CN1734930A - 使用开关的高线形可编程序增益放大器 - Google Patents

Abstract

本发明中的使用开关的高线形可编程序增益放大器的特点如下：增益调节所用的衰减手段；放大输入段的信号，由输出的第一放大手段与第二放大手段构成的放大部；第一放大手段包含输入信号放大所用的第一放大器与第一放大器活性化所用的第一开关；第二放大手段包含输入信号放大所用的第二放大器与第二放大器活性化所用的第二开关。

Description

使用开关的高线形可编程序增益放大器

技术领域

【0001】

本发明是关于增益放大器的发明，更详细地说是关于使用开关的高线形可编程序增益放大器的发明。

背景技术

【0002】

图1是使用从前开关的多段增益开关放大器(DiscreteStep Gain Switch Amplifier；DSGSA)的电路图。

【0003】

如图所示，使用从前开关的放大器由衰减手段(110)与放大部(120)构成。

【0004】

衰减手段(110)由输入段(IN)、开关(SW11乃至SW14)以及电阻(R11乃至R16)构成。

【0005】

放大部(120)由放大器(121)、电阻(RF1以及RF2)以及输出段(OUT)构成。

【0006】

在此电路中，衰减手段(110)的输出段与放大部(120)的输入段相互连接。

【0007】

打开衰减手段(110)的全开关(SW11乃至SW14)时，即使衰减手段(110)受到输入信号也无法构成电路，由于放大部(120)的放大器(121)没有任何信号被放大，所以没有输出产生。

【0008】

关闭衰减手段(110)的开关(SW11)构成电路时，放大部(120)的第一输入段受到输入信号，通过电阻(R11乃至R16)的合成电阻值而产生的衰减手段(110)，将已衰减的信号施加到放大部(120)的第二输入段。

【0009】

即通过打开/关闭(ON/OFF)衰减手段(110)的开关(SW11乃至SW14)，来变更放大器(121)的增益。

【0010】

但是，若放大部(120)的第一以及第二的输入段有衰减手段(110)存在，低增益(Low Gain；LG)时放大器(121)所受噪音指数(Noise Figure；NF)的影响会变小，但是放大器(121)为高增益(High Gain；HG)时，在进行放大与变换作用时由于开关元件的开关转换噪音与放大器(121)内部的热噪音等引起的噪音原信号上附加的噪音指数会变差，这是其缺点所在。

【0011】

图2是并列连接从前放大器，构成可变增益低噪音放大器(Variable Gain Low Noise Amplifier；VGLNA)的电路图。

【0012】

如图所示，由第一乃至第四选择部(201、202、203、204)、电源部以及输出输入段构成。

【0013】

第一选择部(201)由驱动所用电阻(R21以及R22)、电容器(C11)以及晶体管(M11)构成，由电容器(C12)以及晶体管(M12)构成。

【0014】

第二选择部(202)由驱动所用电阻(R23以及R24)、电容器(C21)以及晶体管(M21)构成，由放大所用的电容器(C22以及C23)以及晶体管(M22)构成。

【0015】

第三选择部(203)由驱动所用电阻(R25以及R26)、电容器(C31)以及晶体管(M31)构成，由所用的电容器(C32以及C33)以及晶体管(M32)构成。

【0016】

第四选择部(204)由驱动所用电阻(R27以及R28)、电容器(C41)以及晶体管(M41)构成，由所用的电容器(C42以及C43)以及晶体管(M42)构成。

【0017】

详细的动作如下所示。

【0018】

若第一选择部(201)选择所用的晶体管(M12)的基座受到电流(I1)，晶体管(M12)的集电极与发射极之间的电流被放大而形成导通，在晶体管(M11)的集电极与发射极之间电流所导通增益由C12决定。

【0019】

若第二选择部(202)选择所用的晶体管(M22)的基座受到电流(I2)，晶体管(M22)处于导通状态，若晶体管(M21)的集电极与发射极之间形成电流导通，按照晶体管(M22)的电容器C22与C23的比例来决定增益。

【0020】

第三或者第四选择部(203或者204)的动作也是按照相同原理进行动作。

【0021】

结果，晶体管(M12)无衰减，晶体管(M22)按照电容器(C22)与电容器(C23)的比例，晶体管(M32)按照电容器(C32)与电容器(C33)的比例，晶体管(M42)按照电容器(C42)与电容器(C43)的比例来决定增益。

【0022】

因此，是通过选择各个选择部(201乃至204)来变更增益。

【0023】

也就是说，选择希望的增益时，可以通过并列连接选择部(201乃至204)来选择多种增益。

【0024】

但是，选择所用电流的施加与放大元件的并列连接，从频带宽(bandwidth)方面来看存在恶化的特性，而且施加可变增益所用电流时的总消费电力也会增加，这也是其缺点所在。

发明内容

【0025】

本发明的目的是为解上述问题点，提供确保可变增益放大元件的噪音指数(Noise Figure)以及频带宽(Bandwidth)的可变增益放大器。

【0026】

本发明还有其他目的，也就是提供消费电力少的可变增益放大器。

【0027】

本发明的另一个目的在于，提供具有高放大线形性的可变增益放大器。

【发明的构成】

【0028】

为了解决上述课题，本发明中的使用开关的高线形可编程序增益放大器的特点如下：增益调节所用的衰减手段；放大输入段的信号，由输出的第一放大手段与第二放大手段构成的放大部；第一放大手段包含输入信号放大所用的第一放大器与第一放大器活性化所用的第一开关；第二放大手段包含输入信号放大所用的第二放大器与第二放大器活性化所用的第二开关。

【0029】

在这里，希望上述衰减手段能够包含调节增益的开关和电阻分配器。

【0030】

在这里，希望上述第一个开关和第二个开关能够相辅相成地转换。

【0031】

在这里、上述衰减功能的开关处于打开状态时，最好是第一放大手段的第一开关关闭，第二放大手段的第二开关打开。

【0032】

在这里、最好是上述第一开关与第一放大器的输出段联结，上述的第二开关与第二放大器的输出段联结。

【0033】

在这里、希望上述衰变手段能够由一个以上并列联结。

【0034】

在这里、希望上述衰变手段是由相互不同的低位构造形成的。

【0035】

本发明中的使用开关的高线形可编程序增益放大器的特点如下。第1到第3个端子的第1晶体管以及可以偏压施加的第一偏压部，没有位相变化的而传达电压的跟踪电路部和用转换装置调节从上述跟踪电路部接受的信号，发生输出信号的转换部位，装备有调节上述转换部位的含有第一到第三个端子的第2晶体管，在上述第2晶体管的第一端子上施加有电源电压，在第二端子上连接有开关信号灯调节增益的开关，在上述开关上施加有施加在上述跟踪电路部的偏压电压，在第三端子上联结有可以施加电压的第2偏压部，上述第1以及第2晶体管各自的第三端子形成电偶，继而形成输出信号的输出段。

【0036】

在这里、关于上述电路的增益，跟踪电路部的晶体管的幅度函数和偏压部位的晶体管的幅度函数有一个关系式，满足下面的关系式。

$A_V=\frac{g_{m1}}{g_{m1}+g_{m2}}=\frac{k{W}_1}{k{W}_1+k{W}_2}=\frac{W_1}{W_1{+W}_2}$

【0037】

在这里、W1是第1晶体管的幅度函数，W2は第2晶体管的宽幅度函数，k为比例定数，gm1是跟踪电路部的输出电阻，gm2是转换部的输出电阻。这种设计很好。

【0038】

还有，运用本发明开关的高线形可编程增益放大器是包含拥有第1到第3端子的第1晶体管以及可以进行施加偏压的第1转换部，没有位相变化而进行传达电压的跟踪电路部，包含有将从上述跟踪电路部接收的信号分别用第1转换器和第2转换器进行调节增益，产生输出信号的第1转换部和第2转换部，上第1转换部，装备有调节增益的拥有第1到3端子的第2晶体管，第2晶体管的第1端子上施加电源电压，第2端子上联结有开关信号调节增益的开关，在上述开关上施加有施加在上述跟踪电路部上的偏压电压，第三缎子上连接了可以进行偏压施加的第2转换部，上述的第2转换部上，装备有含有调节增益的第1到第3端子的第3晶体管，上述第3晶体管的第1端子上施加了电源电压，第2端子上连接了开关信号调节增益的开关，上述开关上施加了在上述跟踪电路部上的偏压电压，第3端子上连接了偏压施加的第3转换部，上述第1到第3晶体管各自的第3端子形成电偶输出信号的输出段，这是特点。

【0039】

在这里、希望上述第1以及第3的偏压部各自由拥有第1到第3端子的第4、第5以及第6晶体管构成，上述第4到第6晶体管各自的第2端子电偶形成施加定电流源的输出段。

【0040】

在这里、上述第5以及第6晶体管的输出段上形成开关，很好

【0041】

在这里、上述的第1偏压部到第3偏压部由一个共通偏压部形成，上记共通的偏压部由拥有第1到第3端子的第4晶体管构成，上述第4晶体管的第2端子形成施加定电流源的输出段，这很好。

【0042】

在这里、上述各种晶体管最好是金属酸化半导体电场效果晶体管(MOSFET)和双极结晶体管(BJT)。

【0043】

在这里、上述电路的增益控制步骤满足以下方程式。

$\frac{\mathrm{\ΔdB}\left(A_V\right)}{\mathrm{\ΔW}}=\frac{\log \left(\frac{W_1}{W_1+W_{n+1}}\right)-\log \left(\frac{W_1}{W_1+W_n}\right)}{(W_1+W_n)-\left(W_1{+W}_n\right)}$

$=\frac{\log \left(\frac{W_1+W_n}{W_1{+W}_{n+1}}\right)}{W_{n+1}{-W}_n}=\frac{\log (1+\frac{W_n-W_{n+1}}{W_1+W_{n+1}})}{W_{n+1}-W_n}$

$=\frac{\log (1+\frac{-\mathrm{\ΔW}}{W_1+W_{n+1}})}{\mathrm{\ΔW}}\≅\frac{\frac{-\mathrm{\ΔW}}{W_1}}{\mathrm{\ΔW}}\≅-\frac{1}{W_1}$

【0044】

在这里、ΔdB(Av)是增益的变动值、ΔW是幅度函数的变动值，W1是第1晶体管的幅度函数，Wn是第n个转换部的晶体管的幅度函数，Wn+1是第n+1个转换部的晶体管的幅度函数。

【0045】

其他的实施例子的具体说明在详细说明和图画里面。

【0046】

本发明的优点和特征以及达成这些优点特征的方法可以参照后面详细记述的实施例子以及同时添付的图表。但是，本发明并非仅限于以下开始的实际例子、而是可以以各自不同的各种形态体现，但是本实施例子是以本发明的开始完全运作，为了使在属于本发明的技术领域拥有基本常识的人完全明白发明的范畴而提供的，本发明仅仅是根据请求项的范畴定义的。明细书的全部，同一个参照符号是指同一个构成要素。

附图说明

【图1】使用以往的开关的多段增益开关放大器(DiscreteStep Gain Switch Amplifier；DSGSA)的回路图。

【图2】并联以往的放大器从而构成的可变增益低噪音放大器(Variable Gain Low Noise Amplifier；VGLNA)的电路图。

【图3】使用了本发明当中的第一实例的开关而得到的高线形程控增益放大器的电路图。

【图4】使用了本发明当中的第二实例的开关而得到的高线形程控增益放大器的电路图。

【图5】使用了本发明当中的第二实例的第一应用电路的开关的高线形程控增益放大器的电路图。

【图6】在本发明的第二实例的第一应用回路当中，使用了改善转换部分之后的开关的高线形程控增益放大器的电路图。

【图7】使用了本发明的第三实例当中的开关的高线形程控增益放大器的电路图。

具体实施方式

【0047】

以下，参考添加的图表，对本发明的好的实施例子进行详细的说明。

【0048】

图3是对于运用根据本发明的第1实施例的开关的高线形可编程增益放大器进行图示说明的电路图。

【0049】

如图所示，运用开关的高线形可编程增益放大器包含衰变部(310)和放大部(320)。

【0050】

<构成>

衰变部(310)包含第1衰变手段(311)、第2衰变手段(312)、第3衰变手段(313)以及第4衰变手段(314)。

【0051】

在这里、第1衰变手段(311)包含第1开关(SW31)和第1电阻分配器(R31以及R32)，第2衰变手段(312)包含第2开关(SW32)和第2电阻分配器(R33以及R34)，第3衰变手段(313)包含第3开关(SW33)和第3电阻分配器(R35以及R36)，第4衰变手段(314)包含第4开关(SW34)和第4电阻分配器(R37以及R38)。

【0052】

放大部(320)包含第1放大手段(321HG)和第2放大手段(321LG)。

【0053】

在这里、第1放大手段(321HG)包含第1放大器(322HG)和第1放大开关(SWHG)，第2放大手段(321LG)包含第2放大器(322LG)和第2放大开关(SWLG)。

【0054】

<联结关系>

第1开关的(SW31)一段与输入段(IN)联结，第1开关(SW31)的其他段与第1电阻分配器(311a)的一段连结。

【0055】

在这里、第1电阻分配器(311a)的第1电阻(R31)和第2电阻(R32)并列连接。

【0056】

第2开关(SW32)的一段与输出段(IN)连接，第2开关(SW32)的其他段与第2电阻分配器(312a)的一段连接。

【0057】

在这里、第2电阻分配器(312a)的第3电阻(R33)与第4电阻(R34)并列连结。

【0058】

第3开关(SW33)的一段与输出段(IN)连结，第3开关(SW33)的其他段与第3电阻分配器(313a)的一段连结。

【0059】

在这里，第3电阻分配机(313a)和第5电阻机(R35)、第6电阻机(R36)被并列连接在一起

【0060】

第4开关的第一段(SW34)与输入段(IN)相连，第4开关(SW34)的其他段与第4电阻分配机(314a)的第一段相连

【0061】

在这里，第4电阻分配机(314a)和第7电阻机(R37)、第8电阻机(R38)并列连接在一起。

【0062】

第1放大器的输入段(322HG)与输入段(IN)相连，形成第1放大手段(321HG)的放大器。第1放大器(322HG)的输出段连接在第1放大开关(SWHG)的第一段上，第1放大开关(SWHG)的其他段连接在输出段(OUT)上。

【0063】

第2放大器(322LG)的输入段与第4电阻分配机(314a)的输出段相连，形成第2放大手段(321LG)的输入段，第2放大器(322LG)的输出段连接在第2放大开关(SWLG)的第一段上，第2放大开关(SWLG)的其他段连接在输出段(OUT)上

【0064】

<动作说明>

要是第1至第4开关(311乃至314)在第1至第4开关(SW31乃至SW34)的衰变手段上被关掉，包含在第1至第4衰变手段的输入段(IN)输入信号使第2放大手段(321LG)的输入段无法输入，第2放大手段(321LG)无法工作，只有通过第1放大手段(321HG)的放大活动单独进行，通过输出段(OUT)完成。

【0065】

也就是，为了能编程式地控制第2放大手段(321LG)的放大作用，在将第1至第4的开关(SW31乃至SW34)的任意一个设为开启状态的同时必须关闭第1放大开关(SWHG)。

【0066】

与之相对，在将第1至第4的开关(SW31ないしSW34)全部关闭的同时，必须将开关(SWLG)关闭

【0067】

随之，在高利益(High Gain；HG)的情况下，通过转换得到的噪音指数(Noise Figure；NF)就不会成为问题。

【0068】

在这里、第1到第4开关(SW31乃至SW34)全部处于打开的状态，第1到第4个开关(SW31到SW34)的其中的任何一个、第1放大手段(321HG)第1放大手段(321HG)的第1放大开关(SWHG)同时被关闭。第1放大部(321HG)不运行，第2放大手段(321LG)的第2放大开关(SWLG)被同时打开，并开始进行放大运动。

【0069】

在这里、第1放大手段(321HG)和第2放大手段(321LG)不会同时进行。

【0070】

结果、运用第1至第4的衰变手段(311乃至314)，从低增益的放大开始把第1乃至第4衰变手段(311乃至314)作为辅助通道，到高增益的放大时，可以利用编程调节增益状况。

【0071】

在这里、仅仅就构成衰变手段的四个部分进行了说明，必要的时候追加1个以上的衰变手段，可以构成利用开关的高线形编程增益放大器

【0072】

此外，衰变手段(311乃至314)可以防止在高周波附近，信号渗漏到电路基板(substrate)上，所以可以分离为低位(Triple Well)结构

【0073】

也就是说，衰变手段(311)的电阻(R32、R31)是利用CMOS工程三阱结构的1个线路分离而成的。衰变手段(312)的电阻(R33、R34)也可被分离成一个线路，用同一方法可以把剩余的衰变手段(313、314)的电阻(R35以及R36、R37以及R38)分离

【0074】

最终结果、为了得到各个范围放大器的增益，低增益时可以利用编程控制增益，高增益时可以确保杂音指数，所以可以总体上确保广带域宽，构成特性优良，耗电少的电路

【0075】

图4是这项明的第2个实施例的利用开关的高线形可编程增益放大器的说明图

【0076】

如图所示，利用开关的高形可编程增益放大器包含源跟踪电路部(410)和转换两部分

【0077】

<构成>

源跟踪电路部(410)包含第1电阻(R41)、第1晶体管(M41)和第1电流源(IS41)。

【0078】

转换开关电路部(420)包含第2电阻(R42)、第1开关(SW41)、第2晶体管(M42)和第2电流源(IS42)。

【0079】

<连结关系>

输入段(IN)是由第1电容(C41)的一段连结成的、第1电容(C41)的其他段是由第1电阻(R41)的一段和第1晶体管(M41)的口连结的

【0080】

偏压电压是由第1电阻(R41)的其他段节点①和第2电阻的一段节点②共同构成的。

【0081】

第1晶体管(M41)是由第1电流源(IS41)的手段节点③连结成的。

【0082】

第2电阻(R42)的其他段由第1开关(SW41)的一段连结而成、第1开关(SW41)的其他段由第2晶体管(M42)的口连接而成。

【0083】

第2晶体管(M42)由第2电流源(IS42)的手段节点④连结而成。

【0084】

在这里、节点③和节点④は相互连接、节点④由第2电容(C42)的一段连结而成、第2电容(C42)的其他段由负荷电阻(RL)的一段和输出段(OUT)连结而成。

【0085】

<运转说明>

第1晶体管(M41)的频带(channel)宽(width)函数(W1)与电路构成被同时，输出电阻由1/gm1定。

【0086】

源跟踪电路部(410)的第1电容(C41)的其他段中施加有输入信号、第1晶体管(M41)的外流由电源电压(VDD)施加、节点③被第1电流源(IS41)接续构成电路，成为源跟踪电路。

【0087】

此外，由转换开关电路部(420)的第1开关(SW41)控制第2晶体管(M42)的管道幅度函数(W2)，输出电阻由1/gm2定。

【0088】

根据这样的构造，由源跟踪电路部(410)和转换开关电路部(420)幅度函数决定的放大程度就发生了变化，从变化的信号负荷电阻(RL)的一段中输出信号被发出。

【0089】

结果、利用2个源跟踪电路而产生的增益控制性构成可编程增益控制放大器，有关线形性的说明如下。

【0090】

第1晶体管(M41)中输入信号和偏压被同时施加，构成拥有输出电阻1/gm的电路

【0091】

在这里、构成的电路再次连接源跟踪，输入段中只有DC偏压被施加，运用第1开关(SW41)进行开关和由第2晶体管(M42)的频带宽函数(W2)决定、频带宽函数(W2)决定，流入第2晶体管(M42)的电流根据第1晶体管(M41)的频带宽函数(W1)和第2晶体管(M42)的频带宽幅度函数(W2)的比率——W1/W2的比来增加。

【0092】

在这里、增益由以下的公式来进行。

【数学式1】

$A_V=\frac{\frac{1}{g_{m2}}//R_L}{\frac{1}{g_{m2}}//R_L+\frac{1}{g_{m1}}},\frac{1}{g_{m2}}<<R_L$

【0093】

在这里、输出电阻1/gm由于比RL的值小，在先前的公式1中，增益是根据gm1和gm2的关系同样整理到公式2中。

【数学公式2】

$A_V=\frac{\frac{1}{g_{m2}}}{\frac{1}{g_{m1}}+\frac{1}{g_{m2}}}=\frac{g_{m1}}{g_{m1}+g_{m2}}$

【0094】

最终，增益是根据gm1和gm2的关系求得，gm是根据下面的公式3进行整理的。

【数学公式3】

$g_m={\mathrm{\&mu;}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}}),g_m\&Proportional;\mathrm{kW}$

【0095】

通过此公式，我们可以得知gm在偏压相同时和波道函数成比例关系。

【0096】

因此，调节公式如下面公式4所示。

【数学公式4】

$A_V=\frac{g_{m1}}{g_{m1}+g_{m2}}=\frac{k{W}_1}{k{W}_1+k{W}_2}=\frac{W_1}{W_1+W_2}$

【0097】

通过此公式可知，调节公式由两个晶体管(M41、M42)的波道函数(W1、W2)所构成。

【0098】

因此我们可以通过控制安装在第二晶体管(M42)上的第一开关(SW41)的开/闭来调节控制增益的得失。

【0099】

另外，有关增益控制步骤的问题，我们参照上述公式4整理出了下列公式5。

【数学公式5】

$\frac{\mathrm{\&Delta;dB}\left(A_V\right)}{\mathrm{\&Delta;W}}=\frac{\log \left(\frac{W_1}{W_1+W_{n+1}}\right)-\log \left(\frac{W_1}{W_1+W_n}\right)}{(W_1+W_{n+1})-(W_1+W_n)}$

$=\frac{\log \left(\frac{W_1+W_n}{W_1+W_{n+1}}\right)}{W_{n+1}{-W}_n}=\frac{\log (1+\frac{W_n-W_{n+1}}{W_1+W_{n+1}})}{W_{n+1}{-W}_n}$

$=\frac{\log (1+\frac{-\mathrm{\&Delta;W}}{W_1+W_{n+1}})}{\mathrm{\&Delta;W}}\&cong;\frac{\frac{-\mathrm{\&Delta;W}}{W_1}}{\mathrm{\&Delta;W}}\&cong;-\frac{1}{W_1}$

【0100】

通过观察上述整理出来的公式，我们可以发现，当ΔW与W1相比明显小很多的情况下，增益控制和1/W1的数值成正比例。

【0101】

在本发明的特性当中，dB当中有线形性特征，在适用于调节少量增益的精密的增益控制电路时非常有效。

【0102】

如此一来，如上面所述，增益控制为了是晶体管的波道函数，为了使程序，周边的温度，电压的变动等尽可能不受外部环境的影响，确保增益精密性以及安定性，同时为了使增益由波道函数决定，从而使增益调节晶体管向多段扩张的应用变为可能。

【0103】

图5是用来说明放大器地电路图，该放大器是使用了本发明中的第二实施例当中的第一应用电路的开关的高线形程控增益放大器。

【0104】

如图所示，使用了开关的高线形程控增益放大器包含了源跟踪电路部(510)、第一转换开关电路部(520)以及第二转换开关电路部(530)。

【0105】

<构成>

源跟踪电路部(510)当中包含了第一电阻(R51)、第一晶体管(M51)以及第四晶体管(M54)。

【0106】

第一转换开关电路部(520)当中包含了第二电阻(R52)、第一开关(SW51)、第二晶体管(M52)、第三开关(SW53)以及第五晶体管(M55)。

【0107】

第二转换开关电路部(530)当中包含了第三电阻(R53)、第二开关(SW52)、第三晶体管(M53)、第四开关(SW54)以及第六晶体管(M56)。

【0108】

<连接关系>

第一电容器(C51)的一段和第一晶体管(M51)门以及第一电阻(R51)的一段相连接。

【0109】

第一电阻(R51)的其他段和结点①相连接。

【0110】

第一晶体管(M51)的源极和结点④相连接。

【0111】

第二电阻(R52)的一段和结点②相连接、第二电阻(R52)的其他段和第一开关(SW51)的一段相连接。

【0112】

第一开关(SW51)的其他段和第二晶体管(M52)门相连接。

【0113】

第二晶体管(M52)的源极和结点⑤相连接。

【0114】

第三电阻(R53)的一段和结点③相连接、第三电阻(R53)的其他段和第二开关(SW52)的一段相连接。

【0115】

第二开关(SW52)的其他段和第三晶体管(M53)门相连接。

【0116】

第三晶体管(M53)的源极和结点⑥相连接。

如此一来，结点①、结点②以及结点③之上可以共同施加第一偏压(Bias1)。

【0117】

第四晶体管(M54门和结点⑦相连接、第四晶体管(M54)的漏极和结点④相连接、第四晶体管(M54)的源极接地。

【0118】

第三开关(SW53)的一段和结点⑧相连接、第三开关(SW53)的其他段和第五晶体管(M55)门相连接。

【0119】

第五晶体管(M55)的漏极和结点⑤相连接、第五晶体管(M55)的源极接地。

【0120】

第四开关(SW54)的一段和结点⑨相连接、第四开关(SW54)的其他段和第六晶体管(M56)门相连接。

【0121】

第六晶体管(M56)的漏极和结点⑥相连接、第六晶体管(M56)的源极接地。

【0122】

如此一来，结点⑦、结点⑧以及结点⑨之上可以共同施加第二偏压バイアス(Bias2)。

【0123】

结点⑥和第二电容器(C52)的一段相连接、第二电容器(C52)的其他段构成了输出段(OUT)。

【0124】

<动作说明>

向输入段(IN)施加输入信号时，第一电容器所起的作用是切断施加在输入端(IN)的信号的中直流成分的直流阻隔作用，第一晶体管(M51)的波道函数(W1)和第四晶体管(M54)的波道函数(kW1)在构成电路的时候就同时决定，在第一晶体管(M51)的漏极上施加电源电压(VDD)，在第四晶体管(M54)的漏极上施加第一晶体管(M51)的源极输出，在结点①上施加第一偏压(Bias1)，在结点⑦上施加第二偏压(Bias2)，从而构成了源跟踪电路部(510)。

【0125】

第一转换回路部(520)的第一开关(SW51)和第三开关(SW53)若同时开闭的话，第二晶体管(M52)的波道函数(W2)和第五晶体管(M55)的波道函数(kW2)同时被决定、第二晶体管(M52)的漏极上施加电源电压(VDD)、第五晶体管(M55)的漏极上施加第二晶体管(M52)的源极输出、结点②上施加第一偏压(Bias1)、结点⑧上施加第二偏压(Bias2)，这样一来就构成了第一转换回路部(520)。

【0126】

这样一来，第一开关(SW51)和第三开关(SW53)同时开/闭来决定放大作用，这样就会具有前面图4当中所说明的线形性特征。

【0127】

第二转换回路部(530)的第二开关(SW52)和第四开关(SW54)若同时开闭的话，第三晶体管(M53)的波道函数(W3)和第六晶体管(M56)的波道函数(kW3)同时被决定、第三晶体管(M53)的漏极上施加电源电压(VDD)、第六晶体管(M56)的漏极上施加第三晶体管(M53)的源极输出、结点③上施加第一偏压(Bias1)、结点⑨上施加第二偏压(Bias2)，这样一来就构成了第一转换回路部(520)。通过连接在结点⑥上的第二电容器(C52)来切断向输出端(OUT)输出的信号中的中直流成分，起到了直流阻隔的作用。

【0128】

这样一来，第二开关(SW52)和第四开关(SW54)同时开/闭来决定放大作用，这样就会具有前面图4当中所说明的线形性特征。

【0129】

也就是说，第二晶体管(M52)和第五晶体管(M55)、第三晶体管(M53)和第六晶体管(M56)门当中，第一至第四开关(SW51至SW54)各自构成，以增益为目的的转换部和以驱动晶体管为目的的转换部为其组合的目的。

【0130】

最终结果，如前面图4所示在增益调整过程中，通过第一至第六晶体管(M51至M56)的波道频率(W1至W3、kW1至kW3)可以进行调整，所以可以构成多段。

【0131】

这样一来所得到的电路，为了调节增益而追加晶体管时，仅通过增加电路(520)就可以简单的调整增益的大小。

【0132】

这样一来，增加数个增益控制晶体管时，通过step来控制增益，通过想构成的增益调整性就可以增加晶体管。

【0133】

图六为在本发明的第二实例的第一应用回路当中，使用了改善转换部分之后的开关的高线形程控增益放大器的电路图。

【0134】

如图所示，使用了开关的高线形程控增益放大器包含了源跟踪电路部(610)、第一转换回路部(620)以及第二转换回路部(630)。

【0135】

<构成>

源跟踪电路部(610)部分包含第一电阻(R61)、第一晶体管(M61)以及第四晶体管(M64)。

【0136】

第一转换开关电路部(620)包含了第二电阻(R62)第一开关(SW61)以及第二晶体管(M62)。

【0137】

第二转换开关电路部(630)包含第三电阻(R63)、第二开关(SW62)以及第三晶体管(M63)。

【0138】

<连接关系>

第一电容器(C61)的一段被连接在第一晶体管(M61)门和第一电阻(R61)的一段上。

【0139】

第一电阻(R61)的其他段被连接在结点①上。

【0140】

第一晶体管(M61)的源极被连接在结点④上。

【0141】

第二电阻(R62)的一段被连接在结点②上、第二电阻(R62)的其他段被连接在第一开关(SW61)的一段上。

【0142】

第一开关(SW61)的其他段被连接在第二晶体管(M62)门上。

【0143】

第二晶体管(M62)的源极被连接在结点⑤上。

【0144】

第三电阻(R63)的一段被连接在结点③上、第三电阻(R63)的其他段被连接在第二开关(SW62)的一段上。

【0145】

第二开关(SW62)的其他段被连接在了第三晶体管(M63)门上。

【0146】

第三晶体管(M63)的源极被连接在结点⑥上。

【0147】

这样一来，结点①、结点②以及结点③上就同时施加了第一偏压(Bias1)。

【0148】

第四晶体管(M64)门上施加第二偏压(Bias2)、第四晶体管(M64)的漏极上连接结点④、第四晶体管(M64)的源极接地。

【0149】

这样一来，结点④、结点⑤以及结点⑥就可以同时连接在第二电容器(C62)的一段上，第二电容器(C62)的其他段构成了输出段(OUT)。

【0150】

<动作说明>

向输入段(IN)施加输入信号时，第一晶体管(M61)的波道函数(W1)和第四晶体管(M64)的波道函数(kW1)在构成电路的时候就同时决定，在第一晶体管(M61)的漏极上施加电源电压(VDD)，在第四晶体管(M64)的漏极上施加第一晶体管(M61)的源极输出，在结点①上施加第一偏压(Bias1)，在第四晶体管(M64)门上施加第二偏压(Bias2)，从而构成了源跟踪电路部(610)。

【0151】

第一转换回路部(620)的第一开关(SW61)若开闭的话，第二晶体管(M62)的波道函数(W2)被决定、第二晶体管(M62)的漏极上施加电源电压(VDD)，第二晶体管(M62)的漏极和结点⑤相连接，这样一来就构成了第一转换回路部(620)。

【0152】

这样一来，通过第一开关(SW62)的开/闭来决定放大作用，这样就会具有前面图4当中所说明的线形性特征。

【0153】

第二转换回路部(630)的第二开关(SW62)若开闭的话，第三晶体管(M63)的波道函数(W3)就会被决定、第三晶体管(M53)的漏极上施加电源电压(VDD)、第三晶体管(M63)的漏极和结点⑥相连接就构成了第二转换开关电路部(630)。

【0154】

这样一来，第二开关(SW62)通过开/闭来决定放大作用，这样就会具有前面图4当中所说明的线形性特征。

【0155】

也就是说，第二晶体管(M62)，第三晶体管(M63)门当中，第一以及第二开关(SW61，SW62)各自构成，以增益为目的的转换部和以驱动晶体管为目的的转换部为其组合的目的。

【0156】

最终结果，如前面图4所示在增益调整过程中，通过第一至第四晶体管(M61至M64)的波道频率(W1至W3、kW1)可以进行调整，所以可以构成多段。

【0157】

这样一来所得到的电路，为了调节增益而追加晶体管时，仅通过增加电路(620)就可以简单的调整增益的大小。

【0158】

这样一来，增加数个增益控制晶体管时，通过step来控制增益，通过想构成的增益调整性就可以增加晶体管。

【0159】

图7表明的电路图是使用了本发明当中的第三实例当中的开关的高线形程控增益放大器的说明图示。

【0160】

如图所示，使用了开关的高线形程控增益放大器包含了衰减部(710)、放大部(720)以及线形化部(730)。

【0161】

这样一来，衰减部(710)以及放大部(720)相关的说明在图三中已经详细表示出来，线性化部(730)在图四至图六当中详细说明，同时仅仅对衰减部(710)以及放大器(720)和线形化部(730)的有机动作进行说明。

【0162】

<构成>

衰减部(710)包含第一衰减手段(711)、第二衰减手段(712)、第三衰减手段(713)以及第四衰减手段(714)。

【0163】

放大部(720)包含第一放大手段(721HG)和第二放大手段(721LG)。

【0164】

线形化部(730)包含线形化放大手段(771)。

【0165】

<连结关系>

衰减部(710)的输出被施加在放大部(720)的输入段上。

【0166】

放大部(720)的输出被施加在线形化部(730)的输入段上。

【0167】

<动作说明>

从放大部(720)输出的信号被施加在线性化部(730)的输入段内，在线形化部(730)的线形化放大手段(771)当中，为了提高线形性使用了图四至图六当中所示的开关式高线形程控增益放大器。

【0168】

这里所说的线性化放大手段(771)的详细说明在图四至图六当中将进行详细说明。

【0169】

也就是说，在衰减部(710)当中，通过第一衰减手段(711)、第二衰减手段(712)、第三衰减手段(713)以及第四衰减手段(714)来进行输入衰减，衰减后的信号通过放大部(720)的第一放大手段(721HG)和第二放大手段(721LG)，有选择的使用于增加信号线形性的源跟踪电路的增益调节，从而实现线形性的调控。

【0170】

其结果是通过这样的构造，在想得到各种各样范围的放大器的增益时可以进行调节，在增益较低时可以程控调节增益的大小，也能确保高增益时的噪音指数。由于增益控制是由线形化部(730)所包含的晶体管的波道函数所控制的，所以具有对程序、周边温度、电压的变动等外部环境变化不敏感的特点，确保增益精密性以及安定性，增益由波道函数决定，而为了增益调节使增益调节三极管变为多段也是可能的，所以整体上来看有着很广的带域宽度，可以确保优秀的高线形性。

【0171】

在前面我们参照附表说明了本发明的实施例，有关上述的本发明的技术构成，是本发明所属技术门类的从业者在不改变本发明的技术思想和必须具有的特征的前提下，以其自身具有的具体形态而具体实施的。因此，上面说叙述的实施例子只不过是例示性的例子，不是进行限定内容的例子，这一点大家应该明白。本发明的范围在上述详细说明之外，在后面将要叙述的专利申请的范围内也涉及到了，专利申请的范围的意义、范围及其等价概念所导出的一切变更或者变形后的形态都应该看作是包含在本发明的范围之内。

【发明的效果】

【0172】

通过本发明，在可变增益放大器的低增益(Low Gain)或者高增益(High Gain)中，可以确保噪音指数以及频带宽度(Bandwidth)来实现安定的放大电路。

【0173】

另外在可变增益放大器当中，通过程控来调节从低增益到高增益的增益。从而起到了减少总耗电量的效果。

【0174】

另外其效果还在于，可变增益放大的输出可以提供从低增益到高增益的高线形性。

Claims (15)

1.一种使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：增益调节所用的衰减手段；放大输入段的信号，由输出的第一放大手段与第二放大手段构成的放大部；第一放大手段包含输入信号放大所用的第一放大器与第一放大器活性化所用的第一开关；第二放大手段包含输入信号放大所用的第二放大器与第二放大器活性化所用的第二开关。

2.根据权利要求1所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述衰减手段包含增益调节所用的开关与电阻分配器。

3.根据权利要求2所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：第一开关与第二开关相辅相成进行开关转换。

4.根据权利要求2所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：当上述衰减手段的开关为打开状态时，第一放大器的第一开关被关闭，第二放大器的第二开关则处于打开状态。

5.根据权利要求1所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述第一开关连接在第一放大器的输出段，上述第二开关连接在第二放大器的输出段。

6.根据权利要求1所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述衰减手段有一个以上并列连接。

7.根据权利要求6所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述衰减手段是分别由不同的低位(Well)构造形成的。

8.一种使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是，跟踪电路部受到偏压电压，在第三端子连接上受到偏压所用的第二偏压部，上述第一以及第二晶体管分别与第三端子形成电偶，继而形成输出信号的输出段。

9.根据权利要求8所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：

上述电路的增益，满足跟踪电路部的晶体管幅度函数与开关转换部的晶体管幅度函数的相关公式。

$A_V=\frac{g_{m1}}{g_{2m1}+g_{m2}}=\frac{{\mathrm{kM}}_1}{{\mathrm{kW}}_1+{\mathrm{kW}}_2}=\frac{W_1}{W_1+W_2}$

在此公式中，W1为第一晶体管幅度函数，W2为第二晶体管幅度函数，K为比例常数，gm1是跟踪电路部的输出电感，gm2是开关转换部的输出电感。

10.使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：包含如下方面：具备第一乃至第三端子的第一晶体管以及受到偏压所用的第一偏压部；无相位变化的电压传达所用的跟踪电路部，以及将上述跟踪电路部受到的信号分别利用第一转换开关、第二转换开关调节增益，继而产生输出信号的第一转换开关部与第二转换开关部；

上述第一转换开关部设置了拥有调节增益所用的第一乃至第三端子的第二晶体管，此第二晶体管的第一端子受到电源电压，在第二端子处连接在开关上，通过信号的打开与关闭来调节增益；上述所说的开关受到上述跟踪电路部所受到的偏压，第三端子处连接在受到偏压所用的第二偏压部；

上述第二转换开关部设置了拥有调节增益所用的第一乃至第三端子的第三晶体管，此第三晶体管的第一端子受到电源电压，在第二端子处连接在开关上，通过信号的打开与关闭来调节增益；上述所说的开关受到上述跟踪电路部所受到的偏压，第三端子处连接在受到偏压所用的第三偏压部；

上述第一乃至第三晶体管分别与第三端子形成电偶，继而形成输出信号的输出段。

11.根据权利要求10所述的使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述第一乃至第三偏压部分别由拥有第四、第五以及第六晶体管构成，上述第四乃至第六晶体管分别与第二端子形成电偶，继而形成施加定电流源的输入段。

12.根据权利要求11所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：在第5以及第6晶体管的输入段形成有开关。

13.根据权利要求10所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述第一偏压部乃至第三偏压部由一个共通偏压部形成，上述的共通偏压部由拥有第一乃至第三端子的第四晶体管构成，上述第四晶体管的第二端子形成定电流源受到的输入段。

14.根据权利要求10所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述的晶体管分别是金属氧化金属酸化半导体电场效果晶体管(MOSFET)或者双极晶体管(BJT)。

15.根据权利要求10至13之一任一权利要求所述的所述使用开关的高线形可编程序增益放大器，其特征是：上述电路的增益控制步骤满足下列公式：

$\begin{array}{c}\frac{\mathrm{\&Delta;dB}\left(A_V\right)}{\mathrm{\&Delta;W}}=\frac{\log \left(\frac{W_1}{W_1+W_{n+1}}\right)-\log \left(\frac{W_1}{W_1+W_n}\right)}{(W_1+W_{n+1})-(W_1+W_n)}\\ =\frac{\log \left(\frac{W_1+W_n}{W_{n+1}+W_n}\right)}{W_{n+1}-W_n}=\frac{\log (1+\frac{W_n-W_{n+1}}{W_1+W_{n+1}})}{W_{n+1}-W_n}\\ =\frac{\log (1+\frac{-\mathrm{\&Delta;W}}{W_1+W_{n+1}})}{\mathrm{\&Delta;W}}\widetilde{=}\frac{\frac{-\mathrm{\&Delta;W}}{W_1}}{\mathrm{\&Delta;W}}\widetilde{=}\frac{1}{W_1}\end{array}$

在此公式中，ΔdB(Av)是增益的变动值，

ΔW是幅度函数的变动值、

W1是第一晶体管的幅度函数、

Wn是第n个开关转换部的晶体管幅度函数、

Wn+1是第n+1个开关转换部的晶体管幅度函数。

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