CN1830139A - 可变增益放大器系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于控制极性环(550)中增益的系统(650、690)。本发明的实施例提供了基本不变的增益，其能容许电源电压、周围温度和/或制造过程中的变化。

Description

可变增益放大器系统
背景技术
1、技术领域
本发明一般涉及发射机体系结构。更特别地，本发明涉及可变增益放大器系统。
2、有关技术
可变增益放大器(VGA)是具有能够改变设备的增益的控制输入的设备。VGA用在许多手持的类似电话的通信手持机中，其也被称为便携式收发机。VGA控制便携式收发机中的增益。需要对VGA提供的增益值进行准确的控制。特别是对于没有自动增益调节来补偿制造过程、周围温度、和/或电源电压中的变化的系统是如此，或者对于在反馈路径中例如在极性环发射机体系结构中(例如，在传输过程中传输相位和幅度信息的发射体系结构)有具有VGA的反馈环的系统也是如此，。
对于在反馈路径中具有一个或更多VGA的反馈环，具体地在前馈路径中具有一个或更多附加的VGA。例如，可能在基带(BB)实施一级或更多级VGA，在中频(IF)实施一个或更多VGA工作。IF VGA具有与BB VGA增益变化方向相反的增益变化，以尽量保持环路增益的相对稳定性。否则系统将变得不稳定。
VGA设计的两种基本方法，或者一般地，使用VGA的系统的设计包括信号求和VGA(例如，用于求和两个具有两种不同增益的不同电流通路的VGA的特殊拓扑)以及软切换负反馈(例如，负反馈是包括在放大器发射端的并行设置的可变阻抗的负反馈元件，该软切换包括使用控制电压电路控制可变阻抗，与离散(数字)控制电压值相比，其中的控制电压电路工作在电压值(模拟)的连续范围内)，这两种方法都在下面IEEE出版物中被提到：S.Otaka等人的“具有500MHz带宽的低功率低噪声精确的以dB为线性(linear-in-dB)的可变增益放大器”IEEE J.固态电路，PP.1942-1947，Dec.2000，以及F.Behbahani等人的“用于宽带CMOS无线接收机的自适应模拟IF信号处理器”IEEE J.固态电路，pp.1205-1217，Aug.2001，其被引用于此以作参考。
在第一种方法中(即，在S.Otaka等人的报告中)，在线性和噪声之间存在折衷，主要是因为负反馈不随增益变化。在第二种方法中，由软切换负反馈配置实现的负反馈随增益变化(例如，对于大信号，负反馈大，而对于小信号，负反馈小)，这有助于实现关于输入信号的线性和低噪声。然而，电源电压、温度以及制造过程的中的变化存在增益变化(例如，增益不是固定的)。而且，使两个串联的VGA(即，在同一电路环路中的VGA，在每个VGA之间具有或不具有介入元件)匹配以消除其增益变化是困难的。
图1A-3是提供在极性环发射机体系结构中的VGA系统的概观的示意图和方块图，其突出了传统VGA系统中出现的一些问题。在典型的便携式收发机设备中，调整IF VGA的增益以控制功率放大器的输出功率(以下述方式)，并且BB VGA一般用于补偿IF VGA的增益变化。进行这种IF VGA与BB VGA的组合以试图提供不变的增益(和由此的反馈环的稳定性)和避免频谱再生。应该知道在无线通信中的一些标准中是不允许频谱再生的。
图1A是携带幅度信息的部分极性环系统100的简化方框图。尽管单线被表示为到各个部分的连接，但是本领域普通技术人员应该理解连接可以包括不同的输入。这种部分极性环系统100可以是便携式收发机的发射机部分的一部分。如所示，部分极性环系统100包括误差信号放大器102、BB VGA 104、功率放大器(PA)106、中频混频器108，以及IF VGA 110。误差信号放大器102在节点112接收电压Vref。Vref包括从调制器例如同相正交(In-Phase-Quadrature)(I/Q)调制器(未示出)和下面描述其它处理部件接收的变化的幅度信息。误差信号放大器102还通过连接122从IF VGA 110接收电压Vfb。误差信号放大器102从Vref中减去Vfb并通过连接114将最后所得到的信号(具有或不具有增益)提供给BB VGA 104。BB VGA 104的输出通过连接116被输入到PA 106，其在节点118生成输出Vout。PA 106的Vout反馈到IF混频器108。经连接120输出的IF信号被输入到IF VGA 110，该IF VGA 110输出一信号，该信号经连接122返回到误差信号放大器102从而完成环路。
闭环增益由下式给出：
Vout＝(Vref-Vfb)AerrABBVGAAPAAmix                    (1)
其中Aerr、ABBVGA、Amix以及APA分别是误差信号放大器102、BB VGA104、IF混频器108以及PA 106的增益。换句话说，(Vref-Vfb)在前馈路径中被放大。而且Vfb是输出电压(Vout)乘以反馈路径(其包括Amix表示的中频混频器108的增益和AIFVGA表示的IF VGA 110的增益)中的增益。因此，
Vfb＝VoutAIFVGAAmix                                     (2)
Vout/Vref＝ABBVGAAPAAerr/(1+ABBVGAAmixAPAAerrAIFVGA) (3)
假设“1”在分母中可以被忽略。开环增益T近似为：
T＝ABBVGAAPAAmixAerrAIFVGA                              (4)由于IF VGA 110的增益和BB VGA 104的增益彼此成反比，开环增益与VGA增益相比是固定的。
如果T＞＞1，则闭环增益减小为：
Vout/Vref≌1/AIFVGA                                      (5)因此，如果前馈路径中的增益大，则输出(Vout)由反馈路径中的增益控制。PA 106的输出直接与IF VGA 110的增益(和幅度变化)相关。例如，如果IF VGA的增益大，则PA输出功率小。如果IF VGA的增益小，则PA输出功率大。
为了使系统稳定，希望限制开环增益的变化。为了达到这个目的，可以通过BB VGA 104的补充操作来补偿IF VGA增益的变化。例如，IFVGA增益的增加可以通过BB VGA增益减小补偿，反之亦然。
图1B和1C是IF VGA 110a和与IF VGA 110a共同工作的BB VGA104a的组合示意图和方块图。“a”表示用于图1A中所示的各IF VGA 110和BB VGA 104的一个实施例。图1B中的IF VGA 110a包括差分对晶体管124和126，其分别经连接120(图1A)在基极端125和127接收差分输入。在差分对晶体管124和126的发射极端是发射极负反馈元件128，其包括一个或多个作为可变阻抗的N沟道MOSFET(或NMOS晶体管)。负反馈元件包括在包含放大器的输入极的晶体管源级端或发射极的阻抗。该阻抗可以包括来自晶体管和/或电阻器(全体电阻元件)的阻抗。负反馈元件通常通过某种程度地降低增益和噪声来改善线性。通过使用到控制端132的控制电压VC1，发射极负反馈元件128中的NMOS晶体管的等效阻抗被改变(变化)(通过软切换，软切换使用来自控制电压电路的连续范围(0-100％)的电压值以产生增益的平滑变化，或者离散地(0或100％，或数字的)切换以产生增益的“阶梯”变化)。VC1被连接到阻抗网络(未示出)，其被增加或减小以提供交错电压，以改变一个或更多NMOS晶体管的等效阻抗。随着NMOS晶体管数量的增加，发射极负反馈元件128的最终等效阻抗降低，提供了增益上的变化。
IF VGA 110a还包括在差分对晶体管124和126的集电极端的集电极负载130。集电极负载130包括一个或更多作为可变阻抗的P沟道MOSFET(或PMOS晶体管)。集电极负载130的输出经连接122(图1A)。通过使用到控制端134的控制电压VC2，也可以改变集电极负载130的PMOS晶体管的等效阻抗。通过直流(DC)电源(未示出)提供电源，该直流电源向电源端136提供电压Vcc，其向差分对晶体管124和126以及如下所述的其它部件提供电源电压，。
参考图1C，BB VGA 104a与IF VGA 110a一同工作以试图提供稳定的增益控制。BB VGA 104a的结构类似于IF VGA 110a，差分对晶体管138和140分别从连接114(图1A)在基极端139和141接收差分输入，发射极负反馈元件142包括一个或多个NMOS晶体管，集电极负载146包括一个或多个PMOS晶体管。通过使用到控制端148的控制电压VC3，可以控制发射极负反馈元件142。通过使用到控制端150的控制电压VC4，可以控制集电极负载146。通过直流电源(未示出)提供电源，该直流电源向电源端152以及其它部件提供电压Vcc。
控制电压VC1和VC2以相同的方向变化(例如，如果VC1增加，VC2增加)。控制电压VC3和VC4也以相同的方向变化，但是其变化方向与控制电压VC1和VC2的变化方向相反，这是因为希望得到相反的增益响应以提供稳定的增益控制。
图2A和2B是表示配置包括IF VGA 110b和BB VGA 104b的VGA系统的另一种方法的组合示意图和方块图。“b”表示用于图1A所示的各IF VGA 110和BB VGA 104的另一个实施例。IF VGA 110b包括差分对晶体管224和226，其分别从连接120在基极端225和227上接收差分输入。电阻器254和256连接在接收电源电压Vcc的电源端136和每个差分对晶体管224和226的集电极端。电阻器254和256包括集电极负载。IF VGA 110b还包括发射极负反馈元件228，该发射极负反馈元件228包括一个或更多NMOS晶体管。通过使用到控制端132的控制电压VC1，控制发射极负反馈元件228。
在图2B中，BB VGA 104b与IF VGA 110b一同工作，BB VGA 104b的结构类似于IF VGA 110b。BB VGA 104b包括差分对晶体管238和240，其分别从连接114(图1A)在基极端239和241接收差分输入，集电极电阻器258和260通过电源端152连接到电源电压Vcc，发射极负反馈元件242包括一个或更多NMOS晶体管，通过使用控制端148的控制电压VC3控制发射极负反馈元件242。在这个例子中，VC1和VC3以相反的方向变化(即，当VC1增加，VC3减小，反之亦然)。
图3是IF VGA 110a的示意图。类似的结构也可以用于BB VGA 104a(图1C)。在一般的便携式收发机系统中，使用(例如，级联以提供相同或不同增益)IF VGA和/或BB VGA的一级或更多级以提供更宽的增益范围。输入信号通过连接120(图1A)施加到差分输入端302和314。输入端302通过连接304连接到差分对晶体管124的基极端125。输入端314通过连接316连接到差分对晶体管126的基极端127。除了基极端125，差分对晶体管124还包括集电极端308和发射极端312。类似地，除了基极端127，差分对晶体管126还包括集电极端320和发射极端324。
例如直流(DC)电源(未示出)的能源通过电源端136向偏置电路328提供电压(Vcc)，偏置电路328包括电流源329。偏置电路328的电流源329使电流经电流源晶体管319和321(其从电流源329镜像电流)流过电阻器330、332和334，以偏置基极端125和127。基极端125和127以及连接到发射极端312和324的偏置电路328的电流源晶体管319和321，处于与Vcc有关的电压电平。合适地偏置时，电流源晶体管319和321使电流流过差分对晶体管124和126，使基极端125和127上的电压随Vcc的变化而变化。
加在电源端136的直流电源向偏置电路336、集电极阻抗338和340、以及射极跟随器配置的输出晶体管342和348的集电极端提供电压。输出晶体管342和348连接到输出端346和350，其提供经连接122(图1A)的信号。作为例子被表示为使用PMOS电流反射镜构造的偏置电路336，向集电极负载130提供电流源。该电流源避免了通过集电极负载130的集电极阻抗338和340的过多的压降。
集电极负载130包括一个或更多并联的PMOS晶体管353，PMOS晶体管353分别向差分对晶体管124和126的集电极端308和320提供可变电阻负载。集电极负载130还包括在差分对晶体管124和126的集电极端308和320的集电极电阻器338和340。根据加在控制端134上的变化的VC2，集电极负载130的阻抗变化。VC2通过阻抗网络354连接到集电极负载130上。通过(或者以软切换方式，或者以离散(数字)的方式)使集电极负载130的PMOS晶体管353导通和截止来改变集电极负载130的等效阻抗。例如，集电极负载130的所有PMOS晶体管353截止，差分对晶体管124和126的集电极端的阻抗由集电极电阻器338和340产生。使PMOS晶体管353导通，减小了组合的集电极电阻器338和340的等效阻抗并提供了集电极负载130的平衡。
发射极负反馈元件128包括在发射极端312和324之间。发射极负反馈元件包括与一个或更多NMOS晶体管359并联的电阻器360。发射极负反馈元件128的NMOS晶体管359被表示为在每个NMOS晶体管359的源极端和漏极端与两个其它电阻器361和363串联。电阻器361和363减小了NMOS晶体管359的可变阻抗的变化产生的总的阻抗的效果。类似于集电极负载130的PMOS晶体管353，发射极负反馈元件128的NMOS晶体管359的等效阻抗通过控制端132处施加的VC1经电阻网络362连接到发射极负反馈元件128而改变上。例如，当加到控制端132的VC1低时，发射极负反馈元件128的所有NMOS晶体管359截止，导致发射极端312和324的阻抗主要由电阻器360提供。如果加到控制端132的VC1高时，一个或更多NMOS晶体管359开始导通，导致电阻器360与激活的NMOS晶体管359和关联的电阻器361和363并联，减小了发射极端312和324上的总的电阻负载。
实现上述的改变集电极负载130和发射极负反馈元件128的等效阻抗的控制操作以提供dB为线性的增益控制(例如，差分对晶体管124和126的电压增益以分贝表示＝20log|被表示为电压与电压之比的电压增益|dB)。IF VGA 110a的增益由差分对晶体管124和126的集电极上的总电阻负载除以差分对晶体管124和126的发射极上的总电阻负载确定。一般地，如果差分对晶体管124和126的固有发射极电阻被忽略，IF VGA 110a的增益近似为包括与集电极电阻器338和340并联的PMOS晶体管353的集电极负载130除以发射极负反馈元件128(包括与NMOS晶体管359和串联电阻器361和363的组合并联的电阻器360)。因此，如果希望增益增加，总的集电极电阻负载增加和/或总的发射极电阻负载减小。为了减小IF VGA 110a的增益，总的集电极电阻负载减小和/或总的发射极电阻负载增加。
尽管发射极负反馈元件128的NMOS晶体管359被表示为与电阻器361和363串联，而集电极负载130的PMOS晶体管353在每个PMOS晶体管353的源极端和漏极端不具有这种组合，但是本领域技术人员应该知道PMOS晶体管353和NMOS晶体管359都可以使用或不使用串联电阻器。例如，设计者可以选择在集电极负载130的PMOS晶体管353上使用串联电阻器，以实现更少地依赖于晶体管自身的电阻率的可变电阻。
上述IF VGA 110a(不管是单独的，还是与IF VGA 110a的结构类似构造的其它VGA(例如，BB VGA(或多个)，IF VGA(或多个)组合)所具有的一个问题是，当电路动态变化特性是由于电源电压、周围温度和/或制造过程的变化产生时，很难控制总的增益。因此，许多设计者的目的是提供相对稳定(例如，在小的变化范围内)的总增益(例如，由于IFVGA 110a和BB VGA 104a的组合产生)。
图4A和4B是描述传统的VGA系统例如图3中描述的VGA系统110a所具有的一些问题的曲线图。图4A表示模拟的由于组合电路的电源电压(例如，以0.1V增量变化的2.7V到3.3V的变化)的变化引起的增益变化，组合电路使用与图3所示的VGA 110a构造相似的IF VGA和BBVGA。图4B表示相应于图4A中的曲线，由于IF VGA和BB VGA的组合产生的总的增益变化。在图4A中，曲线包括相应于差分输入控制电压的X轴和相应于以分贝(dB)为单位的增益的Y轴。曲线402在大约50dB处开始在-10dB处结束，相应于IF VGA的增益。IF VGA的曲线402中的每条曲线相应于由于电源电压变化引起的增益变化，由符号表405中表示的相应于Vcc的值的符号指示。IF VGA的输出电平随着差分输入控制电压(例如，用于产生VC1和VC2(图1B)的电压)的增加而减小，并随电源电压的变化而变化，但是由于电源变化而造成的每条曲线明显不同，由于周围温度和/或制造过程的变化将被加剧。这存在问题，因为随着电源电压减小，差分输入控制电压就必须减小以保持不变的电源电平输出。
标记为404的曲线表示随差分输入控制电压的增加增益增加，其对应于电源电压的变化(此外，如果BB VGA受到制造过程和/或周围温度的变化，增益的变化会加大)。BB VGA曲线404具有大约从30dB到-30、到-35dB的范围，该范围超过差分输入控制电压的范围。VGA系统设计的一个目标是将IF VGA和BB VGA的组合增益变化保持在有限的范围内。图4B表示用于改进图4A所示的曲线402，404IF VGA和BB VGA的模拟、组合增益变化曲线406。组合增益变化曲线406的范围是从31dB降到16dB。即使在点A和B之间表示的希望的线性工作范围内，对于给定差分输入控制电压由于电源电压(例如，Vcc)的变化产生的输出功率的变化也是相当大的。
因此，希望提供一种VGA系统以控制功率放大器，其在受到电源电压、周围温度和/或制造过程的变化时只表现出有限的增益变化。
发明内容
本发明的实施例包括用于控制极性环中的增益的可变增益放大器(VGA)系统。本发明的实施例提供不论电源电压、周围温度和/或制造过程中的变化，仍具有基本不变的增益的VGA。在一个实施例中，可变增益放大器包括差分对晶体管、连接到差分对晶体管的负反馈元件，以及与负反馈元件类似类型的元件(例如，类似类型指类似元件，例如负反馈负载中的N沟道金属氧化物半导体(NMOS)器件和集电极负载中的NMOS器件)，其中集电极负载连接到差分对晶体管，其中，在中差分输入控制电压为零时，可变增益放大器的增益由集电极负载与负反馈元件的物理尺寸比(例如，长和/或宽)确定。
还提供了操作的相关方法。本领域技术人员在研究了下面的附图和相信描述后将更明白本发明的其它系统、方法、特点以及优点。其目的在于所有这些其它的系统，方法、特点以及优点都包括在该描述中，都在本发明的范围之内，并受所附权利要求书的保护。
附图说明
参考附图将更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件不是按比例，相反应该把重点放在清楚地说明本发明的原理上。而且，在附图中，相同的标号在整个几幅附图中表示相应的部分。
图1A是携带幅度信息的极性环系统的一部分的简化方块图；
图1B和1C是说明用于中频(IF)可变增益放大器(VGA)和基带(BB)VGA的示例性配置的组合示意图和方块图；
图2A和2B是说明用于IF VGA和BB VGA的另一个示例性配置的组合示意图和方块示意图；
图3是说明与图1B中所示的IF VGA类似配置的一般的可变增益放大器(VGA)的示意图；
图4A是表示由于电源电压的变化以分贝(dB)为单位的增益和差分输入控制电压之间的关系的曲线图；
图4B是表示电源电压的变化和与图4A相关的组合的VGA系统的增益之间的关系的曲线图，其中的增益为差分输入控制电压的函数；
图5是说明简化的便携式收发机的方块图；
图6是用于图5所示的便携式收发机的发送部分的方块图；
图7A和7B是说明用于图6所示的发射部分的IF VGA和BB VGA的一个实施例的方块图；
图8A是具有第一偏置方案的IF VGA的实施例的示意图，该IF VGA的构造与图7A中所示的IF VGA的实施例类似；
图8B是具有第二偏置方案的IF VGA的实施例的示意图，该IF VGA的构造与图7A中所示的IF VGA的实施例类似；
图9是说明多级IF VGA控制方案的实施例的组合示意图和方块图；
图10A和10B是说明用于图6所示的发送部分的IF VGA和BB VGA的一个可选实施例的组合示意图和方块图；
图11A是表示电源电压变化和作为差分输入控制电压的函数的增益之间的关系的曲线图，其中增益是包括IF VGA和BB VGA的VGA系统的增益；
图11B是表示电源电压变化和作为差分输入控制电压的函数的增益之间的关系的曲线图，其中增益是与图11A关联的VGA系统的增益；
图12A和12B是表示对于包括IF VGA和BB VGA的另一个示例性VGA系统，除电源电压变化外制造过程的变化和周围温度的变化之间关系的曲线图。
具体实施方式
尽管特别参考便携式收发机描述了可变增益放大器(VGA)系统，但是可变增益放大器(VGA)系统(包括一个或更多处于基带(BB)频率、射频和/或中频(IF)的VGA)可以在使用实现相位和/或幅度变化的调制方案来携带信息任何系统和/或使用反馈控制环的系统中实现。下面的描述将描述在规定的差分输入控制电压下提供基本稳定的增益的VGA拓扑的几个实施例。此外，描述的几个实施例说明了如何以互补的方式配置两个或更多VGA以提供基本稳定的增益总和。例如，描述了说明在两个或更多VGA之间的互补关系的极性环结构。
图5是说明简化的便携式收发机500的方块图。便携式收发机500包括扬声器502、显示器504、键盘506以及传声器508，这些元件都连接到基带子系统530。在具体的实施例中，便携式收发机500可以是，例如但不限于，诸如移动/蜂窝类型电话的便携式无线通信手机。如本领域技术人员所知，扬声器502和显示器504分别通过连接510和512从基带子系统530接收信号。类似地，键盘506和传声器508分别通过连接514和516向基带子系统530提供信号。基带子系统530包括通过总线528通信的微处理器(μP)518、存储器520，模拟电路522以及数字信号处理器(DSP)524。总线528尽管被表示为单条总线，但是可以在基带子系统530中使用子系统必要连接的多条总线来实现总线528。微处理器518和存储器520为便携式收发机500提供信号定时、处理和存储的功能。模拟电路522为基带子系统530中的信号提供模拟处理功能。基带子系统530通过连接534向射频(RF)子系统544提供控制信号。尽管被示出为单个连接534，但是控制信号可以是来自于DSP524和/或微处理器518，并被提供给RF子系统544中的多个点。应该知道为了简化，这里只示出了便携式收发机500的基本部件。
基带子系统530还包括模数转换器(ADC)532和数模转换器(DAC)536和538。尽管DAC 536和538被表示为两个分离的设备，但是应该理解可以使用实现DAC 536和538的功能的单个数模转换器。ADC 532，DAC 536和538同时通过总线528与微处理器518、存储器520、模拟电路522以及DSP 524通信。DAC 536将基带子系统530中的数字通信信息转换为模拟信号，以通过连接542传输到RF子系统544。DAC 538通过连接546提供对极性环550中一个或更多IF VGA和BB VGA(未示出)的增益控制(例如，单端的或差分输入控制电压)。连接542包括同相(“I”)和正交(“Q”)信息，该信息将被输入到极性环电路550的调制器(未示出)中。
RF子系统544包括极性环电路550，极性环电路550为RF子系统544提供调制、放大以及传输的功能。极性环电路550通过连接562和开关574向天线572提供放大的信号。作为说明，开关574控制连接562上的放大信号是否被传输到天线572，或从天线572接收的信号是否被提供给滤波器576。开关574的操作是由通过连接534来自基带子系统530的控制信号控制的。可选地，开关574可以被允许发射信号和接收信号的同时通过的滤波器对(例如，天线收发转换开关)代替，这一点本领域技术人员已知。连接562上的一部分放大的发射信号能量被提供给极性环电路550中的混频器(未示出)。
由天线572接收的信号将被直接送到接收滤波器576。接收滤波器576过滤所接收的信号并通过连接578向低噪声放大器(LNA)580提供被过滤的信号。接收滤波器576是带通滤波器，其让便携式收发机500在其中工作的特殊蜂窝系统的所有信道通过。作为一个例子，对于900MHz GSM(全球移动通信系统)系统，接收滤波器576通过从925MHz到960MHz的所有频率，覆盖了所有174个相邻的信道，每个信道为200KHz。该滤波器的目的是滤除希望范围外的所有频率。LNA580将连接578上的非常微弱的信号放大为下变频器584能够将信号从发射频率转换为IF频率的电平。可选地，可以使用其它元件，例如但不限于，低噪声模块下变频器(LNB)，实现LNA580和下变频器584的功能。
下变频器584通过连接570从极性环电路550的UHF VCO(未示出)接收频率参考信号，也被称为“本地振荡器”信号，或“LO”，该信号向下变频器584指示合适的频率，以将通过连接582从LNA580接收的信号下变频为该合适的频率。下变频的频率被称为中频或IF。下变频器584通过连接586将下变频的信号发送到信道滤波器588，其也被称为“中频滤波器”。信道滤波器588对下变频的信号进行滤波并通过连接590将其提供给放大器592。信道滤波器588选择一个希望的信道并滤除所有其它的信道。使用GSM系统作为例子，实际上只有174个连续信道中的一个被接收。在所有的信道通过接收滤波器576并被下变频器584下变频后，只有一个希望的信道正好出现在信道滤波器588的中心频率上。合成器(未示出)通过控制在连接570上提供给下变频器584的本地振荡频率，来确定选择的信道。放大器592放大接收的信号并通过连接594将放大的信号提供给解调器596。解调器596恢复发射的模拟信息并通过连接598将表示该信息的信号提供给ADC 532。ADC 532将这些模拟信号转换为基带数字信号并通过总线528将信号传输到DSP 524以进行进一步处理。作为可选的方案，连接586上的下变频的载波频率(RF频率)可以是0Hz，在这种情况下，接收器被称为“直接转换接收器”。在这种情况下，信道滤波器588被实现为低通滤波器，解调器596可以被省略。
图6是包括图5中所示的便携式收发机的发射部分的极性环电路550的方块图。极性环电路550由携带相位信息和幅度信息的相位环路和幅度环路组成。使用极性环电路550的调制方案中的功率放大器具有不同地施加到功率放大器上的幅度信息和相位信息。相位信息加到功率放大器的输入端，相位信息在输入端被放大并经输出连接输出。幅度信息用于控制功率放大器的增益，因此被提供给功率放大器的功率控制端。因此功率放大器接收变化的相位或频率，但是恒定幅度的输入。通过加到功率放大器的增益控制端的可变化的幅度信号控制功率放大器，从而导致功率放大器的变化的幅度信号的输出。相位环路包括具有下述部件的通路：UHF压控振荡器(VCO)602，除法器606和610，相位频率检测器(PFD)614，电荷泵618，低通滤波器(LPF)622，发射器VCO 626，缓冲器630，功率放大器634，耦合器638，混频器640，IF可变增益放大器(VGA)650，限幅器656和674，滤波器661，IF缓冲器664，以及基带(BB)调制器668。
幅度环路包括相位环路中所示的上述部件(除了限幅器674)，滤波器676和692，放大器678，包络检测器682和687，减法器685，BB VGA690，以及缓冲器694。应该知道对于幅度环路或相位环路，一些实施例可以具有更少的或不同的部件。
从极性环电路550的相位环路开始，UHF VCO 602在连接604上提供频率参考信号，其也被称为“本地振荡器”信号，或“LO”。连接604上的频率参考信号被除法器606的预定数值M除。节点608上的信号进一步被除法器610的预定数值N除。如下所述，节点608上的信号也被提供给“LO”缓冲器644。除法器606和610勾勒了(delineate)UHF VCO602的频率值，以为便携式收发机500的特殊用户建立传输信道。UHFVCO 602还通过连接570为图5中的下变频器提供控制信号。
除法器通过参考端口连接612向PFD 614输出信号。接着通过连接616将检测的信号提供给电荷泵618。电荷泵618通过连接620向低通滤波器622输出信号，其中被滤波的信号通过连接624提供给发射VCO 626。发射VCO 626调制连接624上的信号的相位或频率。从发射VCO 626输出的信号通过连接628在缓冲器630中缓冲，接着缓冲的信号通过连接632被提供给功率放大器634的输入。
功率放大器634的输出通过连接636施加到耦合器638上。来自耦合器638的信号的一部分相位或频率信息通过连接660反馈给混频器640。来自耦合器638的信号的其余能量通过连接562提供给开关574(图5)。来自开关574的信号被提供给天线572(图5)以进行发射。
混频器640还从UHF VCO 602接收被M除并缓冲信号，该UHF VCO602作为混频器640的本地振荡器，该混频器640将功率放大器输出的RF信号混频降低到IF信号。即，在节点608被M除的信号的一部分通过连接642提供给“LO”缓冲器644。接着缓存的信号经连接647被提供给混频器640。连接660上的RF信号通过混频器640混频降低为IF，并通过连接648被提供给IF VGA 650。连接546向IF VGA 650和BB VGA 690提供可变控制输入。通过改变施加到连接546的增益控制信号可以调整IFVGA 650和BB VGA 690的增益。
IF VGA 650的输出经连接652被施加到从节点654开始的两个不同路径上。沿着第一条路径，离开节点654的信号被输入到限幅器656，限幅器656从来自IF VGA 650的IF信号输出中去除幅度信息。接着限幅器656的输出通过连接658提供给滤波器661，滤波器661提供带通和低通滤波功能。从滤波器661输出的已滤波的信号通过连接662提供并在IF缓冲器664被缓冲。IF缓冲器664通过连接666向BB调制器668输出已缓冲的信号。BB调制器668对输入到其中的基带I和Q信号进行调制，并对携带基带信息的已调制的信号进行增频变频(upconvert)。例如，在符合EDGE(增强型数据速率GSM演进)标准的系统中，根据π/8差分相移键控(DPSK)调制方法，改变相位和幅度信息，从而对功率放大的线性提出了严格的要求。通过连接542(图5)从DAC 536(图5)中提供基带I和Q信息。被调制的信号通过连接671提供给节点672，其中有两条信号路径可用。继续相位环路，在节点672处的被调制的信号被提供给限幅器674，接着通过连接675返回到PFD 614以闭合相位环路。
现在参考幅度环路，节点672处的信号被提供给带通滤波器676，该信号包括幅度和相位信息。带通滤波器676的输出通过连接677被提供给放大器678。放大器678放大连接677上的信号并通过连接680将输出提供给包络检波器682。包络检波器682检测连接680上的幅度信息的包络。包络检波器682通过连接684向减法器685输出参考信号。类似地，IF VGA650在节点654处的输出通过连接686提供给包络检波器687。包络检波器682和687分别去除连接680和686上的信号中的相位或频率信息，只剩下幅度信息。携带这种来自包络检波器687的幅度信息的连接688上的反馈信号通过连接688被输入到减法器685。因此，来自IF VGA 650的输出(反馈路径)的反馈信号与连接684(参考路径)上的参考信号相比，在连接689上产生误差信号。连接689上的误差信号被输入到BB VGA690，BB VGA 690放大连接689上的误差信号。连接691上被放大的信号在滤波器692中被滤波，接着通过连接693被输入到缓冲器694。缓冲器694通过增益控制连接695向功率放大器634输出缓冲的信号，从而实现功率放大器634的增益变化。
因此，功率放大器634通过连接632接收信号，该信号具有不变的幅度信息但是变化的相位信息或频率信息，这主要是由于发射机VCO 626导致的。然而，功率放大器634的输出具有变化的幅度，该变化是由于与BB VGA 690输出的可变幅度信息相应的增益控制连接695出现的变化产生的。连接546携带在DAC 538(图5)产生的控制信号以控制IF VGA 650和BB VGA 690。
图7A和7B是说明用于图6中所示的发射部分的IF VGA 650a和BBVGA 690a的一个实施例的组合示意图和方块图。在图7A中，示出了IFVGA 650a。IF VGA 650a包括差分对晶体管704和706，在差分对晶体管704和706的基极端通过连接648(图6)接收差分输入。尽管被表示为NPN双极结晶体管(BJT)，但是PNP BJT及其它晶体管可以用在其它实施例中，其它晶体管例如异质结双极晶体管(HBT)、结型场效应晶体管(JFET)以及金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)。差分对晶体管704和706包括连结到差分对晶体管704和706的发射极端的一发射极负反馈元件708。发射极负反馈元件708由施加到控制端710的控制电压VC1控制。发射极负反馈元件708包括第一种类型的可变阻抗，例如一个或更多NMOS晶体管(例如，或其它阻抗元件，例如其它三端的器件或电阻器)。IF VGA 650a还包括电流反射镜712，在一个实施例中，电流反射镜712包括一对PMOS晶体管712a和712b。电流反射镜712将差分对晶体管704的电流i1镜像到集电极负载716。类似地，电流反射镜714(包括一对PMOS晶体管714a和714b)将差分对晶体管706的电流i2镜像到集电极负载716。在其它实施例中，镜像电流的功能可以由“折叠(folding)”电流代替(例如，使用电流源而不是PMOS晶体管)，本领域熟知该术语。而且，在其它实施例中，可以使用相对于地端(与这里所述Vcc相比)镜像电流的电流反射镜。例如，PMOS晶体管可以被配置为差分输入晶体管，电流反射镜可以包括NMOS晶体管。同样地其它变换也可以被使用。集电极负载716阻抗的变化由加到控制端718的控制电压VC2控制。通过连接652(图6)提供集电极负载716的输出。DC电源(未示出)向电源端719提供电源电压Vcc。
集电极负载716包括与发射极负反馈元件708类似类型的阻抗元件(例如，NMOS晶体管)，而不同与图1B和1C所示的传统系统。例如，图1B所示的传统系统提供的发射极负反馈元件128使用与集电极负载130中晶体管类型(例如，PMOS)不同的晶体管类型(例如，NMOS)。当电路受到电源电压、周围温度和/或制造过程的变化时，在集电极负载130和发射极负反馈元件128之间使用不同的晶体管(因此不同的宽度和/或长度的尺寸，和/或不同的阈值电压)，会导致阻抗在宽范围内变化，这种阻抗在宽范围内的变化将转换为增益在宽范围内的变化。尽管集电极负载716使用与发射极负反馈元件708相同类型的可变阻抗，但是其可以使用不同尺寸(因此有不同的欧姆值)的阻抗。例如，发射极负反馈元件708可以具有1K欧姆的标称阻抗，集电极负载716可以具有3K欧姆的标称阻抗。如下所述，当VC1基本等于VC2时，IF VGA 650a的增益为3(即，3K除以1K)。因此，集电极负载716和发射极负反馈元件708的NMOS晶体管是相同的类型，但具有不同的长度和/或宽度(例如，集电极负载716的3K欧姆阻抗的NMOS晶体管长度可是300微米，而发射极负反馈元件708的1K欧姆阻抗的NMOS晶体管长度可是100微米)。因此，IF VGA 650a的增益由集电极负载716的阻抗元件(例如，电阻器和/或晶体管)的长和/或宽除以发射极负反馈元件708的阻抗元件(例如，电阻器和/或晶体管)的长和/或宽得到的比值确定。当控制电压VC1和VC2的值基本相同(例如，差分输入控制电压为0V)，并使用包括相同类型可变阻抗的发射极负反馈元件708和集电极负载716时，IF VGA 650a的增益基本不变，尽管电源电压、周围温度和/或制造过程发生变化，这是因为阻抗元件精密地匹配。
与图1A和1B所示的传统方法的不同还在于施加控制电压VC1和VC2使其相反地作用(即，当VC1增加，VC2减小)。即，在单级IF VGA 650a中，控制电压VC1和VC2以相反的方向作用。本发明实施例的结构可以产生这种相反极性控制电压的方法。
图7B表示与图7A中的IF VGA 650a共同工作的BB VGA 690a的方块图。如所示，BB VGA 690a的构造类似于IF VGA 650a，因此除下面的描述外将不描述相同的元件。发射极负反馈元件728和集电极负载736由通过连接施加到控制端730和738的控制电压VC3和VC4控制。与描述IFVGA 650a的控制电压的工作类似，控制电压VC3和VC4在单个BB VGA690a级中以相反的方向变化。而且，为了提供稳定的增益控制，VC1和VC4以相同的方向变化，而VC2和VC3的变化方向相同。
图8A是IF VGA 650a的示意图，其可以以单级或多级实现。连接648(图6)上携带的输入信号被施加到差分输入端802和814。输入端802通过连接804连接到差分对晶体管704的基极端810。输入端814通过连接816连接到差分对晶体管706的基极端822。除了基极端810外，差分对晶体管704包括集电极端808和发射极端812。类似地，除了基极端822外，差分对晶体管706包括集电极端820和发射极端824。
电源端719通过连接827将来自直流(DC)电源(未示出)的电压(Vcc)耦合到偏置电路828。偏置电路828包括电流源829和电阻器819和821。电阻器819和821表示偏置配置的一部分，其使基极端810和822与地端有关。可以使用其它的偏置方案，如图8B将描述的。电源端719还通过连接823将来自电源的电压耦合到偏置电路899，并向电阻器830和831和电阻器832提供DC电压。也从DC电源(施加在电源端719)向电流反射镜712和714提供电压。电流反射镜712和714包括PMOS晶体管，如图7A和7B有关描述。差分对晶体管704和706的集电极电流被电流反射镜712和714的PMOS晶体管镜像，以允许用在发射极负反馈元件708的负载与用在集电极负载716的负载相同或相似。电流反射镜712和714的PMOS晶体管通过二极管接法的晶体管(diode-connectedtransistor)838和844以及电阻器840和846将差分对晶体管704和706的电流镜像到集电极负载716。集电极负载716包括一个或更多并联配置的NMOS晶体管849。集电极负载716还包括二极管接法的晶体管838和844以及电阻器840和846。二极管接法的晶体管838和844用于匹配差分对晶体管704和706的固有基极-发射极的阻抗。集电极负载716的NMOS晶体管849在每个NMOS晶体管849的源极和漏极与两个电阻器851和853串联连接。集电极负载716包括与发射极负反馈元件708的阻抗元件类型相似的阻抗元件，发射极负反馈元件708连接到差分对晶体管704和706的发射极端812和824。
集电极负载716的阻抗根据加在控制端718的变化的控制电压VC2变化，控制电压VC2通过阻抗网路852连接到集电极负载716。集电极负载716的可变阻抗通过(例如，使用软切换或离散切换方法)顺序地导通和截止集电极负载716的NMOS晶体管849来改变。
输出晶体管858和862处于IF VGA 650a的集电极侧，其提供射极跟随器的配置，射极跟随器在输出端860和864通过连接652(图6)提供输出电压。应该知道可以在803端得到差分集电极电压，VCP(“C”表示集电极，“P”表示正极)和VCM(“M”表示负极)，下面将进行描述。
发射极负反馈元件708包括在差分对晶体管704和706的发射极端812和824之间。发射极负反馈元件708包括与一个或更多NMOS晶体管861并联的电阻器868。发射极负反馈元件708还包括电阻器819和821，电阻器819和821也与电阻器868并联。发射极负反馈元件708的NMOS晶体管861在其每个并联分支中(例如，与发射极端812和824并联)被表示为与两个其它的电阻器863和865串联，如同集电极负载716的电阻器-NMOS晶体管-电阻器配置。应该知道在其它实施例中，PMOS晶体管可以用于发射极负反馈元件708和集电极负载716。与集电极负载716的NMOS晶体管849类似，发射极负反馈元件708的NMOS晶体管861通过施加在控制端710的VC1经阻抗网路870连接到发射极负反馈元件708而导通和截止。例如，当VC1为低电平时，发射极负反馈元件708的所有NMOS晶体管861截止，使发射极端812和824的阻抗主要由电阻器868的阻值提供。如果VC1为高电平，一个或更多NMOS晶体管861导通(依赖于导通所需要的阈值电压)，使电阻器868与串联的被激活的NMOS晶体管861与电阻器863和865并联，从而减小了发射极端812和824的等效阻抗。应该注意在801端可以得到差分发射极电压VEP(“E”表示发射极，“P”表示正极)和VEM(“M”表示负极)，下面将进行描述。
在一个实施例中，制造发射极负反馈元件708使其物理上与集电极负载716的类型相似的结果是IF VGA 650a提供的增益在差分输入控制电压等于0V时，依赖于集电极负载716的阻抗元件的长和/或宽除以发射极负反馈元件708的阻抗元件的长和/或宽所得到的比值。该比值依赖性在可接受的范围内实现基本稳定的增益操作，而不论制造过程、电源电压和/或周围温度的变化。在发射极负反馈元件和集电极负载具有NMOS和PMOS器件组合的传统的VGA系统的特征是使晶体管表现出独立的性能。
应该知道示出了NPN晶体管用于差分对晶体管704和706，与其结合的是，NMOS晶体管用于发射极负反馈元件708和集电极负载716，以及PMOS晶体管用于电流反射镜712和714。在其它实施例中，PNP晶体管可以用于差分对晶体管704和706，PMOS晶体管可以用于发射极负反馈元件708和集电极负载716，以及NMOS晶体管可以用于电流反射镜712和714。而且，尽管电阻器与发射极负反馈元件708和集电极负载716的NMOS晶体管的源极端和漏极端串联使用，但在其它实施例中，发射极负反馈元件的每个分支(例如，每个并联的电流路径)可以使用不同的阻抗负载配置(例如，没有串联电阻器的NMOS晶体管)，而只要发射极负反馈元件中的这种替换被镜像到集电极负载即可。
此外，尽管表示为具有NMOS、PMOS，以及双极晶体管，但是VGA系统的其它实施例可以包括CMOS晶体管、JFET以及其他的三端器件。
图8B是具有与IF VGA 650a相似元件的IF VGA 650b的示意图，其示出了用于发射极负反馈元件的可选的偏置配置。偏置电路833的电流源829使电流经电流源晶体管815和817流过电阻器870和电阻器872、875，其分别镜像来自电流源829的电流，以偏置差分对晶体管704和706的基极端810和822。基极端810和822以及连接到发射极端812和824的偏置电路833的电流源晶体管815和817处于与Vcc有关的电压电平。电流源晶体管815和817使电流流过差分对晶体管704和706，使基极端810和822遵循Vcc的变化。电流源晶体管815和817不包括在发射极负反馈元件中，部分地由于晶体管815和817的高的输入阻抗。
用于单级或多级BB VGA的配置的结构类似于上述的IF VGA 650a和650b。
通常在VGA系统中，使用多个IF VGA(和多个BB VGA)，这依赖于希望的增益。图9是说明多级IF VGA配置的实施例的示意图，其也可以用于多级BB VGA配置。作为例子，假设两个串联的、电容耦合的(耦合电容未被示出)IF VGA 650a和650c，其中IF VGA 650c被构造与图8A所示的IF VGA 650a类似。应该知道各级IF VGA是电容耦合的，这保持了各级中的不同偏置。多级BB VGA直接耦合，导致在第二级中省略第二级的输入偏置元件(例如图8B中的电阻器870，872，以及875)。应该知道其它的实施例可以包括与图8B中所示的IF VGA 650b构造类似的IF VGA或BB VGA。IF VGA 650a和650c的增益基本相同，或者增益可以不同(在这种情况下用于VGA 650a和650c的控制电路可以不同)而仍保持相同的增益变化。
加法器电路902和904从局部配置的带隙电路(未示出)接收直流漂移。选择直流漂移使其具有至少等于包括在负反馈元件(例如，图8A的负反馈元件708)和集电极负载(例如，图8A的集电极负载716)中的晶体管器件类型(例如，NMOS)的阈值电压的压值。可与阈值电压相比的直流漂移压值的选择为关心的具体VGA提供了工作参考点。
还在907端为加法器电路902配置了发射极共态电压电压(ECMV)。801端的差分发射极电压VEP-VEM(图8A)在电阻器992和994以及电容器988上被分摊以在907端提供ECMV。加法器电路904具有与加法器电路902类似的配置，其被配置了来自909端的集电极共态电压(CCMV)。803端的差分集电极电压VCP-VCM(图8A)在电阻器996和998以及电容器990上被分摊以在909端提供CCMV。加法器电路902和904将907端和909端的ECMV和CCMV加上直流漂移以产生连接906和908上的参考电压。
来自诸如基带子系统530(图5)中的DAC 538的元件的差分输入控制电压被加到控制端910和912(例如，通过连接546(图5))，其结果是加到控制端910的电压被施加到差分放大器916的非反相端和差分放大器914的反相端。差分输入控制电压用于控制IF VGA 650a的增益。以相似的方式，加到控制端912的电压被施加到差分放大器916的反相端和差分放大器914的非反相端。在差分放大器914中，信号912和906被相加，并从信号912和906的和中减去信号910，以在控制端710产生直流电压，VC1。类似地，在差分放大器916中，连接910和908上的信号被相加，并从信号910和908的和中减去信号912，以在控制端718产生直流电压，VC2。因此，控制电压VC1和VC2是施加到控制端910和912的差分输入控制电压的直流漂移形式。
差分放大器914和916的+/-和-/+“交换”配置确保提供给控制端710的增加的控制电压与提供给控制端718的减小的控制电压同时产生(即，提供给发射极负反馈元件和集电极负载的控制信号以相反的方向变化)。此外，交换配置以及增益依赖于发射极负反馈元件与集电极负载的物理尺寸(例如，长和/或宽)之比使发射极负反馈元件与集电极负载在差分控制电压为0V时具有基本相似的电压。因此电源电压、周围温度和/或制造过程中的变化在发射极负反馈元件与集电极负载的相似元件中产生相同百分比的变化。“交换”配置还有助于保持串联的IF VGA 650a和650c中不变的增益。这种拓扑克服了传统系统的限制，其在IF VGA级和BBVGA级交换或调换极性(例如，加到IF VGA发射极负反馈元件与集电极负载的控制电压的极性与加到BB VGA发射极负反馈元件与集电极负载的控制电压的极性相反)。
尽管电源电压、制造过程和/或周围温度发生变化，但是包括IF VGA和/或BB VGA的VGA系统的增益基本不变。VGA系统的增益由元件的物理尺寸(例如，长度和/或宽度)比确定，其中的元件包括发射极负反馈元件和集电极负载中的阻抗负载。即，增益由物理尺寸比确定，而不会受到不同类型晶体管器件的特性变化的影响(例如，PMOS和NMOS负反馈和集电极负载之间的VGS和阈值电压的不同)。由于使用的控制电压极性相反，确定增益的参考相应于0V的差分控制电压(这是因为其是施加到输入端910和912的差分信号)。
如果施加到910端的电压等于施加到912端的电压，则差分输入控制电压为0。如果共态电压(ECMV和CCMV)相等，则VC1等于VC2。在0V的差分输入控制电压下，对于IF VGA 650a中发射极负反馈元件708(图8A)和集电极负载716(图8A)，希望保持类似的栅极-源极电压(因此类似的可变阻抗)，那么增益为物理尺寸比。换句话说，当差分输入控制电压等于0V时，如果阻抗器件是相似的类型，则发射极负反馈元件708的晶体管861(图8A)的栅极-源极电压基本等于集电极负载716的晶体管849(图8A)的栅极-源极电压。当差分输入控制电压等于0V时，VGA的最终增益就是这两个阻抗元件(即集电极负载716和发射极负反馈元件708)之间的物理尺寸比。
如果ECMV不等于CCMV，则调整VC1和VC2以补偿ECMV和CCMV之间的差值(假设910端的等于912端的电压)。在同一个VGA中，VC1增加VC2减小，反之亦然。
应该知道在其它实施例中，可以使用单端的结构(与上述的差分输入结构相对)。例如，可以在内部生成固定的参考电压(例如，不依赖与制造过程、周围温度和/或电源电压的带隙电压)。DAC 538(图5)提供的单端电压可以被与带隙电压比较。如果单端电压包括0-2V的范围，则所作出的比较是带隙电压为1V。当1V带隙电压施加到控制端912时，施加到控制端910的1V的单端电压产生0V的差分电压，从而将来自DAC538的单端输入转变为差分输入控制电压。
来自控制端710的控制电压通过连接924加到IF VGA 650a和650c。控制端718的控制电压通过连接928加到IF VGA 650a和650c。在其它实施例中，与图9所示电路相类似的电路可以用于为第二级产生控制电压。差分输入被加到IF VGA 650a的差分输入端802和814，其相应于图8A中的相同标号端。IF VGA 650a在连接864a、880a上提供差分信号，其相应于图8A所示的相同标号的元件，但是标号上添加了“a”以区别第一级输出和第二级输出864b、880b。连接864a、880a上的差分信号(通过串联电容，未示出)被提供给IF VGA 650c的差分输入端802b、814b，产生依赖于希望的增益的串联配置。IF VGA 650c在连接864b、880b上提供差分输出信号，该信号可以提供给第三级IF VGA，或者以与图6所述相同的方法最终提供给BB VGA。应该知道，例如当偏置点在IF VGA650a和IF VGA 650c之间变化时，IF VGA 650c可以包括电阻-电容电路(例如，992、994、988)，其中的电阻-电容电路与一些实施例中IF VGA650a的ECMV和CCMV关联的电路类似。
图10A和10B是说明用于图6所示的发射部分的IF VGA和BB VGA的可选的实施例的方块图。图10A表示IF VGA 650d，图10B表示BB VGA690b。对于这种组合，与两个可变阻抗元件相对，在单个VGA中使用一个可变阻抗元件。例如，IF VGA 650d包括发射极负反馈元件1008，BBVGA 690b包括集电极负载1016。这与图2A和2B所示的传统系统不同，其示出对于每个VGA单个可变阻抗用于差分对晶体管的发射极端的组合。图10A中的IF VGA 650d被配置包括电阻器1004和1006的不变的集电极负载，每个电阻器1004和1006由确定的阻抗值“R”表示，发射极负反馈元件1008包括可变阻抗(例如，NMOS晶体管)，可变阻抗由控制端710的控制电压VC1控制。
与IF VGA 650d(图10A)共同使用的图10B的BB VGA 690b被配置了阻抗不变的发射极负反馈元件1022(阻值为2R，其中R表示具有确定阻抗值的电阻器，2R表示阻抗值R乘以2)以及包括可变阻抗的集电极负载1016，其基本与发射极负反馈元件1008(图10A)所使用阻抗(例如，NMOS晶体管)的类型相似。因此，对于IF VGA 650d包括电阻器1004和1006的总的集电极阻抗等于BB VGA 690b的总的发射极阻抗(2R)。差分对晶体管1030的电流i1被电流反射镜镜像到集电极负载1016，其中的电流反射镜包括PMOS晶体管1012a和1012b。类似地，差分对晶体管1032的电流i2被电流反射镜镜像到集电极负载1016，其中的电流反射镜包括PMOS晶体管1014a和1014b。集电极负载1016受控制端738提供的控制电压VC4的控制。VC1和VC4以相同的方向变化，类似于图7A和7B所示的控制电压的工作。
IF VGA 650d的发射极负反馈元件1008的类型类似于BB VGA 690b的集电极负载1016，使每个VGA的增益响应的变化在数值上彼此相同，但是以相反的方向变化，因此使总的增益不变。每个VGA(即，IF VGA650d和BB VGA 690b)的增益如同图7A-8B所示的实施例那样，是当控制电压基本相同时，由发射极负反馈元件与集电极负载的物理尺寸比确定的。
图11A和11B是突出与图8A或8B中所述实施例相似配置的IF VGA和BB VGA的性能特点的曲线图。应该知道图11A和11B所示的曲线图表达的信息与图4A和4B所示曲线图表达的信息相似，除了性能特点的不同和更大的电压阶距(例如，2.7V、3.0V以及3.3V与图4A和4B中的0.1V增量相比)。
图11A表示在差分电源电压的范围内，差分输入控制电压与增益(dB)之间的关系。如所示，IF VGA曲线1102包括三条基本重合(与视觉上可区分相比)的曲线，其反映三种不同的电源电压电平(3.3V、3.0V以及2.7V，如符号栏1105所示)，反映了随着差分输入控制电压的增加，增益减小。特别地，在A点和B点之间界定的所关心的线性范围内，随电源电压的变化几乎没有明显的增益变化。IF VGA曲线1102的末端表现出一些变化，这被认为是在这些末端由于电源电压的变化和具有晶体管器件的阻抗负载的固有特性而引起的。
BB VGA曲线1104也包括重合的曲线，其反映对于差分电源电压的一个范围差分输入控制电压和增益(dB)之间的关系，并且曲线1104基本上是IF VGA曲线1102的镜像。
IF VGA曲线1102和BB VGA曲线1104的斜率基本上是相同的，具有相似的范围(例如，从-25到40dB)。因此电源电压、制造过程和/或周围温度的变化在IF VGA和BB VGA之间等同地分配。值得注意的是，在曲线中几乎没有位移(例如，对于三个电压的变化曲线表现为基本重合，与之相比的是相应于图4A和4B中的这些不同电压的视觉上可区分的曲线)，这就证明了尽管电源电压变化但是增益基本不变。在图11B中还应该知道，IF VGA的增益和BB VGA的增益的总和小于图4B所示的总的增益，这是当电源电压变化时增益基本不变的结果。例如，图8A或8B所述的实施例的增益变化约小于±2.7dB，与之相比，对于传统的系统，该值为±6dB(图4B)。
而且，应该知道关于0V的差分输入控制电压，IF VGA曲线1102和BB VGA曲线1104是对称的。换句话说，尽管周围温度、制造过程和/或电源电压的变化，各个IF VGA曲线1102和BB VGA曲线1104通过0V的差分输入控制电压，并且因此当控制电压交换时，就实现了不变的增益。这种结果部分地是通过这一事实实现的，即每个VGA级的增益是当差分输入控制电压为0V时，用公式表达为发射极负反馈元件和集电极负载的物理尺寸(例如，长度和/或宽度)之比。例如，集电极负载的物理长度比发射极负反馈元件的物理长度大三倍，则增益为“3”，而不论电源电压、周围温度和/或制造过程中的变化。换句话说，电源电压、周围温度和/或制造过程中的变化将基本等效地影响集电极端和发射极端的元件。
而且，发射极负反馈元件和集电极负载在控制电压为0V时具有相同的电压值。即，当差分输入控制电压为0V时，控制端710(图8A)处的电压大小等于控制端718(图8A)处的电压大小。例如，如果0V的电压加到差分放大器914(图9)和差分放大器916(图9)上，并且控制端710处最终的控制电压VC1为2.0V，则控制端718处最终的控制电压VC2也为2.0V。因此图8A或8B所示的实施例的结构基本上排除了对终端设备特性的依赖性，其中终端设备特性的性能差异会进一步被电源电压、制造过程和/或周围温度的变化加大。
图12A和12B表示除电源电压变化外，当存在制造过程和周围温度的变化时，IF VGA和BB VGA曲线的另一个例子。电源电压在2.7V到3.3V之间以0.3V的增量变化，制造过程的变化为标定过程、快速过程，以及慢速过程，三种温度为：-20℃、27℃以及80℃。例如，如本领域技术人员所知，如果制造过程的变化为标定过程，则元件按照指定工作。如果制造过程的变化为快速过程，则诸如电阻器或电容器的元件小于规定并且晶体管的增益更大。对于慢速过程，电阻器或电容器大于规定并且增益小于规定。对于图12A，曲线1202表示IF VGA增益的变化，其中IF VGA与IF VGA 650a(图8A)的构造类似。曲线1204表示BB VGA增益的变化，其中BB VGA与IF VGA 650a的构造类似。曲线1202中的每条不同的曲线相应于制造过程变化、周围温度和/或电源电压的不同情况。曲线1204表示相应情况的对称曲线。因此，这些情况组合的变化以相似的方式影响IF VGA与BB VGA的增益。
图12B包括曲线1206，曲线1206表示每种情况的总的增益变化。例如，图12B中顶部的曲线反映与BB VGA结合的IF VGA的相对小的增益变化(大约为0.6dB)。点A和点B分别表示最低和最高的增益变化，反应了被良好控制的增益变化。
尽管已描述了本发明的各种实施例，但对本领域普通技术人员来说，显而易见许多更多的包括在本发明范围内的实施例和实施方案是可能的。因此，除了受根据下述的权利要求及其等同物限制外，本发明不再受限制。

Claims (10)

1、一种放大器系统(650、690)，包括：
可变增益放大器(650)，其具有：
差分对晶体管(704、706)；
连接到所述差分对晶体管的负反馈元件(708)；以及
与所述负反馈元件类型相似的集电极负载(716)，其中所述集电极负载被连接到所述差分对晶体管，其中所述可变增益放大器的增益在差分输入控制电压等于0V时由所述集电极负载与所述负反馈元件的物理尺寸比确定。
2、如权利要求1所述的系统，进一步包括改变所述负反馈元件(708)的所述阻抗的第一控制电压(710)和改变所述集电极负载(716)的所述阻抗的第二控制电压(718)，其中所述第一控制电压和所述第二控制电压来自所述差分输入控制电压。
3、如权利要求2所述的系统，其中所述第一控制电压(710)与所述第二控制电压(718)的极性相反。
4、如权利要求2所述的系统，其中当所述第一控制电压(710)等于0并且所述第二控制电压(718)等于0V时，所述可变增益放大器(650)的所述增益基本不变。
5、如权利要求1所述的系统，进一步包括第二可变增益放大器(690)，其具有：
第二差分对晶体管(图7B)；
连接到所述第二差分对晶体管的第二负反馈元件(728)；以及
连接到所述第二差分对晶体管的第二集电极负载(736)，其中所述第二可变增益放大器的增益在第二差分输入控制电压等于0V时，由所述第二集电极负载与所述第二负反馈元件的物理尺寸比确定。
6、如权利要求5所述的系统，其中在所述第二差分输入控制电压为0V时，所述可变增益放大器(650)与所述第二可变增益放大器(690)的增益总和基本不变。
7、一种操作可变增益放大器(650、690)的方法，包括下述步骤：
向差分对电路(704、706)提供输入信号；
为所述差分对电路装上负反馈阻抗元件(708)和集电极负载阻抗元件(716)；
将第一控制电压(710)施加到所述负反馈阻抗元件；
将第二控制电压(718)施加到所述集电极负载阻抗元件，所述第二控制电压的极性与所述第一控制电压的极性相反；以及
将所述负反馈阻抗元件配置为与所述集电极负载阻抗元件的类型基本相同的类型，其中所述可变增益放大器的增益在差分输入控制电压等于0V时由所述集电极负载阻抗元件与所述负反馈阻抗元件的物理尺寸比确定。
8、如权利要求7所述的方法，进一步包括对第二可变增益放大器(690)进行提供、装载、施加以及配置的步骤。
9、如权利要求8所述的方法，进一步包括将所述第二可变增益放大器(690)的增益实现为与所述可变增益放大器(650)的所述增益成反比的步骤。
10、如权利要求8所述的方法，进一步包括将所述第二可变增益放大器(690)设在所述可变增益放大器(650)的反馈环路中的步骤。
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