实现增益和带宽的可配置型，并且在进行增益和带宽配置的同时，不影响可变增益范围，满足多种系统需求。
附图说明
图1为本发明的可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路架构示意图；
图2为本发明采用的可变增益单元的原理示意图；
图3是本发明的可变跨导单元T1的原理示意图；
图4是本发明的三级可变增益放大器中反馈网络1002的原理示意图。
图中标记说明：100、第一电路；101、跨导级部分；1001、第一可变跨导单元T1；102、跨导级；1002、反馈网络；200、第二电路。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路做进一步详细的描述。
图1所示为本发明公开一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路的一个实施例的架构图，包括第一电路100和第二电路200；所述第一电路100是对输入信号进行放大的级联放大器；所述第二电路200是为第一电路100提供电流的数控可编程电流源。
为了有效提高可变增益范围和带宽，同时兼顾噪声和线性度的要求，本发明采用三级可变增益单元电路级联方案。三级可变增益单元电路分别为第一可变增益单元VGA1电路、第二可变增益单元VGA2电路和第三可变增益单元VGA3电路。其中Vip和Vin为第一可变增益单元VGA1电路的差分输入端，同时也是整个核心电路的差分输入端；第二可变增益单元VGA2电路的差分输入端与第一可变增益单元VGA1电路的差分输出端通过耦合电容相连，以消除VGA1电路的直流失调电压；第三可变增益单元VGA3电路的差分输入端与第二可变增益单元VGA2电路的差分输出端通过耦合电容相连，以消除VGA2电路的直流失调电压；Vop和Von为第三可变增益单元VGA3电路的差分输出端，同时也是整个核心电路的差分输出端；三级可变增益单元电路的电流由数字可控电流源阵列提供，该数字可控电流源阵列包括三路独立的可变电流IC1、IC2和IC3，所述可变电流IC1为第一可变增益单元VGA1提供电流，可变电流IC2为第二可变增益单元VGA2，可变电流IC3为VGA3提供电流。在增益粗调数字控制信号的控制下，VGA1可实现3dB的增益步长和15dB的可变增益范围，VGA2和VGA3可实现6dB的增益步长和12dB的可变增益范围。高精度的增益细调则由受增益细调数字控制信号控制的数字可控电流源阵列实现，每级可变增益单元是实现高精度0.5dB的增益步长和1dB的可变增益范围，因此三级可变增益单元共可实现0.5dB的增益步长和3dB的可变增益范围。结合增益粗调最小步长3dB，该可变增益放大器核心电路共可实现0.5dB的高精度增益步长以及高达42dB的可变增益范围。本发明公开的增益调节机制为增益粗调和增益细调完全独立，大大减小电路复杂度，提高电路的宽带性能，并实现高精度的增益控制。此外，通过该方案，可使带宽在整个可变增益范围内保持不变，保证核心电路在不同增益下的群延时不变。
如图2所示，第一可变增益单元VGA1电路架构由两部分组成，分别为跨导级101和跨阻级102。跨导级由5个可变跨导单元组成，分别为第一可变跨导单元T11001、第二可变跨导单元T2、第三可变跨导单元T3、第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5。5个可变跨导单元的差分输入正端均与Vi+相连，差分输入负端均与Vi-相连；第一可变跨导单元T11001、第二可变跨导单元T2和第四可变跨导单元T4的差分输出正端均与节点A相连，差分输出负端均与节点B相连，以实现正向输出；第三可变跨导单元T3和第五可变跨导单元T5的差分输出正端均与节点B相连，差分输出负端均与节点A相连，以实现反向输出。第二可变跨导单元T2和第三可变跨导单元T3是一组互补跨导对，第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5是一组互补跨导对。互补跨导对的两个可变跨导单元具有完全对称的电路结构，区别是输出极性相反。T2和T3受数字控制信号B1控制，T4和T5受数字控制信号B2控制，互补跨导对工作具有排它性，即：每个增益状态只有一个可变跨导单元工作，从而可实现多种跨导值的组合，且保证节点A、B的阻抗不随跨导值变化，保证带宽的一致性。除此之外，各个可变跨导单元中均包含一个开关乘法单元，该乘法单元由数字控制信号B0控制，以改变整个跨导单元的总跨导值。跨阻级由增益为AV的差分放大器以及两个RC反馈网络1002组成，RC反馈网络主要用于增益和带宽的重配置。该网络通过跨接在差分放大器的输入输出形成负反馈，该负反馈大大减小了节点A、B和输出节点Vop、Von的阻抗，拓展带宽。需要说明的是，第二和第三可变增益单元与第一可变增益单元具有相似的电路架构，将第一可变增益单元VGA1的乘法单元去除，即为第二可变增益单元VGA2和第三可变增益单元VGA3的电路架构。满足多种系统需求。
表1 B0B1B2与跨导级总跨导值的对应关系
Figure BDA0003411307700000081
在本实施例中，为了实现带宽在设定的增益可变范围内保持不变，本发明采用的增益控制方式，即采用互补跨导对改变跨导级跨导的方式实现增益的高精度粗调控制，同时采用改变跨导级尾电流的方案实现增益的高精度细调控制。在该架构中，增益粗调和增益细调相对独立，该控制方法在获得高精度、大范围可变增益的同时，又避免使用大量的互补跨导对。其优点是减小了电路复杂度和晶体管的寄生效应，提高带宽性能，且避免了晶体管的失配对增益精确度的影响。增益粗调主要通过数字控制信号B0、数字控制信号B1和数字控制信号B2进行控制。在数字控制信号B1的控制下，两组跨导对第二可变跨导单元T2、第三可变跨导单元T3具有排它性，每次只有一组打开；同理，在数字控制信号B2的控制下，两组跨导对第四可变跨导单元T4、第五可变跨导单元T5每次只有一组打开；数字控制信号B0则控制5组跨导对的跨导值是否同时缩小
Figure BDA0003411307700000091
倍。为了实现所设定的增益步长，跨导gm1、gm2和gm3比例可设定为3:2:3，数字控制位B0B1B2与跨导级总跨导值的对应关系如表1所示。从表中可以看出，在该设定下，可实现3dB步长的增益粗调以及15dB的可变增益范围。增益细调则主要通过5组跨导对第一可变跨导单元T11001到第五可变跨导单元T5中的可变电流源实现。根据电流与跨导关系式
Figure BDA0003411307700000092
可知，在晶体管尺寸不变的情况下，晶体管电流与其跨导的平方成正比。由此，可通过数字可控电流源阵列对跨导级电流进行精确微调，从而实现对跨导以及增益的高精度细调，且保证增益粗调和细调的完全独立。
图3为本公开的第一可变跨导单元T1的一个实施例的原理图。
对于第一可变跨导单元T11001的输入信号，差分输入正端为Vi+，差分输入负端为Vi-；对于第一可变跨导单元T11001的输出信号，节点A为差分输出正端，节点B为差分输出负端。
在本实施例中，第一可变跨导单元T11001由两对完全相同的差分对管、实现开关乘法单元的可控尾电流源，以及可编程尾电流源组成。晶体管第六M6和第七晶体管M7为第一差分对管，第四晶体管M4和第五晶体管M5为第二差分对管。对于第四晶体管M4和第六晶体管M6，其栅极均与输入端Vi+相接，其漏极均与节点B相接；对于第五晶体管M5和第七晶体管M7，其栅极均与输入端Vi-相接，其漏极均与节点A相接；第三晶体管M3作为第一差分对管的尾电流源，其栅极通过多路选择器MUX1与节点Vb和地相连；第一晶体管M1和第二晶体管M2作为第二差分对管的尾电流源，其栅极通过多路选择器MUX2与节点Vb和地相连；第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3尺寸相同，在相同偏置电压下产生的电流均为I。数字控制信号B0直接控制多路选择器MUX2，多路选择器MUX1由数字控制信号B0经过一级反相器后的输出信号控制。节点Vb的电压由数字可控电流源阵列中的IC1以及第八晶体管M8产生。第八晶体管M8的源极与地相连，栅极和漏极与数字可控电流源阵列中的IC1相连，以此形成数字可控电流镜，并通过控制IC1的变化改变第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的电流。其具体工作原理如下：在增益粗调模式下，当B0为低，第二晶体管M2栅极接Vb，第三晶体管M3栅极接地，因此流经第四晶体管M4和第五晶体管M5的电流为2I，第六晶体管M6和第七晶体管M7无电流。反之，当B0为高时，第三晶体管M3栅极接Vb，第二晶体管M2栅极接地，此时大小为2I的电流平均分配给第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6、第七晶体管M7；与B0为高时相比，当B0为低时，可认为是电流不变而晶体管的栅宽减半。根据电流与跨导关系式
Figure BDA0003411307700000101
可知，此时增益为原来的
Figure BDA0003411307700000102
倍，即增益减小3dB，从而实现高精度3dB的增益步长；在增益细调模式下，同样根据电流与跨导关系式
Figure BDA0003411307700000103
当晶体管尺寸不变的情况下，电流与跨导的平方成正比。因此，可通过IC1对电流微调，并通过调节数字控制电流源的调节步长，实现对增益细调精度的准确控制，实现跨导以及增益的高精度细调。
图4为根据本发明公开的三级可变增益放大器中反馈网络1002的一个实施例的原理图。反馈网络1002包括节点A对地可变电容阵列、节点Vo+对地可变电容阵列和串联可变电阻阵列组成。反馈网络1002由节点A对地可变电容阵列、节点Vo+对地可变电容阵列和串联可变电阻阵列组成。节点A对地可变电容阵列由电容C00、电容C10、电容C20、电容C30和开关B00、开关B10、开关B20、开关B30组成；电容C00、电容C10、电容C20、电容C30的上极板相连，并连接于节点A，下极板分别与开关B00、开关B10、开关B20、开关B30相连，并由其控制该支路是否导通；开关B00、开关B10、开关B20、开关B30的另一端与地相连。节点Vo+对地可变电容阵列由电容C01、电容C11、电容C21、电容C31和开关B01、开关B11、开关B21、开关B31组成；电容C01、电容C11、电容C21、电容C31的上极板相连，并连接于节点A，下极板分别与开关B01、开关B11、开关B21、开关B31相连，并由其控制该支路是否导通；开关B01、开关B11、开关B21、开关B31的另一端与地相连。由图2可知，节点A、节点B和Vo+、Vo-是三级可变增益放大器的主极点，该放大器带宽取决于上述节点所引入的电容。因此，通过控制电容支路的开关，可实现对整个可变增益放大器的带宽的调节，一方面可以满足不同带宽的需求，另外一方面可补偿不同工艺和温度下带宽的误差。在本实施例中，电容值权重设定为二进制。利用4bit控制信号，可实现16组不同的电容值，实现16组不同带宽的配置。
应理解，本公开的电容阵列并不受限于此，可以根据实际系统需求，改变开关电容阵列个数、开关电容的大小和权重。如上所述可知，总增益与该跨阻级的跨阻成正比，可通过控制跨阻阻值改变总增益性能。在本结构中，放大器跨导和跨阻值互不影响。改变跨阻值并不影响整体可变增益范围，是实现增益的重配置的最优方案。这样，一方面可用于满足多种系统的增益要求，且可有效补偿工艺和温度的变化所引起的增益误差。作为本实施例中的跨阻，串联可变电阻阵列由电阻Rf1、Rf2和MOS管Mf组成，MOS管Mf漏极通过电阻Rf1与节点A相连，MOS管Mf源极通过电阻Rf2与节点Vop相连，Mf栅极与控制电压VC相连。由于MOS管导通电阻与栅极和源极电压直接相关，在源极电压不变的情况下，可通过控制栅极电压改变其导通电阻，进而改变可变增益放大器总增益，且不影响可变跨导阵列及可变增益范围。

Claims (6)

1.一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，其特征在于，包括第一电路(100)和第二电路(200)；所述第一电路(100)是对输入信号进行放大的级联放大器；所述第二电路(200)是为第一电路(100)提供电流的数控可编程电流源；
所述第一电路(100)采用三级可变增益单元电路级联方案，三级可变增益单元电路分别为第一可变增益单元VGA1电路、第二可变增益单元VGA2电路和第三可变增益单元VGA3电路；其中第一可变增益单元VGA1电路的差分输入端为Vip和Vin，同时也是整个核心电路的差分输入端；第二可变增益单元VGA2电路的差分输入端与第一可变增益单元VGA1电路的差分输出端通过耦合电容相连，以消除第一可变增益单元VGA1电路的直流失调电压；第三可变增益单元VGA3电路的差分输入端与第二可变增益单元VGA2电路的差分输出端通过耦合电容相连，以消除第二可变增益单元VGA2电路的直流失调电压；第三可变增益单元VGA3电路的差分输出端为Vop和Von，同时也是整个核心电路的差分输出端；所述第二可变增益单元VGA2电路和第三可变增益单元VGA3电路架构完全相同，实现6dB的增益调节步长；第一可变增益单元VGA1电路在第二、三可变增益单元电路的基础上增加了乘法单元，实现3dB的增益调节步长；
第二电路(200)包括三路独立的数控可变电流源IC1、可变电流源IC2和可变电流源IC3，所述可变电流IC1为第一可变增益单元VGA1提供电流，可变电流IC2为第二可变增益单元VGA2，可变电流IC3为第三可变增益单元VGA3提供电流。
2.根据权利要求1所述的可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，其特征在于，所述第一可变增益单元VGA1电路由两部分组成，分别为跨导级部分(101)和跨阻级(102)；
所述跨导级(101)的输入为差分输入电压Vi+和Vi-；跨阻级(101)与跨导级(102)的连接点分别为节点A和节点B；跨导级(101)作为可变增益单元的输出级，其输出为差分输出电压Vo+和Vo-；跨导级(101)由5个可变跨导单元组成，分别为第一可变跨导单元T1(1001)、第二可变跨导单元T2、第三可变跨导单元T3、第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5；5个可变跨导单元的差分输入正端均与Vi+相连，差分输入负端均与Vi-相连；第一可变跨导单元T1(1001)、第二可变跨导单元T2和第四可变跨导单元T4的差分输出正端均与节点A相连，差分输出负端均与节点B相连，以实现正向输出；第三可变跨导单元T3和第五可变跨导单元T5的差分输出正端均与节点B相连，差分输出负端均与节点A相连，以实现反向输出；第二可变跨导单元T2和第三可变跨导单元T3是一组互补跨导对，第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5是一组互补跨导对；所述第一可变跨导单元T1(1001)、第二可变跨导单元T2、第三可变跨导单元T3、第四可变跨导单元T4和第五可变跨导单元T5均包含一个开关乘法单元，该乘法单元由数字控制信号B0控制，以改变整个跨导单元的总跨导值；
所述跨阻级(102)由增益为AV的差分放大器以及两个反馈网络(1002)组成，反馈网络(1002)用于增益和带宽的重配置；该反馈网络(1002)通过跨接节点A、节点Vo+以及节点B、节点Vo-之间形成负反馈。
3.根据权利要求2所述的可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，其特征在于，所述第一可变跨导单元T1(1001)由第一差分对管、第二差分对管、实现开关乘法单元的可控尾电流源，以及可编程尾电流源组成；所述节点A为差分输出正端，节点B为差分输出负端；
所述第一差分对管和第二差分对管相同；所述第一差分对管包括第六晶体管M6、第七晶体管M7；所述第二差分对管包括第四晶体管M4、第五晶体管M5；对于第四晶体管M4和第六晶体管M6，其栅极均与输入端Vip相接，其漏极均与节点B相接；对于第五晶体管M5和第七晶体管M7，其栅极均与输入端Vin相接，其漏极均与节点A相接；
第一差分对管的尾电流源为第三晶体管M3，其栅极通过多路选择器MUX1与节点Vb和地相连；
第二差分对管的尾电流源为第一晶体管M1和第二晶体管M2，其栅极通过多路选择器MUX2与节点Vb和地相连；
所述实现开关乘法单元的可控尾电流源是第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3；
所述可编程尾电流源为第八晶体管M8；
所述第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3尺寸相同，在相同偏置电压下产生的电流均为I；
所述数字控制信号B0直接控制多路选择器MUX2，多路选择器MUX1由B0经过一级反相器后的输出信号控制；节点Vb的电压由数字可控电流源阵列中的IC1以及晶体管M8产生；晶体管M8的源极与地相连，栅极和漏极与数字可控电流源阵列中的IC1相连，以此形成数字可控电流镜，并通过控制IC1的变化改变晶体管第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的电流。
4.根据权利要求3所述的可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，其特征在于，所述反馈网络(1002)由节点A对地可变电容阵列、节点Vo+对地可变电容阵列和串联可变电阻阵列组成；
所述节点A对地可变电容阵列由电容C00、电容C10、电容C20、电容C30和开关B00、开关B10、开关B20、开关B30组成；所述电容C00、电容C10、电容C20、电容C30容的上极板相连，并节点A连接，下极板分别与开关B00、开关B10、开关B20、开关B30相连，并由其控制该支路导通；所述开关B00、开关B10、开关B20、开关B30的另一端与地相连；
所述节点Vo+对地可变电容阵列由电容C01、电容C11、电容C21、电容C31和开关B01、开关B11、开关B21、开关B31组成；所述电容C01、电容C11、电容C21、电容C31容的上极板相连并连接于节点A，下极板分别与开关B01、开关B11、开关B21、开关B31相连，并由其控制该支路导通；所述开关B01、开关B11、开关B21、开关B31的另一端与地相连；
所述串联可变电阻阵列由电阻Rf1、电阻Rf2和MOS管Mf组成；所述MOS管Mf漏极通过电阻Rf1与节点A相连，MOS管Mf源极通过电阻Rf2与节点Vop相连，MOS管Mf栅极与控制电压VC相连；在源极电压不变的情况下通过控制栅极电压改变其导通电阻，进而改变可变增益放大器总增益，且不影响可变跨导阵列及可变增益范围。
5.根据权利要求4所述的可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，其特征在于，所述第一晶体管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、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8均为N型晶体管。
6.根据权利要求5所述的可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路，其特征在于，所述MOS管Mf为P型晶体管。
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CN117411445A (zh) * 2023-12-12 2024-01-16 成都明夷电子科技有限公司 一种光接收机用宽带可变增益放大器

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