CN201828845U - 用于连续可变增益放大器的坡度电压生成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于连续可变增益放大器的坡度电压生成器，设有正向输出电路、反向输出电路、CMOS跨导电路和共模电压生成电路，CMOS跨导电路将输入电压转化为电流，并通过第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的漏极与正向输出电路内的第一PMOS管的漏极、反向输出电路内的第二PMOS管的漏极分别连接所构成的电流镜，将该电流转移到正向输出电路、反向输出电路中去，共模电压生成电路的输入电压与连续可变增益放大器的共模电压相同，其输出端分别连至正向输出电路和反向输出电路的低电压输入端。本实用新型通过利用CMOS跨导电路，使得可变增益放大器的增益特性曲线与V_AGC的关系更加精确，并把工艺、温度、电压对可变增益放大器性能的影响减少到最小。

Description

用于连续可变增益放大器的坡度电压生成器

技术领域：

本实用新型涉及一种用于连续可变增益放大器的坡度电压生成器。

背景技术：

图1是一个连续可变增益放大器(VGA)的基本结构，其核心电路是两个级联的运算放大器(Opamp)。负反馈电阻R1和R2，决定了放大器的增益。坡度电压生成器(Ramp Gen)接受来自自动增益控制电路(AGC)的控制电压V_AGC，并将其转换为一组控制电压传送给可调电阻R1和R2，从而实现对连续可变增益放大器(VGA)的增益控制。

图1中的VGA，其单级增益等于R2/R1。众所周知，大多数射频接收系统要求VGA的增益与控制电压(V_AGC)在一定范围内成“分贝-线性”关系(如图2)。常用的近似方法是使得R2/R1＝(1+X)/(1-X)。易证当-0.6≤X≤0.6时，(1+X)/(1-X)≈e^2X。

传统的Ramp Gen电路见图3，其基本工作原理如下：恒定电压(V_ref)是一个固定不变的电压。当控制电压(V_AGC)的变化时，Ramp Gen电路的输出电压Vcp & Vcn反向变化。将此输出电压作用于压控电阻，即可实现上文所述的R2/R1＝(1+X)/(1-X)。

传统结构的Ramp Gen电路通常有两个缺点。首先，由于M1和M2的衬底效应，输出电压Vcp & Vcn和控制电压V_AGC之间的线性关系不精确，并易受工艺、温度、电压变化的影响。其次，输出电压Vcp & Vcn定义为相对于地的电压，故而图1中VGA的R1和R2将随着共模电压变化而变化。

综上所述，基于传统结构Ramp Gen电路的VGA其增益与控制电压V_AGC的关系不精确，易受工艺、温度、电压变化的影响，并且对于不同的共模电压，其增益特性曲线是不同的。这些问题影响了VGA的性能，降低了其实用性。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于连续可变增益放大器的坡度电压生成器，实现对于VGA的增益特性曲线的精确控制，从而减少VGA的性能受工艺、温度、电源电压、共模电压的变化的影响。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于连续可变的增益放大器的坡度电压生成器，设有正向输出电路、反向输出电路、CMOS跨导电路和共模电压生成电路，所述CMOS跨导电路将输入电压转化为电流，并通过第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的漏极与正向输出电路内的第一PMOS管的漏极、反向输出电路内的第二PMOS管的漏极分别连接所构成的电流镜，将该电流转移到正向输出电路、反向输出电路中去，所述共模电压生成电路的输入电压与连续可变增益放大器的共模电压相同，其输出端分别连至正向输出电路和反向输出电路的低电压输入端。

本实用新型利用CMOS跨导电路，设计出了一种新的精确的坡度电压生成器，并将这坡度电压生成器应用于连续可变增益放大器设计。使得可变增益放大器的增益特性曲线与V_AGC的关系更加精确，并把工艺、温度、电压对可变增益放大器性能的影响减少到最小。

附图说明：

图1是连续可变增益放大器的基本结构。

图2是连续可变增益放大器的“分贝-线性”增益特性曲线。

图3是传统的坡度电压生成器的基本结构。

图4是本实用新型坡度电压生成器的基本结构。

图中：1、正向输出电路；2、反向输出电路；3、CMOS跨导电路；4、共模电压生成电路；5、第一NMOS管(M5)；6、第二NMOS管(M6)；7、第一PMOS管；8、第二PMOS管；9、输出端；10、第三PMOS管(M1)；11、第四PMOS管(M2)；12、第三NMOS管(M3)；13、第四NMOS管(M4)；14、第一电阻(R1)；15、输出电阻(R2)。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图4所示，图的中部是一个CMOS跨导电路3。第一NMOS管5(M5)和第二NMOS管6(M6)构成电流镜，第三PMOS管10(M1)和第四PMOS管11(M2)是输入差分对，第三NMOS管12(M3)和第四NMOS管13(M4)则与第三PMOS管10(M1)和第四PMOS管11(M2)构成了负反馈回路。图的两边是正向输出电路1和反向输出电路2与图3中的传统结构基本相同，其第一PMOS管(7)的漏极、第二PMOS管(8)的漏极与第一NMOS管(5)的漏极、第二NMOS管(6)的漏极相连，而唯一的不同点在于输出电压是相对于共模电压(V_CM)定义的。图4左下角是共模电压生成电路4，其输出端9分别连至正向输出电路1和反向输出电路2的低电压输入端，而其输入电压与连续可变增益放大器的共模电压相同都为V_CM，因为有电流从该坡度电压生成器中流入(V_CM)，所以一个电压缓冲器是必不可少的。

当控制电压V_AGC加在第四PMOS管11(M2)栅极时，第三NMOS管12(M3)和第四NMOS管13(M4)构成的负反馈电路将保证输入差分对第三PMOS管10(M1)和第四PMOS管11(M2)工作在饱和区。此时第三PMOS管10(M1)和第四PMOS管11(M2)的电流不变，那么加在第一电阻14(R1)两端的电压将恒等于V_AGC-V_ref。所以流过第一电阻14(R1)的电流ΔI＝(V_AGC-V_ref)/R1。ΔI流入第三NMOS管12(M3)和第四NMOS管13(M4)中，并通过电流镜：第一NMOS管5和第二NMOS管6(M5 & M6)转移到输出电阻15(R2)上。如果电流镜产生的增益为1，那么Ramp Gen的输出电压等于(V_AGC-V_ref)R2/R1+V_DC。V_DC是当V_AGC与V_ref相等时Ramp Gen输出点的DC电压，V_DC是由来自Bandgap的偏置电流和输出电阻15(R2)决定的，可以写为V_DC＝(I_Bias-N*I_b)*R2+V_CM。所述I_Bias和I_b都来自Bandgap，故V_DC可以写成k*V_bg*R2/R_bg+V_CM，其中k是个常数；V_bg是Bandgap的输出电压，是一个不随工艺、温度、电压变化的恒定值；显然易见V_DC只与R₂和R_bg电阻比值有关，因此只要R₂和R_bg匹配，V_DC就可以看作一个常量电压+V_CM。

显然易见Ramp Gen的输出电压最终可以写为：

(V_AGC-V_ref)R2/R1+k*V_bg*R2/R_bg+V_CM

V_CM是图1中VGA的共模电压，也是可调电阻的偏置电压。所以V_CM对可变电阻的影响被Ramp Gen的输出电压抵消了。

综上所述Ramp Gen的输出电压只与电阻的比值和V_AGC的有关，与工艺、温度、电压没有关系，并且可以抵消V_CM对VGA可调电阻的影响。将此RampGen电路应用于VGA，可以使VGA的增益特性曲线与控制电压V_AGC的关系更加精确，把工艺、温度、电压对VGA性能的影响减少到最小。

Claims (1)

1.一种用于连续可变的增益放大器的坡度电压生成器，设有正向输出电路(1)、反向输出电路(2)，其特征是：所述坡度电压生成器还设有一CMOS跨导电路(3)和一共模电压生成电路(4)，所述CMOS跨导电路(3)将输入电压转化为电流，并通过第一NMOS管(5)的漏极、第二NMOS管(6)的漏极与正向输出电路(1)内的第一PMOS管(7)的漏极、反向输出电路(2)内的第二PMOS管(8)的漏极分别连接所构成的电流镜，将该电流转移到正向输出电路(1)、反向输出电路(2)中去，所述共模电压生成电路(4)的输入电压与连续可变增益放大器的共模电压相同，其输出端(9)分别连至正向输出电路(1)和反向输出电路(2)的低电压输入端。 

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