CN116232245A - 一种应用于以太网通信的可变增益放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模拟信号电路技术领域，具体涉及一种应用于以太网通信的可变增益放大电路，包括：依次连接的衰减器、放大器、源跟随器；还包括信号处理模块，信号处理模块包括连接于源跟随器的输入端的共模反馈电流镜；共模反馈电流镜获取源跟随器的第一差分输出电压和第二差分输出电压，并依照第一差分输出电压、第二差分输出电压和参考电压控制源跟随器的输入端的电压，以调节源跟随器的共模电流。有益效果在于：当设置在以太网通信电路的模拟部分中时，进入到先进工艺时，由于低压限制，设计性能比较难达到要求。因此，本设计中使用了放大器结合源跟随器的方案来实现，并且由于源跟随器引入了折叠源跟随器的设计，同时加入了低通滤波，失调校准，共摸反馈，以及模拟域消除基线飘移，实现了较好的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及模拟信号电路技术领域，具体涉及一种应用于以太网通信的可变增益放大电路。
背景技术
可变增益放大器(Variable Gain Amplifier，VGA)，是一种可以依照特定的增益值对输入信号进行调节的电路。通常情况下，为了实现模数转换电路的额定精度，最大输入信号应非常接近其满量程电压，然而，以太网传输线缆上的输出电压范围非常宽。长线时，小信号电压需要高增益，但对于短线时，信号较大，高增益会导致放大器或ADC饱和。因此，需要某种增益可预测、可控制的器件，即，可变增益放大器来实现对输入信号的处理。
现有技术中，已存在有较多的可变增益放大电路设计，该类方案通常是在电路中依照需求设置特定的增益放大器，通过改变输入增益放大器的增益控制参数来调节增益放大器的输出电平。在部分方案中，还会根据实际的信号需求在在增益放大器的前级、后级设置衰减器和跟随器等。
但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中的可变增益放大器，当设置在以太网通信电路的模拟部分中时，进入到先进工艺时，由于低压限制，设计性能比较难达到要求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种应用于以太网通信的VGA传输电路。
具体技术方案如下：
一种应用于以太网通信的可变增益放大电路，包括依次连接的衰减器、放大器、源跟随器；
还包括信号处理模块，所述信号处理模块包括连接于所述源跟随器的输入端的共模反馈电流镜；
所述共模反馈电流镜获取所述源跟随器的第一差分输出电压和第二差分输出电压，并依照所述第一差分输出电压、所述第二差分输出电压和参考电压控制所述源跟随器的输入端的电压，以调节所述源跟随器输出的共模电流。
另一方面，所述共模反馈电流镜包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述源跟随器的第一输出端以获取所述第一差分输出电压；
第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端连接所述源跟随器的第二输出端以获取所述第二差分输出电压；
共模反馈比较器，所述共模反馈比较器的同向输入端连接所述第一电阻的第二端，所述共模反馈比较器的反向输入端连接所述参考电压；
共模反馈开关管，所述共模反馈开关管的输入端为所述共模反馈电流镜的输入端，所述共模反馈开关管的输出端接地，所述共模反馈开关管的栅极连接所述共模反馈比较器的输出端。
另一方面，所述信号处理模块还包括滤波模块，所述滤波模块包括：
滤波电阻，所述滤波电阻的第一端连接所述放大器的输入端，所述滤波电阻的第二端连接所述源跟随器的输入端；
可调电容，所述可调电容的第一端连接所述滤波电阻的第二端，所述可调电容的第二端接地。
另一方面，所述可变增益放大电路还包括：
低通滤波频率设定模块，所述低通滤波频率设定模块的输出端连接所述可调电容的控制端，所述低通滤波频率设定模块依照所述可变增益放大电路的输出信号频率调整所述可调电容的电容值。
另一方面，所述信号处理模块还包括：
校准电流镜，所述校准电流镜的输入端连接所述源跟随器的输入端，所述校准电流镜的输出端接地；
补偿校准模块，所述补偿校准模块连接所述校准电流镜的控制端，所述补偿校准模块于所述可变增益放大电路启动时分别获取所述放大器的放大器输入电流和放大器输出电流，并依照所述放大器输入电流和所述放大器输出电流调整所述校准电流镜，以控制所述源跟随器的差模电流值。
另一方面，所述可变增益放大电路的输出端连接至模数转换器的输入端；
所述可变增益放大电路还包括数字基线数量滤波器；
所述数字基线数量滤波器的输入端连接所述模数转换器的输出端，所述数字基线数量滤波器的输出端连接所述校准电流镜的控制端
所述数字基线数量滤波器对所述模数转换器输出的模拟信号进行采样并反相处理后输入所述校准电流镜，以实现对所述放大器的基线漂移补偿。
另一方面，所述源跟随器包括：
第一开关管，所述第一开关管的栅极为所述源跟随器的输入端，所述第一开关管的输出端为所述源跟随器的输出端；
输入电流镜，所述输入电流镜的输入端连接高压供电端，所述输入电流镜的输出端连接所述第一开关管的输入端；
第二开关管，所述第二开关管的栅极连接所述输入电流镜的输出端，所述第二开关管的输入端连接所述高压供电端；
第三开关管，所述第三开关管的输入端连接所述第一开关管的输出端，所述第三开关管的输出端接地；
第四开关管，所述第四开关管的输入端连接所述第二开关管的输出端，所述第四开关管的栅极连接所述第四开关管的输入端，所述第四开关管的栅极还连接所述第三开关管的栅极，所述第四开关管的输出端接地。
另一方面，所述可变增益放大电路还包括：隔直电容，所述隔直电容的第一端连接所述可变增益放大电路的输入端，所述隔直电容的第二端连接所述衰减器的输入端。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
针对现有技术中的可变增益放大电路在先进工艺低电源电压下的失真问题，本方案通过在加入折叠源跟随器的方案，通过反馈的方式实现了较低的失真。即使在低电源电压下，也能实现了较好的性能。同时，通过源跟随器叠加的低通滤波器，实现了整体EMI性能的提升；叠加的offset校准电流镜，消除了系统失真；叠加的共摸反馈电流镜，实现了adc输入电压的共摸恒定；叠加的基线飘移校准，可以在模拟域对基线飘移进行了校准。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例的可变增益放大电路整体示意图；
图2为发明实施例中信号处理模块示意图；
图3为本发明实施例中数字基线数量滤波器示意图；
图4为本发明另一实施例的可变增益放大电路整体示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括：
一种应用于以太网通信的可变增益放大电路，包括依次连接的衰减器1、放大器2、源跟随器3；
还包括信号处理模块4，信号处理模块4包括连接于源跟随器3的输入端的共模反馈电流镜41；
共模反馈电流镜41获取源跟随器3的第一差分输出电压Vop和第二差分输出电压Von，并依照第一差分输出电压Vop和第二差分输出电压Von和参考电压控制源跟随器的输入端的电压，以调节源跟随器输出的共模电流。
具体地，针对现有技术中的可变增益放大电路，在应用于高速以太网系统中时，先进工艺下由于电源电压变低，本方案通过在加入折叠源跟随器的方案，通过图2框图42反馈的方式实现了较低的失真。即使在低电源电压下，也能实现了较好的性能。同时，通过源跟随器叠加的低通滤波器设定模块42A，实现了整体EMI性能的提升；叠加的补偿校准模块44，消除了系统失真；叠加的共摸反馈电流镜42，实现了adc输入电压的共摸恒定；叠加的基线飘移校准43，可以在模拟域对基线飘移进行了校准。
在实施过程中，上述的衰减器1设置在放大器2的前级，衰减器1设置有多个不同的衰减档位，用于对输入信号进行衰减，以此来匹配放大器2的输入范围。放大器2为可调增益放大器，其能够通过改变输入的电压幅值来实现对输入信号的电平调节。源跟随器3设置在放大器3的后级，用于对放大器3的输出信号进行共模电平转换。
在一个实施例中，共模反馈电流镜41包括：
第一电阻R1，第一电阻R1的第一端连接源跟随器3的第一输出端以获取第一差分输出电压Vop；
第二电阻R2，第二电阻R2的第一端连接第一电阻R1的第二端，第二电阻R2的第二端连接源跟随器3的第二输出端以获取第二差分输出电压Von；
共模反馈比较器Comp1，共模反馈比较器Comp1的同向输入端连接第一电阻R1的第二端，共模反馈比较器Comp1的反向输入端连接参考电压Vref；
共模反馈开关管Q1，共模反馈开关管Q1的输入端为共模反馈电流镜41的输入端，共模反馈开关管Q1的输出端接地，共模反馈开关管Q1的栅极连接共模反馈比较器Comp1的输出端。
在一个实施例中，信号处理模块4还包括滤波模块42，滤波模块42包括：
滤波电阻R3，滤波电阻R3的第一端连接放大器的输入端，滤波电阻R3的第二端连接源跟随器的输入端；
可调电容C1，可调电容C1的第一端连接滤波电阻R3的第二端，可调电容C1的第二端接地。
具体地，针对现有技术中的可变增益放大电路的EMI性能不能满足高速以太网系统的需求的问题，本实施例中，还进一步地在信号处理模块4中添加滤波模块42。该滤波模块42主要包括由滤波电阻R3和可调电容C1组成的一阶RC低通滤波电路，对放大器内的LPF滤波，增加个一个极点，构成二阶滤波，以此来实现较好的滤波效果，进而提升可变增益放大电路整体的EMI性能。
在一个实施例中，可变增益放大电路还包括：
低通滤波频率设定模块42A，低通滤波频率设定模块42A的输出端连接可调电容C1的控制端，低通滤波频率设定模块42A依照可变增益放大电路的输出信号频率调整可调电容C1的电容值。
具体地，为实现较好的滤波效果，本实施例中，还进一步地设置了低通滤波频率设定模块42A，通过获取可变增益放大电路的输出信号频率来确定进行滤波时的截止频率，并依照截止频率来改变可调电容C1的电容值，实现了对滤波模块42的截止频率的有效控制。
在一个实施例中，信号处理模块4还包括：
校准电流镜43，校准电流镜43的输入端连接源跟随器3的输入端，校准电流镜43的输出端接地；
补偿校准模块44，补偿校准模块44连接校准电流镜的控制端，补偿校准模块于可变增益放大电路启动时分别获取放大器2的第一差分输出电流和第二差分输出电流，并依照第一差分输出电流和第二差分输出电流调整校准电流镜43，以控制源跟随器4的差模电流值。
具体地，针对现有技术中的可变增益放大电路，在对放大器添加了补偿电流后补偿电流可能会发生偏差的问题，本实施例中，进一步地在源跟随器的前级添加了校准电流镜43和补偿校准模块44，通过校准电流镜43来实现对源跟随器的PN间电流差值的调节，进而实现对补偿电流的校准。
在实施过程中，为实现对补偿电流的校准，应当在对源跟随器3的输出共模电流配置结束后，对差分输入端进行短接，并依照测得的第一差分输出电流和第二差分输出电流情况对校准电流镜43进行调节，从而对补偿电流进行校准。
在一个实施例中，可变增益放大电路的输出端连接至模数转换器ADC的输入端；
可变增益放大电路还包括数字基线数量滤波器5；
数字基线数量滤波器5的输入端连接模数转换器ADC的输出端，数字基线数量滤波器5的输出端连接校准电流镜43的控制端
数字基线数量滤波器5对模数转换器ADC输出的模拟信号进行采样并反相处理后输入校准电流镜43，以实现对放大器的基线漂移补偿。
具体地，针对现有技术中的可调增益放大器在应用于以太网系统中可能会导致码间干扰的问题，本实施例中，进一步地在模数转换器ADC的后级设置了数字基线数量滤波器5，数字基线数量滤波器5能够对模数转换器ADC输出的模拟信号进行采样并反相处理后输入校准电流镜43进行控制，以此来消除基线漂移补偿。
在一个实施例中，源跟随器3包括：
第一开关管Q2，第一开关管Q2的栅极为源跟随器3的输入端，第一开关管Q2的输出端为源跟随器3的输出端；
输入电流镜31，输入电流镜31的输入端连接高压供电端VDDH，输入电流镜31的输出端连接第一开关管Q2的输入端；
第二开关管Q3，第二开关管Q3的栅极连接输入电流镜31的输出端，第二开关管Q3的输入端连接高压供电端VDDH；
第三开关管Q4，第三开关管Q4的输入端连接第一开关管Q2的输出端，第三开关管Q4的输出端接地；
第四开关管Q5，第四开关管Q5的输入端连接第二开关管Q3的输出端，第四开关管Q5的栅极连接第四开关管Q5的输入端，第四开关管Q5的栅极还连接第三开关管Q4的栅极，第四开关管Q5的输出端接地。
具体地，针对现有技术中的源跟随器3在低压条件下THD性能不够理想的问题，本实施例中，在源跟随器3中于第一开关管Q2的后级设置由第三开关管Q4和第四开关管Q5组成的电流镜，并在第一开关管Q2的输入端一侧设置输入电流镜31和第二开关管Q3，实现了对源跟随器3的低压THD性能的优化。
在一个实施例中，可变增益放大电路还包括：隔直电容C2，隔直电容C2的第一端连接可变增益放大电路的输入端，隔直电容C2的第二端连接衰减器1的输入端。
具体地，为实现较好的滤波效果，本实施例中，还在可变增益放大电路的输入端设置了隔直电容C2，以此来实现较好的线路隔离效果，减少了噪声的产生。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种应用于以太网通信的可变增益放大电路，其特征在于，包括依次连接的衰减器、放大器、源跟随器；
还包括信号处理模块，所述信号处理模块包括连接于所述源跟随器的输入端的共模反馈电流镜；
所述共模反馈电流镜获取所述源跟随器的第一差分输出电压和第二差分输出电压，并依照所述第一差分输出电压、所述第二差分输出电压和参考电压控制所述源跟随器的输入端的电压，以调节所述源跟随器输出的共模电流。
2.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述共模反馈电流镜包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述源跟随器的第一输出端以获取所述第一差分输出电压；
第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端连接所述源跟随器的第二输出端以获取所述第二差分输出电压；
共模反馈比较器，所述共模反馈比较器的同向输入端连接所述第一电阻的第二端，所述共模反馈比较器的反向输入端连接所述参考电压；
共模反馈开关管，所述共模反馈开关管的输入端为所述共模反馈电流镜的输入端，所述共模反馈开关管的输出端接地，所述共模反馈开关管的栅极连接所述共模反馈比较器的输出端。
3.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述信号处理模块还包括滤波模块，所述滤波模块包括：
滤波电阻，所述滤波电阻的第一端连接所述放大器的输入端，所述滤波电阻的第二端连接所述源跟随器的输入端；
可调电容，所述可调电容的第一端连接所述滤波电阻的第二端，所述可调电容的第二端接地。
4.根据权利要求3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：
低通滤波频率设定模块，所述低通滤波频率设定模块的输出端连接所述可调电容的控制端，所述低通滤波频率设定模块依照所述可变增益放大电路的输出信号频率调整所述可调电容的电容值。
5.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述信号处理模块还包括：
校准电流镜，所述校准电流镜的输入端连接所述源跟随器的输入端，所述校准电流镜的输出端接地；
补偿校准模块，所述补偿校准模块连接所述校准电流镜的控制端，所述补偿校准模块于所述可变增益放大电路启动时分别获取所述放大器的第一差分输出电流和第二差分输出电流，并依照所述第一差分输出电流和所述第二差分输出电流调整所述校准电流镜，以控制所述源跟随器的差模电流值。
6.根据权利要求5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的输出端连接至模数转换器的输入端；
所述可变增益放大电路还包括数字基线数量滤波器；
所述数字基线数量滤波器的输入端连接所述模数转换器的输出端，所述数字基线数量滤波器的输出端连接所述校准电流镜的控制端
所述数字基线数量滤波器对所述模数转换器输出的模拟信号进行采样并反相处理后输入所述校准电流镜，以实现对所述放大器的基线漂移补偿。
7.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述源跟随器包括：
第一开关管，所述第一开关管的栅极为所述源跟随器的输入端，所述第一开关管的输出端为所述源跟随器的输出端；
输入电流镜，所述输入电流镜的输入端连接高压供电端，所述输入电流镜的输出端连接所述第一开关管的输入端；
第二开关管，所述第二开关管的栅极连接所述输入电流镜的输出端，所述第二开关管的输入端连接所述高压供电端；
第三开关管，所述第三开关管的输入端连接所述第一开关管的输出端，所述第三开关管的输出端接地；
第四开关管，所述第四开关管的输入端连接所述第二开关管的输出端，所述第四开关管的栅极连接所述第四开关管的输入端，所述第四开关管的栅极还连接所述第三开关管的栅极，所述第四开关管的输出端接地。
8.根据权利要求1所述的可变增益放大电路，其特征在于，所述可变增益放大电路还包括：隔直电容，所述隔直电容的第一端连接所述可变增益放大电路的输入端，所述隔直电容的第二端连接所述衰减器的输入端。
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Cited By (1)
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| CN117240253A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-15 | 上海安其威微电子科技有限公司 | 一种压控衰减器 |
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2022
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117240253A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-15 | 上海安其威微电子科技有限公司 | 一种压控衰减器 |
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