CN115940852A - 低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法 - Google Patents

低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115940852A
CN115940852A CN202111108311.6A CN202111108311A CN115940852A CN 115940852 A CN115940852 A CN 115940852A CN 202111108311 A CN202111108311 A CN 202111108311A CN 115940852 A CN115940852 A CN 115940852A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
circuit
common
gate
transistor
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
Application number
CN202111108311.6A
Other languages
English (en)
Inventor
刘易
王勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanechips Technology Co Ltd
Original Assignee
Sanechips Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanechips Technology Co Ltd filed Critical Sanechips Technology Co Ltd
Priority to CN202111108311.6A priority Critical patent/CN115940852A/zh
Priority to PCT/CN2022/081854 priority patent/WO2023045283A1/zh
Priority to US18/694,227 priority patent/US20240322772A1/en
Publication of CN115940852A publication Critical patent/CN115940852A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • 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
    • H03F1/08—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • H03F1/223—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively with MOSFET's
    • 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
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183—Long tailed pairs
    • H03F3/45188—Non-folded cascode stages
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0017—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
    • H03G1/0029—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier using FETs
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G2201/00—Indexing scheme relating to subclass H03G
    • H03G2201/10—Gain control characterised by the type of controlled element
    • H03G2201/103—Gain control characterised by the type of controlled element being an amplifying element
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G2201/00—Indexing scheme relating to subclass H03G
    • H03G2201/30—Gain control characterized by the type of controlled signal
    • H03G2201/307—Gain control characterized by the type of controlled signal being radio frequency signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H04B2001/0408—Circuits with power amplifiers
    • H04B2001/045—Circuits with power amplifiers with means for improving efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法，上述低相移可变增益放大器包括：差分共源共栅放大电路，差分共源共栅放大电路包括共源级晶体管与共栅级晶体管，其中，共源级晶体管的栅级通过目标电阻连接到第一偏置电压，共栅级晶体管的栅级连接到第二偏置电压；电流舵结构，电流舵结构的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，电流舵结构输出的第三电流信号用于调整差分共源共栅放大电路的增益，增益表示差分共源共栅放大电路的输出信号相对于输入信号的增益；相位补偿电路，相位补偿电路的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，相位补偿电路中的可变电容的补偿电容值是根据第三电流信号确定的电容值。

Description

低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法
技术领域
本发明实施例涉及电子集成电路技术领域，具体而言，涉及一种低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法。
背景技术
随着新一代通信技术的发展，波束扫描和波束赋形成为通信收发前端研究的热点。可变增益放大器是波束能进行形状变化的关键器件，通过严格控制增益变化时所附加的相位波动，来防止相移对波束扫描和赋形精准度的影响。所以如何减少可变增益放大器在增益变化时所带来的相位变化是该电路设计的难点。
从目前业界已有的研究成果来看，抑制可变增益放大器相位变化的方法可统称为补偿法。相关技术中，提供了一种7位数控电流舵可变增益放大器，采用单级差分共源共栅结构，通过串联一个电感来减少相移和提高增益，但是电感的使用会导致版图面积增加，除外相移消除的效果也并不理想。此外，还提供了一种两级结构的可变增益放大器，通过在第二级放大器的输出端增加反相补偿电路，使第一级和第二级放大器在增益变化时其相位变化是互补的，从而使整个电路的附加相移维持在一个小范围波动。同样，另一种两级结构的可变增益放大器，通过在前后两级放大器增加对相位有补偿作用的枝节电路来减小电流舵电路中开启或关断不同尺寸的共栅放大器所带来的相位波动。上述的两种采用两级结构来相互补偿以实现减小可变增益放大器附加相移的方法虽然有效，但是由于采用两级级联结构，不仅会额外增加级间阻抗匹配的设计工作还会导致版图尺寸增加和过大的功耗，并且无法严格控制增益变化时所附加的相位波动，使得相移对波束扫描和赋形精准度影响较大。
针对相关技术中，可变增益放大器在解决相位变化大时，确定出的可变增益放大器对应的版图尺寸过大以及功耗高等问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法，以至少解决相关技术中可变增益放大器在解决相位变化大时，确定出的可变增益放大器对应的版图尺寸过大以及功耗高等问题的技术方案。
根据本发明的一个实施例，提供了一种低相移可变增益放大器，包括：差分共源共栅放大电路，所述差分共源共栅放大电路包括共源级晶体管与共栅级晶体管，其中，所述共源级晶体管的栅级通过目标电阻连接到第一偏置电压，所述第一偏置电压用于将所述共源级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度固定的第一电流信号，所述共栅级晶体管的栅级连接到第二偏置电压，所述第二偏置电压用于将所述共栅级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度可变的第二电流信号，所述第一电流信号的幅度大于等于所述第二电流信号的幅度；电流舵结构，所述电流舵结构的一端连接在所述共源级晶体管和所述共栅级晶体管之间，所述电流舵结构输出的第三电流信号用于调整所述差分共源共栅放大电路的增益，所述增益表示所述差分共源共栅放大电路的输出信号相对于输入信号的增益；相位补偿电路，所述相位补偿电路的一端连接在所述共源级晶体管和所述共栅级晶体管之间，所述相位补偿电路中的可变电容的补偿电容值是根据所述第三电流信号确定的电容值，其中，所述可变电容用于在所述第三电流信号调整所述差分共源共栅放大电路的增益时，减小产生的所述第二电流信号的相位偏移。
在一个示例性实施例中，上述方法还包括：所述相位补偿电路获取所述电流舵结构输出的所述第三电流信号；在所述第三电流信号增大的情况下，增大所述相位补偿电路中可变电容的容值；在所述第三电流信号减小的情况下，减小所述相位补偿电路中可变电容的容值。
在一个示例性实施例中，上述差分共源共栅放大电路中共源级晶体管的栅级与输入阻抗匹配电路的输出端相连，用于接收通过所述输入阻抗匹配电路进行带宽阻抗匹配后得到的输入信号，其中，所述带宽阻抗匹配用于指示将射频信号的单端信号转化为差分信号。
在一个示例性实施例中，上述差分共源共栅放大电路中共栅级晶体管的漏级与输出阻抗匹配电路的输入端相连，用于将通过所述差分共源共栅放大电路处理后得到的输出信号通过所述输出阻抗匹配电路进行输出。
在一个示例性实施例中，所述输入阻抗匹配电路和所述输出阻抗匹配电路采用在变压器结构中并联电容的四阶谐振电路。
在一个示例性实施例中，上述电流舵结构包括N组不同宽长比的共栅级晶体管，用于根据所述不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态确定输出的所述第三电流，其中，所述N为大于等于4的正整数，所述宽长比用于指示组成所述电流舵结构的共栅级晶体管对应栅级的栅宽与栅长的比值。
在一个示例性实施例中，上述N组不同宽长比的共栅级晶体管的漏极相互串联连接目标电压。
在一个示例性实施例中，上述N组不同宽长比的共栅级晶体管中每一个共栅级晶体管的栅极对应一位数字信号，其中，所述数字信号用于指示电流舵结构中N组不同宽长比的共栅级晶体管中每一个共栅级晶体管在同一时间点的运行状态。
在一个示例性实施例中，上述方法还包括：在所述N取值为4的情况下，所述电流舵结构的对应控制所述差分共源共栅放大电路的增益衰减的变化范围为0dB-7.5dB，其中，所述增益衰减的衰减步进为0.5dB。
在一个示例性实施例中，上述相位补偿电路中的可变电容包括以下至少之一：可调电容、源漏短路的晶体管。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种射频信号的处理方法，包括：所述差分共源共栅放大电路接收所述输入阻抗匹配电路的输出端发送的通过宽带阻抗匹配后得到的差分信号；获取N位数字信号确定所述电流舵结构中的N组不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态，以根据所述运行状态确定对所述差分信号进行调整的第三电流信号；根据所述第三电流信号对所述差分信号进行增益，得到输出信号；将所述输出信号发送至所述输出阻抗匹配电路的输入端，以通过所述输出阻抗匹配电路的输出端输出经过所述低相移可变增益放大器处理后的目标射频信号。
在一个示例性实施例中，获取N位数字信号确定所述电流舵结构中的N组不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态，以根据所述运行状态确定对所述差分信号进行调整的第三电流信号之后，上述方法还包括:根据所述第三电流信号的大小确定所述相位补偿电路待补偿的目标电容值；使用所述目标电容值对所述差分共源共栅放大电路进行相位补偿，减小产生的所述第二电流信号的相位偏移。
通过本发明，差分共源共栅放大电路，差分共源共栅放大电路包括共源级晶体管与共栅级晶体管，其中，共源级晶体管的栅级通过目标电阻连接到第一偏置电压，第一偏置电压用于将共源级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度固定的第一电流信号，共栅级晶体管的栅级连接到第二偏置电压，第二偏置电压用于将共栅级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度可变的第二电流信号，第一电流信号的幅度大于等于第二电流信号的幅度；电流舵结构，电流舵结构的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，电流舵结构输出的第三电流信号用于调整差分共源共栅放大电路的增益，增益表示差分共源共栅放大电路的输出信号相对于输入信号的增益；相位补偿电路，相位补偿电路的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，相位补偿电路中的可变电容的补偿电容值是根据第三电流信号确定的电容值，其中，可变电容用于在第三电流信号调整差分共源共栅放大电路的增益时，减小产生的第二电流信号的相位偏移。也就是说，通过在可变增益放大电路中引入可调电容作为相位补偿电路，显著降低了放大电路在不同增益状态切换时的相移波动，克服了传统电流舵可变增益放大器相位变化大的问题，并且由于差分共源共栅结构，具有电路结构设计简单、模块版图面积小和功耗低的优势，进而减少了额外增加级间阻抗匹配的设计工作以及版图尺寸增加和过大的功耗现象的发生。采用上述技术方案，解决了相关技术中，可变增益放大器在解决相位变化大时，确定出的可变增益放大器对应的版图尺寸过大以及功耗高等问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例的低相移可变增益放大器的结构示意图；
图2是根据本发明可选实施例的低附加相移可变增益放大器的电路图；
图3是根据本发明可选实施例的共源共栅放大器的单边电路所对应的小信号等效电路示意图；
图4是根据本发明可选实施例的不同增益状态的相位曲线和相移误差的示意图；
图5是根据本发明可选实施例的不同状态下的增益曲线的示意图；
图6是根据本发明实施例的射频信号的处理方法的流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在本实施例中提供了一种运行于上述芯片的低相移可变增益放大器，图1是根据本发明实施例的低相移可变增益放大器的结构示意图，如图1所示，该低相移可变增益放大器包括如下电路：
差分共源共栅放大电路22，所述差分共源共栅放大电路包括共源级晶体管与共栅级晶体管，其中，所述共源级晶体管的栅级通过目标电阻连接到第一偏置电压，所述第一偏置电压用于将所述共源级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度固定的第一电流信号，所述共栅级晶体管的栅级连接到第二偏置电压，所述第二偏置电压用于将所述共栅级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度可变的第二电流信号，所述第一电流信号的幅度大于等于所述第二电流信号的幅度；
电流舵结构24，所述电流舵结构的一端连接在所述共源级晶体管和所述共栅级晶体管之间，所述电流舵结构输出的第三电流信号用于调整所述差分共源共栅放大电路的增益，所述增益表示所述差分共源共栅放大电路的输出信号相对于输入信号的增益；
相位补偿电路26，所述相位补偿电路的一端连接在所述共源级晶体管和所述共栅级晶体管之间，所述相位补偿电路中的可变电容的补偿电容值是根据所述第三电流信号确定的电容值，其中，所述可变电容用于在所述第三电流信号调整所述差分共源共栅放大电路的增益时，减小产生的所述第二电流信号的相位偏移。
通过上述结构，差分共源共栅放大电路，差分共源共栅放大电路包括共源级晶体管与共栅级晶体管，其中，共源级晶体管的栅级通过目标电阻连接到第一偏置电压，第一偏置电压用于将共源级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度固定的第一电流信号，共栅级晶体管的栅级连接到第二偏置电压，第二偏置电压用于将共栅级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度可变的第二电流信号，第一电流信号的幅度大于等于第二电流信号的幅度；电流舵结构，电流舵结构的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，电流舵结构输出的第三电流信号用于调整差分共源共栅放大电路的增益，增益表示差分共源共栅放大电路的输出信号相对于输入信号的增益；相位补偿电路，相位补偿电路的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，相位补偿电路中的可变电容的补偿电容值是根据第三电流信号确定的电容值，其中，可变电容用于在第三电流信号调整差分共源共栅放大电路的增益时，减小产生的第二电流信号的相位偏移。也就是说，通过在可变增益放大电路中引入可调电容作为相位补偿电路，显著降低了放大电路在不同增益状态切换时的相移波动，克服了传统电流舵可变增益放大器相位变化大的问题，并且由于差分共源共栅结构，具有电路结构设计简单、模块版图面积小和功耗低的优势，进而减少了额外增加级间阻抗匹配的设计工作以及版图尺寸增加和过大的功耗现象的发生。采用上述技术方案，解决了相关技术中，可变增益放大器在解决相位变化大时，确定出的可变增益放大器对应的版图尺寸过大以及功耗高等问题。
在一个示例性实施例中，上述方法还包括：所述相位补偿电路获取所述电流舵结构输出的所述第三电流信号；在所述第三电流信号增大的情况下，增大所述相位补偿电路中可变电容的容值；在所述第三电流信号减小的情况下，减小所述相位补偿电路中可变电容的容值。
在一个示例性实施例中，上述差分共源共栅放大电路中共源级晶体管的栅级与输入阻抗匹配电路的输出端相连，用于接收通过所述输入阻抗匹配电路进行带宽阻抗匹配后得到的输入信号，其中，所述带宽阻抗匹配用于指示将射频信号的单端信号转化为差分信号。
在一个示例性实施例中，上述差分共源共栅放大电路中共栅级晶体管的漏级与输出阻抗匹配电路的输入端相连，用于将通过所述差分共源共栅放大电路处理后得到的输出信号通过所述输出阻抗匹配电路进行输出。
在一个示例性实施例中，所述输入阻抗匹配电路和所述输出阻抗匹配电路采用在变压器结构中并联电容的四阶谐振电路。
在一个示例性实施例中，上述电流舵结构包括N组不同宽长比的共栅级晶体管，用于根据所述不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态确定输出的所述第三电流，其中，所述N为大于等于4的正整数，所述宽长比用于指示组成所述电流舵结构的共栅级晶体管对应栅级的栅宽与栅长的比值。
在一个示例性实施例中，上述N组不同宽长比的共栅级晶体管的漏极相互串联连接目标电压。
在一个示例性实施例中，上述N组不同宽长比的共栅级晶体管中每一个共栅级晶体管的栅极对应一位数字信号，其中，所述数字信号用于指示电流舵结构中N组不同宽长比的共栅级晶体管中每一个共栅级晶体管在同一时间点的运行状态。
需要说明的是,上述的N组不同宽长比的晶体管为相同类型的晶体管，仅是晶体管对应的宽长比成的整数倍增加，具体的，例如，当N组晶体管以1x为基准，则第二组晶体管的宽长比是第一组晶体管的2倍，第三组晶体管的宽长比是第一组晶体管的3倍等，当N组晶体管以2x为基准，则第二组晶体管的宽长比是第一组晶体管的2倍，第三组晶体管的宽长比是第一组晶体管的4倍等，本发明对此不做过多限定。
在一个示例性实施例中，上述方法还包括：在所述N取值为4的情况下，所述电流舵结构的对应控制所述差分共源共栅放大电路的增益衰减的变化范围为0dB-7.5dB，其中，所述增益衰减的衰减步进为0.5dB。
作为一种可选的实施方式，当N取值为4时，差分共源共栅放大电路对应的电流舵结构的控制信号为4位控制电平，通过0值1的变化，对电流舵结构中的不同宽长比的晶体管进行开启或者关断，当4位控制电平为0000时，对应4个不同宽长比的相同类型的晶体管均被关断，此时，差分共源共栅放大电路的增益最大为7.5dB，当4位控制电平为1111时，对应4个不同宽长比的相同类型的晶体管均被开启，此时，差分共源共栅放大电路的增益最小为0dB，进而通过0000至1111的数位变化，控制位实现总的增益变化量为7.5dB，并且每一位数位的变化对应的衰减步进位0.5dB。
在一个示例性实施例中，上述相位补偿电路中的可变电容包括以下至少之一：可调电容、源漏短路的晶体管。
为了更好的理解上述低相移可变增益放大器，以下结合可选实施例对上述技术方案进行说明，但不用于限定本发明实施例的技术方案。
本发明可选实施例提供了一种引入电容补偿技术的低相移可变增益放大器，包括单级差分共源共栅放大器、电流舵、相位补偿电容和输入输出阻抗匹配电路，通过引入可调电容来补偿电流舵增益切换时所导致的相位波动，实现较低的附加相移，克服了传统电流舵可变增益放大器相位变化大的问题。同时，采用基于电流舵的单级差分共源共栅结构，具有电路结构设计简单、模块版图面积小和功耗低的优势。本发明可选实施例可用于微波毫米波通信以及雷达系统中，具有电路结构简单、增益线性变化、附加相位变化小以及功耗较低等优势。
需要说明的是，上述低相移可变增益放大器还可以应用到如下场景中，5G手机射频前端芯片、相控阵雷达接收前端芯片、K-Ka波段基站接收前端芯片或组件、汽车雷达接收前端芯片或组件、其他射频毫米波前端芯片或组件等。
作为一种可选的实施方式，如图2所示，为了本发明可选实施例的低附加相移可变增益放大器包括变压器构成的输入端阻抗匹配电路1、差分共源共栅放大电路2、一组不同尺寸晶体管组成的电流舵结构3、相位补偿电容4、变压器构成的输出端阻抗匹配电路5。输入端阻抗匹配电路1和输出端阻抗匹配电路5采用变压器结构12、52，通过在变压器12、52的输入端并联一个电容11、51，在输出端并联一个电容13、53构成一个四阶谐振电路实现宽带阻抗匹配。
进一步的，差分共源共栅放大电路2由一对差分共源级晶体管22和一对差分共栅级晶体管21串联组成，具有高输出阻抗和输入输出屏蔽特性；输入端阻抗匹配电路1的两路差分信号分别与差分共源共栅放大电路的共源级晶体管22的栅级相连，作为射频信号输入；在共源级晶体管22的栅级通过并联一个电阻23给定偏置电压使共源级晶体管22导通并工作在饱和状态。
进一步的，电流舵结构3由四组不同尺寸的共栅放大器31组成，构成控制增益衰减单元，实现7.5dB的增益衰减，衰减步进为0.5dB；四组共栅放大器的漏级相互连接在一起，并统一接VDD电源；四组共栅放大器的栅级输入数字控制电平，通过控制开启或关断不同尺寸的共栅放大器31来实现增益变化，具体实现为数字控制电平为高电平时共栅放大器31为开启状态，低电平时为关断状态；此外通过增加滤波电容32以防止交流耦合信号进入偏置电路。
进一步的，相位补偿电容41为容值可调电容，或者用漏级和源级短路的晶体管来代替也能实现容值可变的效果。通过使每个增益衰减状态配对不同的容值来补偿增益变化所导致的相位变化。
需要说明的是，上述输入阻抗匹配电路(1)和输出阻抗匹配电路(5)采用变压器结构(12、52)，通过在变压器(12、52)的输入端并联一个电容(11、51)，在输出端并联一个电容(13、53)构成一个四阶谐振电路实现宽带阻抗匹配；上述差分共源共栅放大电路(2)由共源级晶体管(22)和共栅级晶体管(21)串联组成，具有高输出阻抗和输入输出屏蔽特性；上述电流舵结构(3)由四组不同尺寸的共栅放大器(31)组成的基本增益衰减单元构成，通过数字控制电流舵电路开启或关断不同尺寸的共栅级晶体管(31)来实现增益变化，此外通过增加滤波电容(32)以防止交流耦合信号进入偏置电路；上述的相位补偿电容(41)为容值可调电容，针对不同的增益衰减状态来调节一个合适的电容值以实现补偿增益变化所导致的相位变化。
可选的，上述输入阻抗匹配电路(1)的两路差分信号分别与差分共源共栅放大电路(2)的共源级晶体管(22)的栅级相连，作为射频信号输入。
可选的，上述差分共源共栅放大电路(2)由共源级晶体管(22)与共栅级晶体管(21)串联构成；在共源级晶体管(22)的栅级通过并联一个电阻(23)给定偏置电压。
可选的，上述电流舵结构(3)采用四组不同宽长比的晶体管(31)来实现7.5dB的增益衰减，衰减步进为0.5dB。
可选的，上述电流舵结构(3)采用4组但不限制于4组的晶体管(31)的结构。
可选的，上述相位补偿电路(4)并联在电流舵(3)和差分共源共栅放大器(2)相连的节点处，其相位补偿电容(41)在不同的增益衰减状态下通过给定不同电压以呈现出不同的电容值实现补偿增益变化时导致的相位变化。
可选的，上述相位补偿电容(41)为可调电容或源漏短路的晶体管。
作为一种可选的实施方式，图3为本发明可选实施例的共源共栅放大器的单边电路所对应的小信号等效电路示意图；
如图3所示，通过给出差分共源共栅放大电路的单边电路及其小信号模型来分析本发明具体的工作原理。为了能清楚的反映放大器的频率特性，因此把晶体管M1、M2、M3的栅源电容Cgs、栅漏电容Cgd和漏源电容Cds也考虑进去。射频信号从晶体管M1的栅级输入，通过给定偏置电压Vb1使流过晶体管M1的漏级电流为I1；同样，在晶体管M2的栅级也给定偏置电压Vb2使流过晶体管M2的漏级电流为I2。Vc是控制电流舵晶体管M3的控制电压，具体实施为Vc为高电平时晶体管M3为导通，Vc为低电平时晶体管M3为截止。当晶体管M3为开启状态时，流过晶体管M3的漏级电流为I3，漏级电流I3的值跟晶体管M3的尺寸息息相关，因此通过开启不同尺寸的晶体管M3能获得不同的漏电流I3。其中，电流I1、I2和I3具有如下关系：
I2+I3＝I1。
当晶体管M3处于关断状态时，电流I2与I1相等，此时电路增益最大；当电流舵处于开启状态，晶体管M3从小尺寸切换到大尺寸时，电流I3增加，电流I2减少，因此电路增益也随之减少。
电流I1、I2和I3可以用如下式子表示：
I1＝VB·(jωCv+jωCds1)+gm1·Vin+(Vin-VB)·jωCgd1。
I2＝-VA·jωCgs2-gm2·Vx-VA·jωCds2。
I3＝-VA·jωCds3-gm3·Vy-VA·jωCds3。
其中，gm1，gm2，gm3表示晶体管M1、M2、M3的夸导；Cv表示可变电容器容值；Vin表示晶体管M1的栅极电压，Vx、Vy、VA、VB表示节点x点、y点、A点和B点电压。Vx、Vy、VA、VB具有如下关系：
Vx＝kj＝VB＝VB。
因此可以根据I1、I2和I3的关系，列出如下传输函数：
Figure BDA0003273194970000071
其中，Cζ＝Cgd1+Cds1+Cgs2+Cds2+Cds3+Cgs3+Cv。
传输函数的相位特性如下：
Figure BDA0003273194970000081
其相位特性可以看做三个部分的累加，分别用θ1、θ2和θ3表示。在可变增益放大器最大增益和最小增益两种状态下的相位波动表为：
Δθ＝Δθ1+Δθ2+Δθ3。
Figure BDA0003273194970000082
Figure BDA0003273194970000083
Figure BDA0003273194970000084
在增益变化的过程中M1晶体管的夸导保持恒定，所以Δθ1等于零；随着M3晶体管尺寸增加，使得流过M2晶体管的电流I2减少导致M2晶体管夸导gm2减小，所以Δθ2等于零；因此需要不同增益状态下改变可调电容Cv，使其处于合适的值，满足Δθ3大于零，从而得到Δθ2+Δθ3＝0，实现可变增益放大器在最大增益和最小增益下的相位波动为零。
可选的，如图4所示为本发明可选实施例的不同增益状态的相位曲线和相移误差的示意图，本发明可选实施例在24GHz到28GHz范围内，最大相移误差小于3.6度，具有低附加相移的优势。
可选的，如图5所示为本发明可选实施例的不同状态下的增益曲线的示意图；本发明可选实施例在24GHz到28GHz范围内，数字逻辑从0000到1111所控制的增益衰减曲线，由四位控制位实现总的增益变化量为7.5dB，衰减步进位0.5dB。
通过上述技术方案，本发明可选实施例提出一种可变增益放大电路通过引入可调电容作为相位补偿结构，显著降低了放大电路在不同增益状态切换时的相移波动；同时，本发明采用基于电流舵的单级差分共源共栅结构，具有电路结构设计简单、模块版图面积小和功耗低的优势。
在本实施例中还提供了一种射频信号的处理方法，图6是根据本发明实施例的射频信号的处理方法的流程图，如图6所示，该方法包括以下步骤：
步骤S602、所述差分共源共栅放大电路接收所述输入阻抗匹配电路的输出端发送的通过宽带阻抗匹配后得到的差分信号；
步骤S604、获取N位数字信号确定所述电流舵结构中的N组不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态，以根据所述运行状态确定对所述差分信号进行调整的第三电流信号；
步骤S606、根据所述第三电流信号对所述差分信号进行增益，得到输出信号；
步骤S608、将所述输出信号发送至所述输出阻抗匹配电路的输入端，以通过所述输出阻抗匹配电路的输出端输出经过所述低相移可变增益放大器处理后的目标射频信号。
通过本发明，差分共源共栅放大电路，差分共源共栅放大电路包括共源级晶体管与共栅级晶体管，其中，共源级晶体管的栅级通过目标电阻连接到第一偏置电压，第一偏置电压用于将共源级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度固定的第一电流信号，共栅级晶体管的栅级连接到第二偏置电压，第二偏置电压用于将共栅级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度可变的第二电流信号，第一电流信号的幅度大于等于第二电流信号的幅度；电流舵结构，电流舵结构的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，电流舵结构输出的第三电流信号用于调整差分共源共栅放大电路的增益，增益表示差分共源共栅放大电路的输出信号相对于输入信号的增益；相位补偿电路，相位补偿电路的一端连接在共源级晶体管和共栅级晶体管之间，相位补偿电路中的可变电容的补偿电容值是根据第三电流信号确定的电容值，其中，可变电容用于在第三电流信号调整差分共源共栅放大电路的增益时，减小产生的第二电流信号的相位偏移。也就是说，通过在可变增益放大电路中引入可调电容作为相位补偿电路，显著降低了放大电路在不同增益状态切换时的相移波动，克服了传统电流舵可变增益放大器相位变化大的问题，并且由于差分共源共栅结构，具有电路结构设计简单、模块版图面积小和功耗低的优势，进而减少了额外增加级间阻抗匹配的设计工作以及版图尺寸增加和过大的功耗现象的发生。采用上述技术方案，解决了相关技术中，还未能有效实现减少可变增益放大器在增益变化时所带来的相位变化等问题。
在一个示例性实施例中，获取N位数字信号确定所述电流舵结构中的N组不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态，以根据所述运行状态确定对所述差分信号进行调整的第三电流信号之后，上述方法还包括:根据所述第三电流信号的大小确定所述相位补偿电路待补偿的目标电容值；使用所述目标电容值对所述差分共源共栅放大电路进行相位补偿，减小产生的所述第二电流信号的相位偏移。
本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及示例性实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种低相移可变增益放大器，其特征在于，包括：
差分共源共栅放大电路，所述差分共源共栅放大电路包括共源级晶体管与共栅级晶体管，其中，所述共源级晶体管的栅级通过目标电阻连接到第一偏置电压，所述第一偏置电压用于将所述共源级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度固定的第一电流信号，所述共栅级晶体管的栅级连接到第二偏置电压，所述第二偏置电压用于将所述共栅级晶体管输出的漏极电流信号控制为幅度可变的第二电流信号，所述第一电流信号的幅度大于等于所述第二电流信号的幅度；
电流舵结构，所述电流舵结构的一端连接在所述共源级晶体管和所述共栅级晶体管之间，所述电流舵结构输出的第三电流信号用于调整所述差分共源共栅放大电路的增益，所述增益表示所述差分共源共栅放大电路的输出信号相对于输入信号的增益；
相位补偿电路，所述相位补偿电路的一端连接在所述共源级晶体管和所述共栅级晶体管之间，所述相位补偿电路中的可变电容的补偿电容值是根据所述第三电流信号确定的电容值，其中，所述可变电容用于在所述第三电流信号调整所述差分共源共栅放大电路的增益时，减小产生的所述第二电流信号的相位偏移。
2.根据权利要求1所述的低相移可变增益放大器，其特征在于，所述方法还包括：
所述相位补偿电路获取所述电流舵结构输出的所述第三电流信号；
在所述第三电流信号增大的情况下，增大所述相位补偿电路中可变电容的容值；
在所述第三电流信号减小的情况下，减小所述相位补偿电路中可变电容的容值。
3.根据权利要求1所述的低相移可变增益放大器，其特征在于，所述差分共源共栅放大电路中共源级晶体管的栅级与输入阻抗匹配电路的输出端相连，用于接收通过所述输入阻抗匹配电路进行带宽阻抗匹配后得到的输入信号，其中，所述带宽阻抗匹配用于指示将射频信号的单端信号转化为差分信号。
4.根据权利要求1所述的低相移可变增益放大器，其特征在于，所述差分共源共栅放大电路中共栅级晶体管的漏级与输出阻抗匹配电路的输入端相连，用于将通过所述差分共源共栅放大电路处理后得到的输出信号通过所述输出阻抗匹配电路进行输出。
5.根据权利要求3-4任意一项所述的低相移可变增益放大器，其特征在于,所述输入阻抗匹配电路和所述输出阻抗匹配电路采用在变压器结构中并联电容的四阶谐振电路。
6.根据权利要求1所述的低相移可变增益放大器，其特征在于,所述电流舵结构包括N组不同宽长比的共栅级晶体管，用于根据所述不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态确定输出的所述第三电流，其中，所述N为大于等于4的正整数，所述宽长比用于指示组成所述电流舵结构的共栅级晶体管对应栅级的栅宽与栅长的比值。
7.根据权利要求6所述的低相移可变增益放大器，其特征在于,所述N组不同宽长比的共栅级晶体管的漏极相互串联连接目标电压。
8.根据权利要求6所述的低相移可变增益放大器，其特征在于,所述N组不同宽长比的共栅级晶体管中每一个共栅级晶体管的栅极对应一位数字信号，其中，所述数字信号用于指示电流舵结构中N组不同宽长比的共栅级晶体管中每一个共栅级晶体管在同一时间点的运行状态。
9.根据权利要求6所述的低相移可变增益放大器，其特征在于,所述方法还包括：
在所述N取值为4的情况下，所述电流舵结构的对应控制所述差分共源共栅放大电路的增益衰减的变化范围为0dB-7.5dB，其中，所述增益衰减的衰减步进为0.5dB。
10.根据权利要求7所述的低相移可变增益放大器，其特征在于,所述相位补偿电路中的可变电容包括以下至少之一：可调电容、源漏短路的晶体管。
11.一种射频信号的处理方法，其特征在于，应用于权利要求1至10任一项所述的低相移可变增益放大器，所述方法包括：
所述差分共源共栅放大电路接收所述输入阻抗匹配电路的输出端发送的通过宽带阻抗匹配后得到的差分信号；
获取N位数字信号确定所述电流舵结构中的N组不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态，以根据所述运行状态确定对所述差分信号进行调整的第三电流信号；
根据所述第三电流信号对所述差分信号进行增益，得到输出信号；
将所述输出信号发送至所述输出阻抗匹配电路的输入端，以通过所述输出阻抗匹配电路的输出端输出经过所述低相移可变增益放大器处理后的目标射频信号。
12.根据权利要求11所述的射频信号的处理方法，其特征在于,获取N位数字信号确定所述电流舵结构中的N组不同宽长比的共栅级晶体管的运行状态，以根据所述运行状态确定对所述差分信号进行调整的第三电流信号之后，所述方法还包括:
根据所述第三电流信号的大小确定所述相位补偿电路待补偿的目标电容值；
使用所述目标电容值对所述差分共源共栅放大电路进行相位补偿，减小产生的所述第二电流信号的相位偏移。
CN202111108311.6A 2021-09-22 2021-09-22 低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法 Pending CN115940852A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111108311.6A CN115940852A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法
PCT/CN2022/081854 WO2023045283A1 (zh) 2021-09-22 2022-03-19 低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法
US18/694,227 US20240322772A1 (en) 2021-09-22 2022-03-19 Low-Phase-Shift Variable-Gain Amplifier and Method for Processing Radio Frequency Signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111108311.6A CN115940852A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115940852A true CN115940852A (zh) 2023-04-07

Family

ID=85719972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111108311.6A Pending CN115940852A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240322772A1 (zh)
CN (1) CN115940852A (zh)
WO (1) WO2023045283A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116455335A (zh) * 2023-06-16 2023-07-18 微龛(广州)半导体有限公司 可编程增益放大器、模数转换器及芯片
CN116886061A (zh) * 2023-09-06 2023-10-13 成都通量科技有限公司 一种低附加相移的单端可变增益放大器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240063758A1 (en) * 2022-08-22 2024-02-22 Apple Inc. Radio-frequency Amplifier Circuitry with Improved Transmit and Receive Performance
CN117439556B (zh) * 2023-12-22 2024-03-05 成都天成电科科技有限公司 一种共源共栅放大器电路及电路版图

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102045028B (zh) * 2011-01-04 2012-09-19 东南大学 一种增益可调低噪声放大器
CN110311636B (zh) * 2019-06-29 2023-05-30 复旦大学 应用于包络跟踪电源调制器的高带宽高摆幅线性放大器
CN112865799B (zh) * 2020-12-31 2024-10-01 瑞声科技（南京）有限公司 一种优化电流舵DAC的sigma-delta ADC调制器及电子设备
CN113328712B (zh) * 2021-05-27 2022-06-14 华南理工大学 一种可变增益线性功率放大器及芯片

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116455335A (zh) * 2023-06-16 2023-07-18 微龛(广州)半导体有限公司 可编程增益放大器、模数转换器及芯片
CN116455335B (zh) * 2023-06-16 2023-08-22 微龛(广州)半导体有限公司 可编程增益放大器、模数转换器及芯片
CN116886061A (zh) * 2023-09-06 2023-10-13 成都通量科技有限公司 一种低附加相移的单端可变增益放大器
CN116886061B (zh) * 2023-09-06 2023-11-28 成都通量科技有限公司 一种低附加相移的单端可变增益放大器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023045283A1 (zh) 2023-03-30
US20240322772A1 (en) 2024-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115940852A (zh) 低相移可变增益放大器、射频信号的处理方法
JP4224045B2 (ja) 可変利得増幅器
CN111434031A (zh) 功率放大器电路
US20060139094A1 (en) Semiconductor integrated circuit for high frequency power amplifier, electronic component for high frequency power amplifier, and radio communication system
CN106921346B (zh) 高线性度宽带上混频器
CN103534940A (zh) 正反馈共栅极低噪声放大器
KR102133926B1 (ko) 낮은 위상 변화를 갖는 광대역 가변 이득 증폭기
US20060022748A1 (en) Variable gain amplifier circuit and radio machine
CN113728550A (zh) 一种可变增益放大器及相控阵收发机
CN113328729B (zh) 一种具有温度工艺角误差补偿功能的无源数控衰减器
US7161406B1 (en) Method and apparatus for providing non 2:1 Gilbert cell mixer
CN108900167B (zh) 阻抗补偿电路及功率放大补偿电路
JP5239451B2 (ja) 差動単相変換回路
US11777454B1 (en) Bias circuit for radio frequency power amplifier
CN112106296B (zh) 一种放大器、放大电路及移相器
CN111478671A (zh) 一种应用于Sub-GHz频段的新型低噪声放大器
US6411801B1 (en) Double balanced active mixer
CN112865734A (zh) 一种可变增益放大器和设备
KR101590605B1 (ko) 무선 송수신기용 선형 전력증폭기
CN116094468B (zh) 一种低噪声放大器以及一种超宽带接收机
CN114070203B (zh) 一种宽带上变频混频器
JPH0828620B2 (ja) 可変利得増幅器
CN112737532B (zh) 一种高增益精度低附加相移的可变增益放大器
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
CN115882794A (zh) 一种功率放大电路、功率放大器及发射机

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
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Country or region after: China

Address after: 518055, 2nd Floor, ZTE Industrial Park, No. 2 Chuangyan Road, Xili Community, Xili Street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province, China

Applicant after: SANECHIPS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 518055 Zhongxing Industrial Park, Liuxian Avenue, Xili street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant before: SANECHIPS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region before: China