CN202488406U

CN202488406U - 一种高稳定性可编程增益放大器结构

Info

Publication number: CN202488406U
Application number: CN2011205706728U
Authority: CN
Inventors: 孙翔; 方泽娇; 杨旸
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2021-12-30

Abstract

本实用新型提出一种高稳定性可编程增益放大器结构，包括：运算放大器以及与之相连的电阻阵列、电容阵列以及直流失调消除电路。其中，运算放大器与电阻阵列实现闭环反馈控制构成可编程增益放大器的主体结构。直流失调消除电路由有源RC低通滤波器构成，该滤波器的输入端与可变增益放大器的输出端相接，其主要作用是在直流消除电路构成的反馈回路中形成高通特性，以达到消除直流失调的作用。跨接在运算放大器两端的电容阵列，通过数字信号控制电容值的变化，实现对不同增益下，对可编程增益放大器频响特性带内纹波的抑制，从而提高可编程增益放大器在不同增益条件下的稳定性。

Description

一种高稳定性可编程增益放大器结构

技术领域

本实用新型涉及一种可编程增益放大器，具体为一种应用电容阵列实现增益范围内高稳定性的可编程增益放大器结构及实现电路。

背景技术

在无线通信系统中，接收机收到的信号强度会随着接收机离发射机的距离改变或障碍物等因素而改变。为了使接收机在不同的输入信号强度下保持相对稳定的输出信号幅度，需要在接收链路中设置增益调节功能，当信号较强时将接收机增益降低，而信号较弱时则增大增益。可编程增益放大器需要具有较大的增益调节范围。在大部分情况下需要多级最大增益较低的可编程增益放大器级联，以获得较大的增益调节范围。传统的可编程增益放大器需要改变其反馈电阻与输入电阻的电阻值之比来实现增益可变。电阻的变化会造成各级可编程增益放大器的输入输出阻抗的变化，从而导致整个级联可编程增益放大器的稳定性降低。如何优化不同增益下级联可编程增益放大器的稳定性，已经成为一个值得关注的问题。

实用新型内容

本实用新型提出一种高稳定性可编程增益放大器结构，针对传统结构可编程增益放大器因结构限制无法针对不同增益条件优化其稳定性的问题，提出一种在不同增益下实现稳定性优化的可编程增益放大器结构及电路实现实用新型，适用于无线通讯领域。

为了达到上述目的，本实用新型提出一种高稳定性可编程增益放大器结构，包括：

可编程增益放大器主模块，其包括运算放大器、反馈电阻以及输入电阻；

直流消除电路，并接在所述运算放大器输入输出两端；以及，

电容阵列，跨接在所述运算放大器输入端与输出端。

进一步的，所述输入电阻为电阻阵列，通过数字信号控制选择不同的电阻值。

进一步的，所述反馈电阻的电阻值恒定。

进一步的，所述运算放大器为带零点补偿的两级运算放大器。

进一步的，所述直流消除电路包括有源RC低通滤波器与串联电阻，所述串联电阻的一端与所述运算放大器的输入端相连，另一端与所述有源RC低通滤波器的输出端相连，所述有源RC低通滤波器的输入端与运算放大器的输出端相连。

进一步的，所述电容阵列与反馈电阻并联，其电容值依据数字信号编码可变。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)电路结构简单，本实用新型基本单元为由可编程增益放大器主电路、直流消除电路以及数字信号控制电容阵列构成，电路原理清晰明了。

(2)如图1所示，电容阵列并接在运算放大器的输入与输出端，由数字编码控制其电容值。根据不同的增益，选择不同的电容值，达到优化可编程增益放大器稳定性的目的。

(3)电路中增加直流消除电路，消除直流失调电压，保证后级电路不会应直流失调电压过大而产生饱和失真。

综上所述，使用新型结构的相比于传统结构的可编程增益放大器，在不同增益条件下工作稳定性方面更为优越。

附图说明

图1所示为本实用新型较佳实施例的可编程增益放大器电路结构示意图。

图2所示为本实用新型较佳实施例的运算放大器的原理电路图。

图3所示为本实用新型较佳实施例的电容阵列原理图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

请参考图1，图1所示为本实用新型较佳实施例的可编程增益放大器电路结构示意图。本实用新型提出一种高稳定性可编程增益放大器结构，包括：可编程增益放大器主模块，其包括运算放大器OPAM、反馈电阻Rf以及输入电阻Rs；直流消除电路，并接在所述运算放大器OPAM输入输出两端；以及，电容阵列Cp，跨接在所述运算放大器OPAM输入端与输出端。

参照附图1，虚线以上的部分为本次可编程增益放大器的主体部分，虚线以下为直流消除电路。可编程增益放大器的主体部分由运算放大器OPAM、反馈电阻Rf、输入电阻阵列Rs以及电容阵列Cp构成。其中输入电阻阵列Rs与电容阵列Cp均由数字信号控制单元控制。输入电阻阵列Rs与运算放大器OPAM的输入端相连接，电容阵列Cp与反馈电阻Rf并联跨接在运算放大器OPAM的两端。可编程增益放大器的增益取决于反馈电阻Rf与输入电阻阵列Rs的电阻值之比。输入电阻阵列Rs的阻值根据数字控制信号而改变，从而得到增益可编程的目的。

本实用新型设计的可编程增益放大器包括：可编程增益放大器主模块、直流消除电路以及电容阵列。可编程增益放大器的主模块由运算放大器OPAM、反馈电阻Rf以及输入电阻Rs构成。其中，输入电阻Rs为电阻阵列，通过数字信号控制选择不同的电阻值，达到增益可变的目的。直流消除电路于利用有源RC低通滤波器LPF的低通特性，在反馈电路中形成高通特性，消除直流失调电压。为了优化可编程增益放大器在不同增益下的稳定性，本实用新型将由数字信号控制的电容阵列Cp并接到运算放大器OPAM两端，配合可编程增益放大器增益的变化选择不同的电容值，消除输入电阻Rs变化引起的不稳定性，抑制带内纹波，达到优化不同增益条件下可编程增益放大器稳定性的目的。该实用新型有助于解决传统可编程增益放大器在不同增益下的稳定性问题。

本实用新型的电路结构如图1所示，详细描述如下：

1.可编程增益放大器主电路使用电阻反馈结构；反馈电阻Rf的电阻值恒定，输入电阻Rs为电阻阵列，其电阻值依据数字信号编码可变。

2.可编程增益放大器主电路使用的运算放大器OPAM为全差分结构，可以有效的抑制共模噪声。

3.直流消除电路由有源RC低通滤波器LPF与串联电阻Ro实现。电阻Ro的一端与运算放大器OPAM的输入端相连，另一端与有源RC低通滤波器LPF的输出端相连；有源RC低通滤波器LPF的输入端与运算放大器OPAM的输出端相连。

4.电容阵列与反馈电阻Rf并联，跨接在运算放大器OPAM输入输出端，其电容值依据数字信号编码可变。可以有效增强可编程增益放大器的稳定性。

附图1中虚线以下部分为直流消除电路，其目的是消除直流失调电压。这样直流消除电路与可编程增益放大器的主要部分构成了反馈环路，整个可编程增益放大器的传输特性为带通特性，滤除了直流分量，达到了消除直流失调电压的目的。

可编程增益放大器所应用的运算放大器OPAM基本结构如附图2所示。该运算放大器OPAM为带零点补偿的两级运算放大器。第一级差分放大器由M1至M5管构成，其中M1、M2和M3为PMOS管，M4与M5为NMOS管。M1作为差分放大器的电流源，为放大器提供相对恒定的电流，其电流值主要取决于栅极的偏置电压Vbias以及制造工艺。M2与M3作为输入对管，其作用是放大电信号。M4与M5为电流源负载管，其栅极的偏置电压由下文介绍共模反馈电路提供。M2、M3的漏极分别与M4、M5的漏极相连构成第一级放大器的差分输出端。第二级放大器由M6至M9管构成，其结构为共源结构。M6、M7为NMOS管，M8、M9为PMOS管。M6与M7作为第二级放大器的输入对管，M8与M9为其电流源负载管，其栅极电压同样由Vbias提供。M6、M7的漏极分别与M8、M9的漏极相连构成两级运算放大器的差分输出端。密勒电容Cc与调零电阻Rz串联，跨接在第一级放大的输出端与第二级放大器的输出端，其作用是提供所需的单位增益带宽积，并保证在所需频带内运算放大器具有良好的稳定性。共模反馈电路由M10至M14管以及电阻Rc构成，其中M10、M11和M12为PMOS管，M13与M14为NMOS管。M10作为共模反馈电路的电流源，其电流值同样由其栅极的偏置电压Vbias所决定。M11与M12为输入管，通过两个完全相等的电阻Rc串联连接在两级运算放大器的差分输出端，在两个Rc相连端获得两级运算放大器的输出共模电压。M11的栅极与两个Rc相连端相连，以运算放大器输出共模电压为偏置电压，M12的栅极由参考电压源Vref提供偏置。M13与M14为二极管接法的负载，其栅极分别与各自的漏极相接。M13的栅极与M4、M5的栅极相连，为它们提供栅极偏置电压，达到稳定输出共模电压的目的。

本次实用新型的主要部分为电容阵列Cp的应用。电容阵列Cp的结构如附图3所示，其中SW<0>...SW<n>为MOS开关，Cp<0>...Cp<n>为与MOS开关相对应的电容。三角括号<>内数字相同的开关与电容相串联构成一组。根据需要选择多组开关与电容对，将它们按附图3方式并联。电容Cp<0>...Cp<n>对应着不同的电容值。根据增益的变化，即输入电阻Rs电阻值的变化，通过数字信号控制开关SW<0>至SW<n>的开启与关闭，选择不同的电容值来获得恰当的极点，抑制带内纹波，使得可编程增益放大器的稳定工作。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种高稳定性可编程增益放大器结构，其特征在于，包括：

电容阵列，跨接在所述运算放大器输入端与输出端。

2.根据权利要求1所述的高稳定性可编程增益放大器结构，其特征在于，所述输入电阻为电阻阵列，通过数字信号控制选择不同的电阻值。

3.根据权利要求1所述的高稳定性可编程增益放大器结构，其特征在于，所述反馈电阻的电阻值恒定。

4.根据权利要求1所述的高稳定性可编程增益放大器结构，其特征在于，所述运算放大器为带零点补偿的两级运算放大器。

5.根据权利要求1所述的高稳定性可编程增益放大器结构，其特征在于，所述直流消除电路包括有源RC低通滤波器与串联电阻，所述串联电阻的一端与所述运算放大器的输入端相连，另一端与所述有源RC低通滤波器的输出端相连，所述有源RC低通滤波器的输入端与运算放大器的输出端相连。

6.根据权利要求1所述的高稳定性可编程增益放大器结构，其特征在于，所述电容阵列与反馈电阻并联，其电容值依据数字信号编码可变。