CN114584090A - 一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构 - Google Patents
一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114584090A CN114584090A CN202210281186.7A CN202210281186A CN114584090A CN 114584090 A CN114584090 A CN 114584090A CN 202210281186 A CN202210281186 A CN 202210281186A CN 114584090 A CN114584090 A CN 114584090A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- variable gain
- gain amplifier
- stage
- mos tube
- adjustment range
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 101100317039 Aedes aegypti VGA1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/42—Modifications of amplifiers to extend the bandwidth
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/68—Combinations of amplifiers, e.g. multi-channel amplifiers for stereophonics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
Abstract
本发明公开了一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，属于可变增益放大器技术领域，包括三级宽带匹配变压器、两级数控可变增益放大器，信号先经第一级变压器的初级线圈耦合到次级线圈，再经第一级有源数控可变增益放大器由第二级变压器的初级线圈耦合到次级线圈。本发明采用两级有源数控可变增益放大器级联的形式，每级采用6位加权放大基础单元并联电路结构，能够实现宽增益调节范围；通过变压器实现输入、输出、级间匹配，进而设计实现宽带可变增益放大器电路结构；每级有源数控可变增益放大器采用大增益基础放大器并联的形式，使得在不同增益状态下实现低相位偏移。
Description
技术领域
本发明涉及可变增益放大器技术领域，具体涉及一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构。
背景技术
在相控阵、通信系统中，可变增益放大器可通过调整信号幅度来适应波束宽度和旁瓣电平，也可用来补偿不同通道因移相导致的增益变化。
在宽频带下实现宽的增益调节范围且保持小的相位偏移是可变增益放大器设计的核心技术，尤其在相控阵收发系统中，幅度调节范围更是要求达到31.5dB。对于增益调节的实现方式通常可采用带MOS开关的无源的电阻网络实现，也可基于有源数控可变增益放大器实现。对于无源的衰减器电路来讲，通过衰减单元级联可实现宽的增益调节范围，但其电路隔离度往往较低，带宽易受前后级负载变化影响，从而导致宽带内性能恶化，此外，半导体工艺中电阻加工精度的偏差往往会导致衰减精度的偏移；而有源数控可变增益放大器能够实现较高的输入输出隔离度，但如何实现大的增益变化范围和在不同增益状态下实现相对小的相位偏移是设计难点。为此，提出一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何基于有源的实现方式实现宽增益调节范围，在不同增益状态下实现低相位偏移，进而满足微波毫米波频段下宽带宽应用场景，提供了一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，其基本原理是基于硅基CMOS工艺，通过对两级级联的可变增益放大器幅度控制实现宽增益范围的调节；其中每级可变增益放大器由并联在一起的6位加权基础单元组成，此外为保证宽增益调节范围内低的相位偏移，每级放大器并联一级大增益基础单元实现稳相，能够在宽的带宽下实现较宽的增益调节范围，此外通过大增益基础单元稳相，在不同的增益状态下能够保持低的相位偏移，可适用于微波毫米波频段下无线电收发系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括三级宽带匹配变压器、两级数控可变增益放大器，信号先经第一级变压器的初级线圈耦合到次级线圈，再经第一级有源数控可变增益放大器由第二级变压器的初级线圈耦合到次级线圈，然后经第二级有源数控可变增益放大器由第三级变压器的初级线圈耦合到次级线圈，信号输出；每级数控可变增益放大器均包括并联在一起的6个成比例加权基础单元和大增益基础放大单元，第一级有源数控可变增益放大器与第二级有源数控可变增益放大器级联，通过所述第一级变压器、第二级变压器、第三级变压器进行输入、级间、输出匹配以实现宽带匹配。
更进一步地，6位成比例加权基础单元的增益比例分别为1:2:4:8:16:32，大增益基础放大单元的增益比例为64。
更进一步地，第一级有源数控可变增益放大器的控制位为6位，对应实现1:2:4:8:16:32的增益变化比例，第二级有源数控可变增益放大器的控制位为6位，将6位控制位两两组合，形成3位控制位，对应实现3:12:48的增益变化比例，两级有源数控可变增益放大器级联共9位控制位，对应实现1:2:3:4:8:12:16:32:48的增益变化比例。
更进一步地，各所述基础单元的结构相同，面积比为1:2:4:8:16:32。
更进一步地，各所述基础单元包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6，其中，控制MOS管M1和M2偏置的开关设置在其栅极，MOS管M1的漏极连接MOS管M3和MOS管M4的源极，MOS管M2漏极连接MOSs管M5和MOS管M6的源极，MOS管M1和MOSs管M2的源极接地，MOS管M3和MOS管M4的栅极分别输入射频的差分信号RF1+和RF1-，MOS管M5和MOS管M6的栅极分别输入射频的差分信号RF1-和RF1+，MOS管M3的漏极和MOS管M5的漏极相连输出至第二级变压器初级线圈的一端，MOS管M4的漏极和MOS管M6的漏极相连输出至第二级变压器初级线圈的另一端。
更进一步地，所述大增益基础放大单元包括MOS管M7、M8、M9，其中MOS管M7的栅极接偏置电压，漏极连接MOS管M8和MOS管M9的源极，MOS管M8和MOS管M9的栅极分别为射频输入信号RF1+和RF-，MOS管M8和MOS管M9的漏极分别连接至第二级变压器初级线圈的一端和另一端。
本发明相比现有技术具有以下优点：该宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，采用两级有源数控可变增益放大器级联的形式，每级采用6位加权放大基础单元并联电路结构，能够实现宽增益调节范围；通过变压器实现输入、输出、级间匹配，进而设计实现宽带可变增益放大器电路结构；每级有源数控可变增益放大器采用大增益基础放大器并联的形式，使得在不同增益状态下实现低相位偏移，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例中用于宽带、宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构示意图；
图2是本发明实施例中基于硅基CMOS工艺的单级有源数控可变增益放大器电路结构示意图；
图3是本发明实施例中基于本电路结构设计的一款频带覆盖30GHz～45GHz可变增益放大器相对增益变化范围(相对于增益最大状态)示意图；
图4是本发明实施例中基于本电路结构设计的一款频带覆盖30GHz～45GHz可变增益放大器不同增益状态下的相对相位变化范围(相对于增益最大状态下相位)示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提出一种用于宽带、宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，该结构包含三个宽带匹配变压器，两级有源数控可变增益放大器。信号先经第一级变压器初级线圈L1耦合到L2，其中耦合系数为K1，再经第一级有源数控可变增益放大器VGA1，第二级变压器初级线圈L3耦合到L4，其中耦合系数为K2，再经第二级有源数控可变增益放大器VGA2，由第三级变压器初级线圈L5耦合到L6，其中耦合系数位K3，信号输出。
如图2所示，为基于硅基CMOS工艺的单级有源数控可变增益放大器电路结构示意图，其中各模块间连接方式如下：以增益变换加权为1AdB的基础单元为例，其余加权比例为2AdB，4AdB，8AdB，16AdB，32AdB的基础单元电路连接方式相同，VC1和
分别控制M1栅极和M2栅极偏置的开关，其中VC1和
为一对互补的开关控制信号，M1的漏极连接M3和M4的源极，M2漏极连接M5和M6的源极，M1和M2的源极接地，M3和M4的栅极分别输入射频的差分信号RF1+和RF1-，M5和M6的栅极分别输入射频的差分信号RF1-和RF1+，M3的漏极和M5的漏极相连输出RFOUT1+，M4的漏极和M6的漏极相连输出RFOUT1-；类似的，其余位基础单元电路连接方式相同，区别在于晶体管面积按比例1:2:4:8:16:32设置，目的实现增益不同比例变换。M7、M8、M9组成大增益基础放大单元，其中M7栅极偏置电位VBias，源极接地，漏极连接M8和M9的源极，M8和M9的栅极分别为射频输入信号RF1+和RF-，M8和M9的漏极分别连接RFOUT1+和RFOUT1-。
如图3所示，是基于本电路结构设计的一款频带覆盖30GHz～45GHz可变增益放大器相对增益变化范围(相对于增益最大状态)示意图，增益调节范围可遍及0～40dB，且带内增益变化波动较小。
如图4所示，是基于本电路结构设计的一款频带覆盖30GHz～45GHz可变增益放大器不同增益状态下的相对相位变化范围(相对于增益最大状态下相位)示意图，在增益调节范围遍及0～40dB下，相位变化保持在±10°以内。
综上所述，上述实施例的宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，采用两级有源数控可变增益放大器级联的形式，每级采用6位加权放大基础单元并联电路结构，能够实现宽增益调节范围；通过变压器实现输入、输出、级间匹配，进而设计实现宽带可变增益放大器电路结构；每级有源数控可变增益放大器采用大增益基础放大器并联的形式，使得在不同增益状态下实现低相位偏移，值得被推广使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，其特征在于，包括三级宽带匹配变压器、两级数控可变增益放大器，信号先经第一级变压器的初级线圈耦合到次级线圈，再经第一级有源数控可变增益放大器由第二级变压器的初级线圈耦合到次级线圈，然后经第二级有源数控可变增益放大器由第三级变压器的初级线圈耦合到次级线圈，信号输出；每级数控可变增益放大器均包括并联在一起的6个成比例加权基础单元和大增益基础放大单元，第一级有源数控可变增益放大器与第二级有源数控可变增益放大器级联。
2.根据权利要求1所述的一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，其特征在于：6个成比例加权基础单元的增益比例分别为1:2:4:8:16:32，大增益基础放大单元的增益比例为64。
3.根据权利要求1所述的一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，其特征在于：第一级有源数控可变增益放大器的控制位为6位，每个基础单元对应一个控制位，对应实现1:2:4:8:16:32的增益变化比例，第二级有源数控可变增益放大器的控制位为6位，将6位控制位两两组合，形成3位控制位，对应实现3:12:48的增益变化比例，两级有源数控可变增益放大器级联共9位控制位，对应实现1:2:3:4:8:12:16:32:48的增益变化比例。
4.根据权利要求1所述的一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，其特征在于：各所述基础单元的结构相同，面积比为1:2:4:8:16:32。
5.根据权利要求3所述的一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，其特征在于：各所述基础单元包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6，其中，控制MOS管M1和M2偏置的开关设置在其栅极，MOS管M1的漏极连接MOS管M3和MOS管M4的源极，MOS管M2漏极连接MOS管M5和MOS管M6的源极，MOS管M1和MOS管M2的源极接地，MOS管M3和MOS管M4的栅极分别输入射频的差分信号RF1+和RF1-，MOS管M5和MOS管M6的栅极分别输入射频的差分信号RF1-和RF1+，MOS管M3的漏极和MOS管M5的漏极相连输出至第二级变压器初级线圈的一端，MOS管M4的漏极和MOS管M6的漏极相连输出至第二级变压器初级线圈的另一端。
6.根据权利要求5所述的一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构，其特征在于：所述大增益基础放大单元包括MOS管M7、M8、M9，其中MOS管M7的栅极接偏置电压，漏极连接MOS管M8和MOS管M9的源极，MOS管M8和MOS管M9的栅极分别为射频输入信号RF1+和RF-，MOS管M8和MOS管M9的漏极分别连接至第二级变压器初级线圈的一端和另一端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210281186.7A CN114584090A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210281186.7A CN114584090A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114584090A true CN114584090A (zh) | 2022-06-03 |
Family
ID=81776278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210281186.7A Pending CN114584090A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114584090A (zh) |
-
2022
- 2022-03-21 CN CN202210281186.7A patent/CN114584090A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111130503B (zh) | 一种低相差数控射频衰减器 | |
| CN114793094B (zh) | 一种可调增益低噪声放大器和接收机 | |
| CN113162647B (zh) | 一种相控阵系统中的宽带多功能收发组件 | |
| CN113328712B (zh) | 一种可变增益线性功率放大器及芯片 | |
| CN114665908B (zh) | 一种幅相精度可调节的衰减移相系统 | |
| CN106849881B (zh) | 一种宽带单片集成低噪声放大器 | |
| CN113114162A (zh) | 一种用于cmos宽带幅相多功能芯片的衰减器电路 | |
| CN116827274A (zh) | 一种宽带低噪声放大电路 | |
| CN113328729A (zh) | 一种具有温度工艺角误差补偿功能的无源数控衰减器 | |
| CN112039449B (zh) | 一种超高频可变增益放大器结构 | |
| CN112865734A (zh) | 一种可变增益放大器和设备 | |
| CN114172467A (zh) | 一种可重配置超宽带高精度可变增益放大器核心电路 | |
| CN114584090A (zh) | 一种宽增益调节范围的可变增益放大器电路结构 | |
| CN113114146B (zh) | 宽动态调节范围低附加相移可变增益放大器 | |
| CN114499457A (zh) | 一种宽带衰减器电路 | |
| CN112953403B (zh) | 一种基于cmos工艺的毫米波功率放大器及功率控制方法 | |
| Voisin et al. | A 65 nm CMOS SOI 4-bit digitally controlled variable gain amplifier for Ka-band beamforming | |
| CN115085692A (zh) | 一种低附加相移衰减器 | |
| CN112087206B (zh) | 一种超低功耗宽带低噪声放大器 | |
| CN112671356A (zh) | 一种射频线性功率放大器的宽带匹配电路 | |
| CN114759885B (zh) | 超宽带可变增益放大器及无线通信设备、增益调节方法 | |
| CN113114163B (zh) | 一种创新结构的毫米波cmos数控衰减器 | |
| CN116505898B (zh) | 一种具有单转差功能的超宽带毫米波低噪声放大器 | |
| CN214480486U (zh) | 一种基于cmos工艺的毫米波功率放大器 | |
| CN217445328U (zh) | 一种单端输入差分输出射频有源移相器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |