CN115865018A - 一种可变增益放大器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种可变增益放大器，包括依次连接的数模信号转换模块、控制信号产生模块和至少两个跨导可变增益单元，其中，所述至少两个跨导可变增益单元通过人工传输线将输入线路和输出线路并联，所述人工传输线利用电感和所述可变增益放大器输入输出端的寄生电容制作而成；所述数模信号转换模块，用于接收用于控制所述可变增益放大器的增益大小的数字信号，将所述数字信号转换为电压信号；控制信号产生模块，用于基于所述电压信号输出一对差分控制信号，其中，所述差分控制信号与所述可变增益放大器的增益大小线性相关；每一所述跨导可变增益单元，用于接收所述差分控制信号，以对输入所述跨导可变增益单元的输入信号进行放大后输出。

Description

一种可变增益放大器

技术领域

本申请涉及电子电路设计技术领域，尤其涉及一种可变增益放大器。

背景技术

随着5G技术的发展，现代光通信系统对数据传输带宽的要求越来越高。在应用于光通信的超宽带放大器芯片的链路中，为了满足输出数据摆幅一定的需求，通常会在整个增益链路中驱动放大器的前一级使用可变增益放大器(Variable Gain Amplifier，VGA)，来对整体的放大链路进行增益调控。通常情况下，在使用传统的可变增益放大器的放大链路中，整体输出信号的带宽会受到每一级放大器的带宽限制，而导致传输带宽降低。

为了提高放大器的带宽，考虑到从直流到高频的传输带宽极大地限制于芯片工艺的截止频率，一种常见的方法是使用分布式放大器(Distributed Amplifier，DA)。而在光通信超宽带放大器芯片链路中，即使输出级使用分布式放大器，由于传统的可变增益放大器的输出阻抗很高，分布式放大器的输入阻抗较低，较难实现传统的可变增益放大器与分布式放大器之间的阻抗匹配，而会导致信号传输的完整性较差，输出信号的强度降低很多。因此，一种可以匹配输出级使用分布式放大器的可变增益放大器非常重要。

发明内容

本申请实施例提供了一种可变增益放大器，包括依次连接的数模信号转换模块、控制信号产生模块和至少两个跨导可变增益单元，其中，所述至少两个跨导可变增益单元通过人工传输线将输入线路和输出线路并联，所述人工传输线利用电感和所述可变增益放大器输入输出端的寄生电容制作而成；所述数模信号转换模块，用于接收用于控制所述可变增益放大器的增益大小的数字信号，将所述数字信号转换为电压信号；控制信号产生模块，用于基于所述电压信号输出一对差分控制信号，其中，所述差分控制信号与所述可变增益放大器的增益大小线性相关；每一所述跨导可变增益单元，用于接收所述差分控制信号，以对输入所述跨导可变增益单元的输入信号进行放大后输出。

在一些实施例中，所述可变增益放大器的输出阻抗等于所述人工传输线的特征阻抗，其中：所述人工传输线的特征阻抗满足所述可变增益放大器与下一级驱动放大器之间的宽带匹配条件。

在一些实施例中，所述数模信号转换模块包括至少一条控制线路和分压电阻，其中，每一所述控制线路上包括第一控制开关，所述至少一条控制线路两两之间相互并联，每一所述控制线路分别与所述分压电阻串联；所述分压电阻，用于通过每一所述第一控制开关的通断，将所述数字信号转化为电流信号，并在所述分压电阻的第一端输出所述电压信号。

在一些实施例中，所述数模信号转换模块还包括参考线路，所述参考线路与每一所述控制线路并联，且与所述分压电阻串联，其中：所述参考线路，用于为所述控制线路提供参考，以基于所述数字信号，确定每一所述第一控制开关的通断。

在一些实施例中，所述控制信号产生模块包括控制单元、电流镜单元和电压转换单元，其中，所述控制单元的第一端与地连接，所述控制单元的第二端与所述电流镜单元的第一端连接，所述电流镜单元的第二端与所述电压转换单元的第一端连接，所述电压转换单元的第二端与电源连接；所述控制单元，用于在所述电压信号的控制下，输出第一电流信号；所述电流镜单元，用于接收所述第一电流信号，并生成由所述电压信号构成的具有指数形式的电流；所述电压转换单元，用于将所述具有指数形式的电流转化成具有指数形式的电压，并输出所述差分控制信号。

在一些实施例中，所述电流镜像单元包括两个电流镜，其中：第一个电流镜中第一个开关管的第一端与所述控制单元的第二端连接，所述第一个电流镜中第一个开关管的第二端与电源连接；所述第一个电流镜中第二个开关管的第一端与电源连接，所述第一个电流镜中第二个开关管的第二端与第二个电流镜中第一个开关管的第一端连接，所述第二个电流镜中第一个开关管的第二端与地连接；所述第二个电流镜中第二个开关管的第一端与所述电压转换单元的第一端连接，所述第二个电流镜中第二个开关管的第二端与地连接。

在一些实施例中，所述第一个电流镜中的开关管为P型金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第二个电流镜中的开关管为双极结型晶体管。

在一些实施例中，所述第一个电流镜中两个开关管的沟道宽长比相同；所述第二个电流镜中两个开关管的沟道宽长比相同。

在一些实施例中，所述电压转换单元包括三个串联的转换电阻，其中：所述三个串联的转换电阻与所述第二个电流镜中的第二个开关管串联；在第一个转换电阻的第一端，以及第二个转换电阻和第三个转换电阻之间输出所述差分控制信号。

在一些实施例中，所述三个串联的转换电阻的阻值相等。

本申请实施例提供的可变增益放大器具有以下效果：

第一方面，由于人工传输线利用电感和可变增益放大器输入输出端的寄生电容制作而成，而每个跨导可变增益单元的输出节点的寄生电容可以和人工传输线中的电感谐振，从而大大减小等效寄生电容，以增大单个跨导可变增益单元的带宽。

第二方面，在跨导可变增益单元采用图2所示的电路结构时，控制信号产生模块输出的差分控制信号改变的是每个跨导可变增益单元的等效Gm，跨导可变增益单元中的直流电平改变较小，不会影响输入输出关键节点的直流电平，也就不会影响可变增益放大器本身和前后级放大器的工作状态。

第三方面，本申请实施例提供的可变增益放大器包括至少两个跨导可变增益单元，由于每个跨导可变增益单元的增益调节可以独立进行，这样可以提高整体可变增益放大器的增益调控范围。

第四方面，分布式放大器的输入阻抗多为50欧左右的低阻。由于本申请实施例提供的可变增益放大器采用的是分布式放大技术，存在输出的人工传输线以及终端电阻，可以轻松实现50欧左右的等效输出电阻，满足可变增益放大级和分布式放大器之间的宽带匹配条件，从而提高整体链路的带宽。

第五方面，由于分布式放大器与传统的VGA很难进行阻抗匹配，而导致分布式放大器无法很好的应用在图1所示的增益链路架构中。在采用本申请实施例提供的可变增益放大器之后，可以解决分布式放大器与可变增益放大器之间的阻抗匹配问题，从而可以使得分布式放大器很好的应用在图1所示的增益链路架构中，即可以实现在分布式放大器之前增加VGA、CTLE等模块，从而为采用分布式放大器的增益链路提供更多的功能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光通信超宽带放大器芯片增益链路的传统架构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种传统的VGA的电路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种可变增益放大器的电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种数模信号转换模块的电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种控制信号产生模块的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

需要指出，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅是用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

以下为本申请实施例中涉及到的专业名词解释以及部分名词的对应关系：

连续时间线性均衡器(Continuous Time Linear Equalization，CTLE)：用在接收端，本质上是一个高通滤波器，用来补偿信道频带受限。

串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)：是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的布局上节省空间，提供方便。

直流失调消除电路(Direct Current Offset Correction，DCOC)：用于消除直流失调。基本原理是在输出端取出低频信号，失调放大器比较并放大两输出端的差别，将放大后的信号反馈给输入端，构成一个完整的负反馈环路，实现直流失调消除的功能。

人工增益调整(Manual Gain Control，MGC)：通过手动的方式进行增益控制。

自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)：目前用的比较多，是一种使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。

指数发生器(Exponential Generator，EG)：用于产生指数级的控制信号。

数模转换器(Digital to Analog Converter，DAC)：用于将数字信号转换为模拟信号。

下面在介绍本申请实施例提供的可变增益放大器之前，先介绍光通信超宽带放大器芯片增益链路的传统架构。如图1所示，该增益链路包括CTLE、VGA、EG、DAC、AGC、MGC、CTLE、DCOC和驱动放大器。其中，CTLE的输入端输入一对需要放大的差分信号，首先，通过CTLE来补偿信道频带的受限，以降低信号传输过程中的失真；然后经过VGA，对CTLE输出的信号进行放大；最后输入驱动放大器，对VGA输出的信号进行进一步的放大。CTLE的输入端和VGA的输出端之间连接的DCOC用于消除由于CTLE和VGA产生的直流失调，以提高数据的准确性。AGC和MGC分别通过自动和手动的方式进行增益的控制。

这里，VGA用于为整个增益链路提供可变的增益控制以及一定的基础增益。VGA的驱动需要先通过SPI接入串行的数字信号，该数字信号用于调整VGA增益的大小；然后通过DAC将数字信号转换成模拟信号；之后通过EG将模拟信号转化成指数级别的控制信号，以通过该指数级别的控制信号控制VGA放大。

图2为传统的VGA的电路结构示意图，其中，Vin_p和Vin_n为一对输入的需要放大的差分信号。Vctrl_n和Vctrl_p为一对差分控制信号，通过Vctrl_p和Vctrl_n可以调整跨导可变增益单元整体的Gm(Gm表征输入电压变化而引起输出电流发生变化的情况，即反映输入电压对输出电流的控制能力，也就是放大作用)，从而实现跨导可变增益单元整体的增益变化。Vout_p和Vout_n为一对输出信号，为在Vctrl_n和Vctrl_p控制下增益后输出的信号。REE为源级负反馈电阻，用于提高线性度。

在采用图2所示的VGA的电路结构的情况下，VGA整体的带宽受限于输出点Vout_p和Vout_n的主极点，主极点主要由等效输出电阻和等效输出电容一起提供。在芯片整体工艺提供的截止频率fT保持不变的前提下，VGA整体的增益带宽积有着明确的上限，且上限与fT相关，从而限制了VGA的放大性能。其中，增益带宽积是放大器带宽和带宽的增益的乘积，是用来简单衡量放大器性能的一个参数。

为了提高放大器的带宽，可以采用分布式的放大器，即图1中的驱动放大器为分布式放大器。但在驱动放大器之前设置VGA的情况下，需要进行VGA的输出阻抗与驱动放大器的输入阻抗之间的阻抗匹配。其中，阻抗匹配就是上一级电路的输出电阻等于下一级电路的输入电阻。阻抗匹配是为了保证能量传输的损耗最小，主要用于传输线上，以达到所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的；同时，不会有信号反射回源点，从而提升能源效益。

由于传统的VGA的输出为高阻，大概几千欧或为电容，而分布式放大器的输入为低阻，大概50欧左右，因此，很难实现传统的VGA与分布式放大器之间的阻抗匹配，而导致无法将分布式放大器应用在图1所示的架构中，即分布式放大器前不能设置CTLE和VGA。为了能够利用分布式放大器不受芯片工艺提供的截止频率的限制和提高带宽这一优良性能，因此，需要提供一种可以匹配分布式放大器的可变增益放大器。

基于此，本申请实施例提供一种可变增益放大器，如图3所示，该可变增益放大器包括依次连接的数模信号转换模块101、控制信号产生模块102和至少两个跨导可变增益单元103(图3中所示为3个)，其中，所述至少两个跨导可变增益单元通过人工传输线将输入线路和输出线路并联，所述人工传输线利用电感和所述可变增益放大器输入输出端的寄生电容制作而成；

所述数模信号转换模块101，用于接收用于控制所述可变增益放大器的增益大小的数字信号，将所述数字信号转换为电压信号；

控制信号产生模块102，用于基于所述电压信号输出一对差分控制信号，其中，所述差分控制信号与所述可变增益放大器的增益大小线性相关；

每一所述跨导可变增益单元103，用于接收所述差分控制信号，以对输入所述跨导可变增益单元的输入信号进行放大后输出。

这里，可变增益放大器可以应用于超宽带放大器链路中，尤其适用于超宽带光电发射机的最后一级驱动放大器芯片中，其中，驱动放大器可以为分布式放大器。跨导可变增益单元的数量至少为两个，即跨导可变增益单元的数量可以为两个或两个以上。跨导可变增益单元用于对输入的差分信号进行放大后输出。在一些实施例中，跨导可变增益单元可以为图2所示的电路结构，其中，Vin_p和Vin_n即为图3中的IN_P和IN_N。Vctrl_n和Vctrl_p即为图3中的控制信号产生模块102输出的信号。Vout_p和Vout_n即为图3中的OUT_P和OUT_N。需要说明的是，本申请实施例对跨导可变增益单元的电路结构不做限定，能实现增益效果即可。

由于可变增益放大器包括至少两个跨导可变增益单元，且使用人工传输线将输入线路和输出线路相连，从而可以使得输出信号的带宽大大提高。同时，由于每一跨导可变增益单元的增益都独立可控，因此，每一跨导可变增益单元的增益可调范围可以叠加。如此一来，可以提高整体可变增益放大器的增益调控范围。例如，一个跨导可变增益单元的增益可调范围为A，在包括3个跨导可变增益单元的情况下，整体的增益可调范围就为3A。这样可以避免多个VGA的级联，从而减少VGA级联中不可避免的缓冲级，以减少功耗和占用面积。

在一些实施例中，人工传输线中可以包括电感，用于与跨导可变增益单元输出节点处的寄生电容产生谐振，以减小等效寄生电容，从而增大跨导可变增益单元的带宽。因此，电感的感值可以根据实际的寄生电容来确定，一般情况下电感的感值可以与寄生电容的大小成正比。可变增益放大器输入输出端的寄生电容包括晶体管中的寄生电容和走线的寄生电容。在一些实施例中，人工传输线的一端可以采用一个小电阻作为终端电阻，即如图3所示的R_term，用于吸收人工传输线上的反射信号。

如图3所示，该可变增益放大器的运行方法如下：首先数模信号转换模块101接收通过SPI输入的用于控制可变增益放大器的增益大小的数字信号，并将数字信号转换为电压信号，传输给控制信号产生模块102；然后控制信号产生模块102在该电压信号的控制下输出一对与可变增益放大器的增益大小线性相关的差分控制信号；最后，每一跨导可变增益单元103接收该差分控制信号，以对输入每一跨导可变增益单元的输入差分信号进行放大后输出。本申请实施例对数模信号转换模块和控制信号产生模块的具体电路结构不做限定，能实现上述功能即可。

通常情况下，分布式放大技术采用多个增益放大单元(Gain Cell)通过人工传输线将输入输出线路并联起来，使得所有的增益放大单元的输入和输出电压在人工传输线上以行波的形式传播。其中，行波指平面波在传输线上的一种传输状态，其幅度沿传播方向按指数规律变化，相位沿传输线按线性规律变化。而本申请实施例中的至少两个跨导可变增益单元也是通过人工传输线将输入线路和输出线路并联，且人工传输线利用电感和可变增益放大器输入输出端的寄生电容制作而成。可以看出，本申请实施例提供的可变增益放大器采用的是分布式放大技术。

由于分布式放大技术可以不受芯片工艺提供的截止频率的影响，而使得分布式放大技术可以突破增益带宽积的限制。又由于本申请实施例提供的可变增益放大器采用的是分布式放大技术(如图3所示，输入信号IN_P和IN_N分别经过差分人工传输线，依次经过三个增益单元，放大后再经过差分人工传输线从OUT_P和OUT_N输出)，因此，本申请实施例提供的可变增益放大器可以突破增益带宽积的限制，提供更高的带宽，从而解决传统VGA中提到的增益带宽积有明确的上限，放大性能受限的问题。

此外，由于本申请实施例提供的可变增益放大器采用的是分布式放大技术，因此，可以很容易的实现可变增益放大器的输出阻抗为低阻。例如，将人工传输线和每一跨导可变增益单元的输出阻抗设计时一起确定为人工传输线的特征阻抗，即可变增益放大器的输出阻抗等于人工传输线的特征阻抗。其中，特征阻抗又称为“特性阻抗”，它不是直流电阻，是属于长线传输中的概念。在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面(电源或地平面)间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个电流I，而如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特征阻抗Z。

在一些实施例中，人工传输线的特征阻抗可以满足可变增益放大器与下一级驱动放大器(例如，分布式放大器)之间的宽带匹配条件。例如下一级分布式放大器的输入阻抗为50欧，则人工传输线的特征阻抗也为50欧。如此，可以很好地和下一级分布式放大器完成级间匹配，从而提高整体链路的带宽。对于人工传输线的实现方式，这里不再赘述，与常见的分布式放大技术中人工传输线的设计方式相同。

综上，本申请实施例提供的可变增益放大器具有以下效果：

第一方面，由于人工传输线利用电感和可变增益放大器输入输出端的寄生电容制作而成，而每个跨导可变增益单元的输出节点的寄生电容可以和人工传输线中的电感谐振，从而大大减小等效寄生电容，以增大单个跨导可变增益单元的带宽。

第二方面，在跨导可变增益单元采用图2所示的电路结构时，控制信号产生模块输出的差分控制信号改变的是每个跨导可变增益单元的等效Gm，跨导可变增益单元中的直流电平改变较小，不会影响输入输出关键节点的直流电平，也就不会影响可变增益放大器本身和前后级放大器的工作状态。

第三方面，本申请实施例提供的可变增益放大器包括至少两个跨导可变增益单元，由于每个跨导可变增益单元的增益调节可以独立进行，这样可以提高整体可变增益放大器的增益调控范围。

第四方面，分布式放大器的输入阻抗多为50欧左右的低阻。由于本申请实施例提供的可变增益放大器采用的是分布式放大技术，存在输出的人工传输线以及终端电阻，可以轻松实现50欧左右的等效输出电阻，满足可变增益放大级和分布式放大器之间的宽带匹配条件，从而提高整体链路的带宽。

第五方面，由于分布式放大器与传统的VGA很难进行阻抗匹配，而导致分布式放大器无法很好的应用在图1所示的增益链路架构中。在采用本申请实施例提供的可变增益放大器之后，可以解决分布式放大器与可变增益放大器之间的阻抗匹配问题，从而可以使得分布式放大器很好的应用在图1所示的增益链路架构中，即可以实现在分布式放大器之前增加VGA、CTLE等模块，从而为采用分布式放大器的增益链路提供更多的功能。

在一些实施例中，如图4所示，数模信号转换模块包括至少一条控制线路20和分压电阻202，其中，每一控制线路201上包括第一控制开关201a，至少一条控制线路20两两之间相互并联，每一控制线路201分别与分压电阻202串联；

分压电阻202，用于通过每一第一控制开关201a的通断，将数字信号转化为电流信号，并在分压电阻的第一端输出电压信号Vctrl。

这里，至少一条控制线路的数量可以为5个(图4所示的方案，对应5比特的数字信号)，也可以为其他数字。设计时，可以根据最终调制可变增益放大器的精度来定，精度越高，控制线路的数量越多。第一控制开关用于控制对应控制线路的通断。数字信号通常情况下包括数字“1”和数字“0”，第一控制开关的通断可以分别代表数字“1”和“0”。运行时，在每一控制线路的第一控制开关通断后，对应的控制线路导通或断开。由于每一控制线路与分压电阻串联，因此，在对应控制线路导通或断开的情况下，该控制线路上产生不同的电流，从而将数字信号转化为电流信号，再通过分压电阻的第一端输出电压信号Vctrl。即输入数模信号转换模块的数字信号通过门电路(即第一控制开关)控制每条线路电流的大小，从而完成从数字信号到电流信号的转换；然后电流通过固定大小的分压电阻后转换成一个电压信号，输入控制信号产生模块。在一些实施例中，分压电阻的第二端接地。在一些实施例中，由于数模信号转换模块可以将数字信号转化为电流信号，因此，数模信号转换模块可以直接对接SPI。

在一些实施例中，如图4所示，数模信号转换模块还包括参考线路203，参考线路203与每一控制线路201并联，且与分压电阻202串联，其中：

参考线路203，用于为控制线路201提供参考，以基于数字信号，确定每一第一控制开关201a的通断。

这里，由于参考线路不包括第一控制开关，因此，参考线路的状态相当于控制线路的第一控制开关导通时的状态。所以，可以利用参考线路提供固定的基础电流，作为数字信号的数字为“1”时的参考，从而实现根据数字信号，确定每一第一控制开关的通断。

本申请实施例提供了一种数模信号转换模块，实现了将用于控制可变增益放大器的增益大小的数字信号转换为电压信号，用于使控制信号产生模块输出差分控制信号。

在一些实施例中，如图5所示，控制信号产生模块包括控制单元301、电流镜单元302和电压转换单元303，其中，控制单元301的第一端与地连接，控制单元301的第二端与电流镜单元302的第一端连接，电流镜单元302的第二端与电压转换单元303的第一端连接，电压转换单元303的第二端与电源连接；

控制单元301，用于在电压信号Vctrl的控制下，输出第一电流信号；

电流镜单元302，用于接收第一电流信号，并生成由电压信号Vctrl构成的具有指数形式的电流；

电压转换单元303，用于将具有指数形式的电流转化成具有指数形式的电压，并输出差分控制信号。

这里，由电压信号Vctrl构成的具有指数形式的电流可以指exp(Vctrl)形式的电流。具有指数形式的电压可以指exp(Vctrl)形式的电压。之所以电压转换单元输出的是具有指数形式的电压，是因为可变增益放大器中增益的单位为分贝(dB)，是通过取对数得到的值。因此，在电压转换单元输出具有指数形式的电压之后，取对数就得到需要的增益分贝。

在一些实施例中，控制单元可以包括一个晶体管，在数模信号转换模块输出电压信号Vctrl之后，晶体管在Vctrl的控制下打开，输出第一电流信号。

电流镜单元可以包括至少一个电流镜。如图5所示，电流镜单元302包括两个电流镜，其中：第一个电流镜302a中第一个开关管的第一端与控制单元301的第二端连接，第一个电流镜302a中第一个开关管的第二端与电源连接；第一个电流镜302a中第二个开关管的第一端与电源连接。

第一个电流镜302a中第二个开关管的第二端与第二个电流镜302b中第一个开关管的第一端连接，第二个电流镜302b中第一个开关管的第二端与地连接；第二个电流镜302b中第二个开关管的第一端与电压转换单元303的第一端连接，第二个电流镜302b中第二个开关管的第二端与地连接。在一些实施例中，第二个电流镜302b中第一个开关管的第二端可以先连接一个电阻后，再连接地线。第二个电流镜302b中第二个开关管的第二端也可以先连接一个电阻后，再连接地线。

这里，电流镜用来实现电流信号的复制或倍乘。其中，电流镜中第一个开关管的输入电流和第二个开关管的输出电流的大小之比与两个开关管的沟道宽长比之比成正比。在一些实施例中，为了使得电流镜中第一个开关管所在支路和第二个开关管所在支路的电流相等，电流镜中两个开关管的宽长比可以相同。

本申请实施例为了使得第一个电流镜和第二个电流镜所在的三条支路的电流相同，则第一个电流镜中两个开关管的沟道宽长比可以相同，且第二个电流镜中两个开关管的沟道宽长比也可以相同。

在一些实施例中，由于控制单元301位于PCB的下方，因此，第一个电流镜302a中的开关管可以为P型金属氧化物半导体场效应晶体管。又为了生成具有指数形式的电流，第二个电流镜302b中的开关管可以为双极结型晶体管。

在一些实施例中，如图5所示，电压转换单元303可以包括三个串联的转换电阻303a，其中：

三个串联的转换电阻303a与第二个电流镜302b中的第二个开关管串联；

在第一个转换电阻的第一端A，以及第二个转换电阻和第三个转换电阻之间(例如B点)输出差分控制信号Vctrl_p和Vctrl_n。

这里，电压信号Vctrl控制第二个电流镜中的双极结型晶体管产生exp(Vctrl)形式的电流；再通过第二个电流镜镜像到Vctrl_p和Vctrl_n所在支路；最后经过该支路的转换电阻转换成exp(Vctrl)形式的电压值，取对数后为dB-linear(线性)的形式。

由于Vctrl_p和Vctrl_n为一对差分信号，因此，在一些实施例中，三个串联的转换电阻的阻值可以相等。如此一来，图5中C点输出的电压Vcom的二倍等于B点输出的电压Vctrl_p与A点输出的电压Vctrl_n之和，其中，电压Vcom是共模基准。

本申请实施例提供了一种控制信号产生模块，实现了输出与可变增益放大器的增益大小线性相关的差分控制信号，从而控制跨导可变增益单元对输入信号进行放大后输出。

综上，为了匹配分布式放大器，本申请实施例对可变增益放大器应用了分布式放大技术，不仅提供了较高的增益可调范围，还提供了与驱动放大器级间优秀的超宽带阻抗匹配，最终实现了超宽带的整体链路效果。

以上，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可变增益放大器，其特征在于，包括依次连接的数模信号转换模块、控制信号产生模块和至少两个跨导可变增益单元，其中，所述至少两个跨导可变增益单元通过人工传输线将输入线路和输出线路并联，所述人工传输线利用电感和所述可变增益放大器输入输出端的寄生电容制作而成；

所述数模信号转换模块，用于接收用于控制所述可变增益放大器的增益大小的数字信号，将所述数字信号转换为电压信号；

控制信号产生模块，用于基于所述电压信号输出一对差分控制信号，其中，所述差分控制信号与所述可变增益放大器的增益大小线性相关；

每一所述跨导可变增益单元，用于接收所述差分控制信号，以对输入所述跨导可变增益单元的输入信号进行放大后输出。

2.根据权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述可变增益放大器的输出阻抗等于所述人工传输线的特征阻抗，其中：

所述人工传输线的特征阻抗满足所述可变增益放大器与下一级驱动放大器之间的宽带匹配条件。

3.根据权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述数模信号转换模块包括至少一条控制线路和分压电阻，其中，每一所述控制线路上包括第一控制开关，所述至少一条控制线路两两之间相互并联，每一所述控制线路分别与所述分压电阻串联；

所述分压电阻，用于通过每一所述第一控制开关的通断，将所述数字信号转化为电流信号，并在所述分压电阻的第一端输出所述电压信号。

4.根据权利要求3所述的可变增益放大器，其特征在于，所述数模信号转换模块还包括参考线路，所述参考线路与每一所述控制线路并联，且与所述分压电阻串联，其中：

所述参考线路，用于为所述控制线路提供参考，以基于所述数字信号，确定每一所述第一控制开关的通断。

5.根据权利要求1至4任一项所述的可变增益放大器，其特征在于，所述控制信号产生模块包括控制单元、电流镜单元和电压转换单元，其中，所述控制单元的第一端与地连接，所述控制单元的第二端与所述电流镜单元的第一端连接，所述电流镜单元的第二端与所述电压转换单元的第一端连接，所述电压转换单元的第二端与电源连接；

所述控制单元，用于在所述电压信号的控制下，输出第一电流信号；

所述电流镜单元，用于接收所述第一电流信号，并生成由所述电压信号构成的具有指数形式的电流；

所述电压转换单元，用于将所述具有指数形式的电流转化成具有指数形式的电压，并输出所述差分控制信号。

6.根据权利要求5所述的可变增益放大器，其特征在于，所述电流镜像单元包括两个电流镜，其中：

第一个电流镜中第一个开关管的第一端与所述控制单元的第二端连接，所述第一个电流镜中第一个开关管的第二端与电源连接；

所述第一个电流镜中第二个开关管的第一端与电源连接，所述第一个电流镜中第二个开关管的第二端与第二个电流镜中第一个开关管的第一端连接，所述第二个电流镜中第一个开关管的第二端与地连接；

所述第二个电流镜中第二个开关管的第一端与所述电压转换单元的第一端连接，所述第二个电流镜中第二个开关管的第二端与地连接。

7.根据权利要求6所述的可变增益放大器，其特征在于，

所述第一个电流镜中的开关管为P型金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第二个电流镜中的开关管为双极结型晶体管。

8.根据权利要求6所述的可变增益放大器，其特征在于，

所述第一个电流镜中两个开关管的沟道宽长比相同；

所述第二个电流镜中两个开关管的沟道宽长比相同。

9.根据权利要求6所述的可变增益放大器，其特征在于，所述电压转换单元包括三个串联的转换电阻，其中：

所述三个串联的转换电阻与所述第二个电流镜中的第二个开关管串联；

在第一个转换电阻的第一端，以及第二个转换电阻和第三个转换电阻之间输出所述差分控制信号。

10.根据权利要求9所述的可变增益放大器，其特征在于，

所述三个串联的转换电阻的阻值相等。

Images