CN116032230A - 可变增益放大电路及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变增益放大电路，其包括放大主电路、偏置电路以及调节电路。偏置电路设置于放大主电路的输入侧。调节电路电性连接于放大主电路的信号输入端，调节电路为阻抗可变的输入信号调节支路；基于输入信号幅度的变化，改变调节电路的阻抗以改变流经调节电路的输入信号分量，调整输入至放大主电路的信号幅度以实现增益调整。

Description

可变增益放大电路及接收机

技术领域

本发明涉及无线通信领域，且特别涉及一种可变增益放大电路及接收机。

背景技术

随着通信技术的发展，高频、宽带、高动态范围的应用技术方案变得越来越重要，如WIFI6，5G通信，UWB等宽带通信方式已经进入了人们的生活当中。但是，随着通信系统越来越多元化，各个系统之间的影响越来越大，对通信电路的要求越来越高，传统的增益调整技术已经变得越来越不能满足通信系统的要求。

传统的增益调整方案对模块及系统的影响较大，在增益调整的同时，模块及系统的其它性能参数也将同步改变。通常的方案在降低增益的同时，也会带来系统的噪声增加或者输出线性度下降等不好的影响。通信系统要求在获得高动态范围的同时，还需要满足系统的噪声、带外抑制以及线性度等性能要求。而要想获得好的噪声和带外抑制又需要在进行增益调整时尽可能的不影响模块在最高性能模式下的性能。这一矛盾在传统增益调整技术中很难兼顾，从而对系统的性能造成很大的影响；尤其是在有干扰信号的情况下，由于增益降低的非常大(有些情况下通常为负的增益)，会大大恶化系统的噪声。

发明内容

本发明为了克服现有技术的至少一个不足，提供一种在增益调整时能兼顾系统性能的可变增益放大电路。

为了实现上述目的，本发明提供一种可变增益放大电路，其包括放大主电路、偏置电路以及调节电路。偏置电路设置于放大主电路的输入侧。调节电路电性连接于放大主电路的信号输入端，调节电路为阻抗可变的输入信号调节支路；基于输入信号幅度的变化，改变调节电路的阻抗以改变流经调节电路的输入信号分量，调整加载至放大主电路的信号幅度。

根据本发明的一实施例，偏置电路为放大主电路提供直流偏置电流，调节电路包括可变阻抗元件和电容，可变阻抗元件的一端连接于信号输入端，其另一端分别连接偏置电路的输出和电容的一端，电容的另一端短路到底。

根据本发明的一实施例，偏置电路的输出和可变阻抗元件的一端之间串联有隔离元件，隔离元件隔离直流的偏置电路和交流的调节电路。

根据本发明的一实施例，所述可变阻抗元件包括由多个电阻和多个开关所组成的可变电阻阵列，多个开关将一个或多个电阻接入调节电路以改变调节电路的阻抗。

根据本发明的一实施例，可变电阻阵列中，每一电阻与对应的开关串联后形成一阻抗调整支路，多个阻抗支路并联以形成可变电阻阵列。

根据本发明的一实施例，可变电阻阵列中，多个电阻串联连接，多个开关逐级并联于多个串联的电阻，将一个或多个电阻切出调节电路。

根据本发明的一实施例，可变增益放大电路还包括连接于放大主电路输出端的负载电路，负载电路为RLC调整阵列。

根据本发明的一实施例，放大主电路为共源共栅放大电路，其包括共源管和共栅管，信号输入端接入共源管的栅极，信号输出端电性连接于共栅管的漏极。

另一方面，本发明还提供一种接收机，其包括上述可变增益放大电路。

综上所述，本发明提供的可变增益放大电路及接收机中，偏置电路为放大主电路提供合适的工作点以确保放大主电路能处于正常的放大状态且具有优异的噪声性能。当输入信号幅度较大时，通过调整调节电路的阻抗以使输入信号部分经调节电路进行分流，从而使得加载到放大主电路输入端的信号被有效降低，输出信号的幅度得到很好的控制，实现增益的调整。于此同时，输入至主放大电路信号的降低还有效避免了放大主电路进入饱和状态，放大主电路仍能处于很好的工作状态，在大信号的情况下仍然能够获得较好的线性度。即本发明提供的可变增益放大电路在实现增益调整的同时仍旧可以保持高线性度和噪声性能，很好的解决了现有增益调整技术中增益调整与噪声、线性度等性能之间的矛盾。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为现有通信系统中增益可调的放大模块的结构示意图。

图2所示为本发明一实施例提供的可变增益放大电路的原理框图。

图3所示为本发明一实施例提供的可变增益放大电路的电路原理图。

图4所示为图3中可变阻抗元件的原理图。

图5所示为本发明另一实施例中可变阻抗元件的原理图。

具体实施方式

图1所示为现有通信系统中增益可调的放大模块的结构示意图。在图1中放大器的输出端连接有负载RLC阵列，通过调整负载RLC阵列的输出阻抗的大小来改变该增益调整模块的增益；当输入信号较大时，通信系统提示需要降低负载RLC阵列的阻抗，从而降低该模块的增益。由于该增益调整方法直接作用于放大器输出端的负载RLC阵列，故该增益调整方案可以获得较好的噪声性能；但此时放大模块的输入侧仍然需要承受较大的输入信号幅度，故对输入线性度的提升非常有限。此外，负载阻抗的降低还会随之带来输出线性度恶化的问题。目前市面上也出现了一些采用偏置电路来对增益进行调整，即通过改变偏置条件来实现增益调整。该调整方案中，当偏置电流较大时，放大模块具有高的增益，其可获得优异的增益和噪声性能，但其线性度性能较差。当信号较强时，通信系统需要进行增益控制，其通过降低该偏置电流来获得好的线性度性能，但是会随之带来噪声性能下降的问题。即现有增益调整方案中，增益调整始终会带来系统性能的影响，很难实现两者的兼容。

有鉴于此，本实施例提供一种可变增益放大电路，其包括放大主电路10、偏置电路20以及调节电路30。偏置电路20设置于放大主电路10的输入侧。调节电路30电性连接于放大主电路10的信号输入端input，调节电路30为阻抗可变的输入信号调节支路；基于输入信号幅度的变化，改变调节电路30的阻抗以改变流经调节电路30的输入信号分量，调整输入至放大主电路10的信号幅度以改变输出信号幅度，从而实现放大主电路增益的调整。

本实施例的可变增益放大电路中，偏置电路20为放大主电路10提供合适的工作点以使其处于放大状态且具有优异的噪声性能。当输入信号较大时，通过降低调节电路30的阻抗，输入信号一部分分流至调节电路30，使得加载至放大主电路10内放大管的信号得到降低。放大管不会因大信号输入而进入饱和状态，放大管仍然可以处于很好的放大工作状态，从而具有很好的输入线性度且该阻抗的调整不会对放大主电路的噪声、带外抑制以及输出线性度等其它特性造成任何影响，实现增益调整和优异系统性能的兼顾。

于本实施例中，偏置电路20为放大主电路10提供偏置电流，其包括电流源I1和偏置晶体管M3。电流源I1连接于偏置晶体管M3的漏极，偏置晶体管M3的源极接地，其栅极连接至漏极后作为偏置电路20的输出，为放大主电路10提供镜像电流。调节电路30包括可变阻抗元件31和电容C1，可变阻抗元件31的一端连接于信号输入端Input，其另一端分别连接偏置电路20的输出和电容C1的一端，电容C1的另一端短路到底。放大主电路10为共源共栅放大电路，其包括共源管M1和共栅管M2，信号输入端Input接入共源管M1的栅极，信号输出端Output电性连接于共栅管M2的漏极。然而，本发明对放大主电路的结构不作任何限定。

于本实施例中，可变阻抗元件31为包括多个电阻和多个开关所组成的可变电阻阵列，多个开关将一个或多个电阻接入调节电路以改变可变电阻阵列的阻抗。然而，本发明对可变阻抗元件的具体形式不作任何限定。其它可改变调节电路阻抗以调整输入信号分流量的阻抗调节元件均在本发明的保护范围内，譬如采用编程的方式实阻抗变化的数字电位器。

具体而言，如图3所示，可变阻抗元件31中多个电阻R2_1，R2_2…R2_n并联且每一电阻R2_n与对应的开关SWn串联后形成一阻抗调整支路。电阻R2_1，R2_2…R2_n根据所需获得的增益档的范围来合理的取值，电阻越大，该调整支路接入后所获得的增益将越大。于本实施例中，以n为3为例进行说明。然而，本发明对此不作任何现代。于其它实施例中，电阻和开关的数量可根据所需的增益档要求进行选取，电阻和开关的数量可以为两个或四个以上。

其工作原理为：预设R2_1>R2_2>R2_3，当放大主电路10需要获得最高增益时，开关SW1闭合，开关SW2，SW3打开。基于R2_1的高阻值，输入信号不会经过电阻R2_1流经电容C1到地；即此时调节电路30不起作用。当输入信号幅度逐渐增加，放大主电路10需要降低其增益。此时，打开开关SW2或/和SW3以降低调节电路30的阻抗以使从信号输入端Input输入的信号部分经过可变电阻阵列和电容C1短路到地，从而使得加载至起主放大作用的共源管M1栅极的信号得到降低，输出端Output的信号大小将跟随加载至共源管M1栅极的信号大小而变化，达到可变增益的目的。在该调整过程中，增益的调整是基于输入信号的分流，而偏置电路20和放大主电路10输出负载的参数并没有发生变化。因此，在不同的增益模式下，可变增益放大电路仍旧能处于最佳的工作状态，从而实现了不论增益大小，可变增益放大电路的噪声、增益以及线性度均处于最优性能。

上述以降低放大主电路10增益为例对调节电路30的工作原理进行说明。随着信号输入端Input信号幅度的降低，系统将打开开关SW2和/或SW3以增大可变电阻阵列的阻抗，以提高增益。于本实施例中，开关SW1，SW2，SW3的控制是通信系统基于输入信号幅值所给出的寄存器高低电平的配置来实现的。然而，本发明对此不作任何限定。

本实施例中，可变阻抗元件31内多个电阻是采用并联的方式连接的。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，如图5所示，在可变电阻阵列中，多个电阻也可采用串联的方式连接，此时多个开关将并采用级联的方式联于多个串联的电阻，从而将一个或多个电阻切出调节电路。譬如，当开关SW3'关闭时，可变电阻阵列31内只接入电阻R_24'；此时调节电路30将处于最低增益调节状态。而当开关SW3'，SW2'，SW1'均处于打开状态时，电阻R_24'，R_23'，R_22'，R_22'均接入可变电阻阵列中，此时调节电路30将处于最高增益调节状态。

如图3所示，于本实施例中，偏置电路20的输出和可变阻抗元件31的一端之间串联有隔离元件50，隔离元件50隔离直流的偏置电路20和交流的调节电路30，避免交流信号对偏置电路造成影响。优选的，所述隔离元件为电阻R1。进一步的，调节电路30中电容C1的设置很好地实现了直流偏置电流的阻隔，当调节电路30降低阻抗对输入信号进行分流时，直流偏置电流不会经电容C1到地，其仍然可以通过电阻R1和可变阻抗元件31加载至共源管M1的栅极，为共源管M1提供稳定且合适的工作点。

于本实施例中，可变增益放大电路还包括连接于放大主电路10输出端的负载电路40。于本实施例中，负载电路40为连接至共栅管M2漏极和电源之间的RLC调整阵列。本实施例提供的可变增益放大电路中，调节电路30的设置使得可变增益放大电路在进行增益调节时，位于输入侧的偏置电路20的设置仍然能为放大主电路10提供合适的工作点以保证放大主电路10具有优异的噪声、带外抑制和线性度性能；而位于输出端的负载电路40可维持高的输出阻抗以使放大主电路具有优异的输出线性度，从而实现不同增益下放大主电路10性能的兼顾。

相对应的，本实施例还提供一种包含本实施例提供的可变增益放大电路的收发机。

综上所述，本发明提供的可变增益放大电路及接收机中，偏置电路为放大主电路提供合适的工作点以确保放大主电路能处于正常的放大状态且具有优异的噪声性能。当输入信号幅度较大时，通过调整调节电路的阻抗以使输入信号部分经调节电路进行分流，从而使得加载到放大主电路输入端的信号被有效降低，输出信号的幅度得到很好的控制，实现增益的调整。于此同时，输入至主放大电路信号的降低还有效避免了放大主电路进入饱和状态，放大主电路仍能处于很好的工作状态，在大信号的情况下仍然能够获得较好的线性度。即本发明提供的可变增益放大电路在实现增益调整的同时仍旧可以保持高线性度和噪声性能，很好的解决了现有增益调整技术中增益调整与噪声、线性度等性能之间的矛盾。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (9)

1.一种可变增益放大电路，其特征在于，包括：

放大主电路；

偏置电路，设置于放大主电路的输入侧；

调节电路，电性连接于放大主电路的信号输入端，所述调节电路为阻抗可变的输入信号调节支路；基于输入信号幅度的变化，改变调节电路的阻抗以改变流经调节电路的输入信号分量，调整加载至放大主电路的信号幅度。

2.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述偏置电路为放大主电路提供直流偏置电流，所述调节电路包括可变阻抗元件和电容，可变阻抗元件的一端连接于信号输入端，其另一端分别连接偏置电路的输出和电容的一端，电容的另一端短路到底。

3.根据权利要求2所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述偏置电路的输出和可变阻抗元件的一端之间串联有隔离元件，所述隔离元件隔离直流的偏置电路和交流的调节电路。

4.根据权利要求2所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述可变阻抗元件包括由多个电阻和多个开关所组成的可变电阻阵列，多个开关将一个或多个电阻接入调节电路以改变调节电路的阻抗。

5.根据权利要求4所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述可变电阻阵列中，每一电阻与对应的开关串联后形成一阻抗调整支路，多个阻抗支路并联以形成可变电阻阵列。

6.根据权利要求4所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述可变电阻阵列中，多个电阻串联连接，多个开关逐级并联于多个串联的电阻，将一个或多个电阻切出调节电路。

7.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述可变增益放大电路还包括连接于放大主电路输出端的负载电路，所述负载电路为RLC调整阵列。

8.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述放大主电路为共源共栅放大电路，其包括共源管和共栅管，信号输入端接入共源管的栅极，信号输出端电性连接于共栅管的漏极。

9.一种接收机，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的可变增益放大电路。

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