CN211296692U - 可变增益放大器、矢量调制移相器及通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于集成电路设计技术领域，提供了一种可变增益放大器、矢量调制移相器及通信装置，上述可变增益放大器包括：第一负载模块、第二负载模块、第三负载模块及至少两个放大模块；所述第一负载模块的阻值和所述第二负载模块的阻值相同；所述放大模块包括：第一跨导放大单元、第二跨导放大单元、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元。通过控制第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元的打开和关闭，使得各个放大模块打开或关闭时流过可变增益放大器的输入端口的总的工作电流不变，由此，可变增益放大器在各种增益状态时输入端口的阻抗不变，输入端口驻波比不变。

Description

可变增益放大器、矢量调制移相器及通信装置

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，尤其涉及一种可变增益放大器、矢量调制移相器及通信装置。

背景技术

矢量调制移相器可以用于多种通信、数据传输、民用或者军用雷达中。参考图1，矢量调制移相器由单端转差分电路、差分正交生成电路、I路差分数控VGA(Variable GainAmplifier，可变增益放大器)和Q路差分数控VGA、模拟加法器、差分转单端电路及数字控制电路组成。差分正交生成电路生成I路信号和Q路信号，差分数控VGA用于改变I路信号和Q路信号两路信号的幅度，加法器实现矢量合成，不同幅度的两路信号合成不同角度的信号，实现移相功能。

由于不同增益状态时VGA的工作电流不同、工作状态不同，导致输入阻抗不同、输入端口驻波比不同。由此，矢量调制移相器在不同移相状态时表现出不同的输入端口驻波，当矢量调制移相器和前级电路级联时会对前级电路的相位产生影响，从而降低矢量调制移相器的移相精度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种可变增益放大器、矢量调制移相器及通信装置，以解决现有技术中不同增益状态时可变增益放大器的工作电流不同、输入端口驻波比不同，从而影响矢量调制移相器的移相精度的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种可变增益放大器，包括：第一负载模块、第二负载模块、第三负载模块及至少两个放大模块；第一负载模块的阻值和第二负载模块的阻值相同；

放大模块包括：第一跨导放大单元、第二跨导放大单元、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元；

第一跨导放大单元，输入端用于接收外部射频正向输入信号，输出端分别与第一开关单元的第一端及第二开关单元的第一端连接；第一开关单元，第二端分别与第一负载模块及可变增益放大器的第一输出端连接，控制端用于接收第一控制信号；第二开关单元，第二端与第三负载模块连接，控制端用于接收第二控制信号；第一控制信号与第二控制信号互补；

第二跨导放大单元，输入端用于接收外部射频负向输入信号，输出端分别与第三开关单元的第一端及第四开关单元的第一端连接；第三开关单元，第二端分别与第二负载模块及可变增益放大器的第二输出端连接，控制端用于接收第一控制信号；第四开关单元，第二端与第三负载模块连接，控制端用于接收第二控制信号；

第一跨导放大单元的跨导及第二跨导放大单元的跨导相同。

可选的，第一跨导放大单元包括第一三极管，第二跨导放大单元包括第二三极管；

第一三极管，基极与第一跨导放大单元的输入端连接，集电极与第一跨导放大单元的输出端连接，发射集接地；第二三极管，基极与第二跨导放大单元的输入端连接，集电极与第二跨导放大单元的输出端连接，发射集接地。

可选的，第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。

可选的，第一开关单元包括：第一开关管；

第一开关管，控制端与第一开关单元的控制端连接，第一端与第一开关单元的第一端连接，第二端与第一开关单元的第二端连接。

可选的，第一开关管包括第三三极管；

第三三极管，基极与第一开关单元的控制端连接，发射极与第一开关单元的第一端连接，集电极与第一开关单元的第二端连接。

可选的，第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元的电路结构均与第一开关单元的电路结构相同。

可选的，各个放大模块对应的第一跨导放大单元的跨导成等比数列分布。

可选的，不同放大模块接收的第一控制信号相同或不同，不同放大模块接收的第二控制信号相同或不同。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种矢量调制移相器，包括如本实用新型实施例第一方面提供的可变增益放大器。

本实用新型实施例的第三方面提供了一种通信装置，包括如本实用新型实施例第二方面提供的矢量调制移相器。

本实用新型实施例提供了一种可变增益放大器，包括第一负载模块、第二负载模块、第三负载模块及至少两个放大模块；第一负载模块的阻值和第二负载模块的阻值相同；通过至少两个放大模块的选通与断开对流入第一负载模块及第三负载模块的电流进行调节，从而实现增益可调。放大模块包括：第一跨导放大单元、第二跨导放大单元、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元；当第一开关单元与第三开关单元打开时，第二开关单元与第四开关单元同时关闭，此时，可变增益放大器输出放大后的差分射频信号。当第一开关单元与第三开关单元关闭时，第二开关单元与第四开关单元同时打开，由于第一跨导放大单元和第二跨导放大单元的跨导相同，因此流过第二负载模块的电流大小相等且相位相差180°，相互抵消，可变增益放大器截止，无输出。通过选择不同的支路实现可变增益放大器的导通和截止，但导通和截止时流过可变增益放大器输入端的电流不变，可变增益放大器在各种增益状态时输入端口的阻抗不变，输入端口驻波比不变，进而采用上述可变增益放大器的矢量调制移相器的移相精度得到有效的提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种矢量调制移相器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种可变增益放大器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种放大模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种放大模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的一种含5个放大模块的可变增益放大器的全增益状态输入端口驻波仿真曲线；

图6是本实用新型实施例提供的一种矢量调制移相器的矢量合成原理图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图2和图3，本实用新型实施例提供了一种可变增益放大器，包括：第一负载模块11、第二负载模块12、第三负载模块13及至少两个放大模块14；第一负载模块11的阻值和第二负载模块12的阻值相同。

放大模块14包括：第一跨导放大单元141、第二跨导放大单元142、第一开关单元143、第二开关单元144、第三开关单元145及第四开关单元146。

第一跨导放大单元141，输入端用于接收外部射频正向输入信号Vin+，输出端分别与第一开关单元143的第一端及第二开关单元144的第一端连接；第一开关单元143，第二端分别与第一负载模块11及可变增益放大器的第一输出端连接，控制端用于接收第一控制信号Ctr1；第二开关单元144，第二端与第三负载模块13连接，控制端用于接收第二控制信号Ctr2；第一控制信号Ctr1与第二控制信号Ctr2互补。

第二跨导放大单元142，输入端用于接收外部射频负向输入信号Vin-，输出端分别与第三开关单元145的第一端及第四开关单元146的第一端连接；第三开关单元145，第二端分别与第二负载模块12及可变增益放大器的第二输出端连接，控制端用于接收第一控制信号Ctr1；第四开关单元146，第二端与第三负载模块13连接，控制端用于接收第二控制信号Ctr2；第一跨导放大单元141的跨导及第二跨导放大单元142的跨导相同。

参考图2，图2提供了至少两个放大模块14与第一负载模块11、第二负载模块12及第三负载模块13的连接示意图。各个放大模块14，第一输出端均与第一负载模块11及可变增益放大器的第一输出端连接，第二输出端均与第二负载模块12及可变增益放大器的第二输出端连接，第三输出端均与第三负载模块13连接，第一输入端均与可变增益放大器的第一输入端连接，第二输入端均与可变增益放大器的第二输入端连接，第一控制端分别用于接收不同的第一控制信号Ctr1，第二控制端分别用于接收不同的第二控制信号Ctr2；外部射频输入信号为差分信号，可变增益放大器的第一输入端用于接收外部射频正向输入信号Vin+，可变增益放大器的第二输入端用于接收外部射频负向输入信号Vin-，可变增益放大器的第一输出端及可变增益放大器的第二输出端用于输出放大后的差分射频信号。

例如，放大模块14的个数为5，可变增益放大器的第一输入端的电流为各个放大模块14的输入电流的和，各个第一控制信号Ctr1及各个第二控制信号Ctr2分别用于控制各个放大模块14的开启与关闭，从而控制可变增益放大器的第一输入端的电流，进而控制可变增益放大器输出的放大后的差分射频信号对外部射频输入信号的放大倍数，实现增益可调。

第一控制信号Ctr1与第二控制信号Ctr2互补，参考图3，图3示出了一个放大模块14与第一负载模块11、第二负载模块12及第三负载模块13的连接关系。当第一控制信号Ctr1为开信号时，第二控制信号Ctr2为关信号，第一开关单元143及第三开关单元145闭合，第二开关单元144及第四开关单元146断开，第一跨导放大单元141、第一开关单元143及第一负载模块11形成第一通路，第二跨导放大单元142、第三开关单元145及第二负载模块12形成第二通路，有电流流过，该放大模块14开启。假设流过第一通路的电流为I₁＝Vin+/g_m1，流过第二通路的电流为I₂＝Vin-/g_m2，其中g_m1为第一跨导放大单元141的跨导，g_m2为第二跨导放大单元142的跨导，放大模块14开启。

当第一开关单元143及第三开关单元145断开，第二开关单元144及第四开关单元146闭合时，第一跨导放大单元141、第二开关单元144及第三负载模块13形成第三通路，第二跨导放大单元142、第四开关单元146及第三负载模块13形成第四通路，由于跨导放大单元的电流仅与输入电压及跨导值有关，因此流过第三通路的电流不变，为I₁，流过第四通路的电流也不变，为I₂，由于第一跨导放大单元141的跨导g_m1与第二跨导放大单元142的跨导g_m2相同，则有I₁与I₂大小相同，相位差为180°，由此流入第三负载模块13的总的电流抵消为0，放大模块14关闭。

由以上可知，放大模块14无论开启或关闭时，流过放大模块14的第一输入端的电流及流过放大模块14的第二输入端的电流均不变。由于可变增益放大器的第一输入端的电流为各个放大器模块14的第一输入端的电流的和，则可变增益放大器中的各个放大模块14无论开启或关闭时流过可变增益放大器的第一输入端的电流均不便，即可变增益放大器在各个增益状态时的工作电流不变，输入端口阻抗不变，输入端口驻波比也不变。

由于第一负载模块11与第二负载模块12的阻值相同，第一跨导放大模块14的跨导和第二跨导放大模块14的跨导相同，则可变增益放大器的第一输出端输出的信号Out1和可变增益放大器的第二输出端输出的信号Out2为对外部射频正向输入信号Vin+和外部射频负向输入信号Vin-进行了等比例的放大，可变增益放大器的第一输出端和第二输出端输出无畸变的放大后的外部射频信号。

一些实施例中，参考图4，第一跨导放大单元141可以包括第一三极管Neg_Q_F1，第二跨导放大单元142包括第二三极管Neg_Q_F2。

第一三极管Neg_Q_F1，基极与第一跨导放大单元141的输入端连接，集电极与第一跨导放大单元141的输出端连接，发射集接地；第二三极管Neg_Q_F2，基极与第二跨导放大单元142的输入端连接，集电极与第二跨导放大单元142的输出端连接，发射集接地。

一些实施例中，第一三极管Neg_Q_F1和第二三极管Neg_Q_F2均可以为NPN型三极管。

一些实施例中，第一开关单元143可以包括：第一开关管。

第一开关管，控制端与第一开关单元143的控制端连接，第一端与第一开关单元143的第一端连接，第二端与第一开关单元143的第二端连接。

一些实施例中，第一开关管可以包括第三三极管。第三三极管，基极与第一开关单元143的控制端连接，发射极与第一开关单元143的第一端连接，集电极与第一开关单元143的第二端连接。

一些实施例中，第三三极管可以为NPN型三极管。

参考图4，第一开关管Pos_Q_A1，基极与第一开关单元143的控制端连接，发射极与第一开关单元143的第一端连接，集电极与第一开关单元143的第二端连接。

一些实施例中，第二开关单元144、第三开关单元145及第四开关单元146的电路结构均可与第一开关单元143的电路结构相同。例如，第二开关单元144、第三开关单元145及第四开关单元146均可以包括一个NPN型三极管。

参考图4，第二开关管Pos_Q_c1，基极与第二开关单元144的控制端连接，发射极与第二开关单元144的第一端连接，集电极与第二开关单元144的第二端连接。第三开关管Neg_QC1，基极与第三开关单元145的控制端连接，发射极与第三开关单元145的第一端连接，集电极与第三开关单元145的第二端连接。第四开关管Neg_QA1，基极与第四开关单元146的控制端连接，发射极与第四开关单元146的第一端连接，集电极与第四开关单元146的第二端连接。

一些实施例中，各个放大模块14对应的第一跨导放大单元141的跨导可以成等比数列分布。例如，各个第一跨导放大单元141跨导可以分别为gm、2gm、4gm，…，2^N-1gm，各个第二跨导放大单元142的跨导与对应的各个第一跨导放大单元141相同，分别为gm、2gm、4gm，…，2^N-1gm。各个放大模块14的跨导成等比数列分布可以使得可变增益放大器的放大倍数均匀连续可调。

一些实施例中，不同放大模块14接收的第一控制信号Ctr1相同或不同，不同放大模块14接收的第二控制信号Ctr2相同或不同。例如，可变增益放大器包含5个放大模块14，各个放大模块14的第一控制信号Ctr1可以为：1，0，0，0，1，即第一放大模块14的第一控制信号Ctr1为高电平，第二放大模块14、第三放大模块14及第四放大模块14的第一控制信号Ctr1均为低电平，第五放大模块14的第一控制信号Ctr1为高电平；或，各个放大模块14的第一控制信号Ctr1可以为：1，1，1，1，1，各个放大模块14的控制信号均为高电平。根据不同放大模块14接收的第一控制信号Ctr1的状态，可变增益放大器可以具有2⁵个工作状态。

图5示出了含有5个放大模块14的可变增益放大器32种增益状态时的输入端口驻波仿真曲线，32条曲线完全重合。可见，采用上述实施例中的结构的可变增益放大器在不同增益状态时驻波可保持一致。

本实用新型实施例还提供了一种矢量调制移相器，包括本实用新型上述实施例提供的可变增益放大器。

例如，参考图1，矢量调制移相器可以包括：单端转差分电路、差分正交生成电路、I路可变增益放大器和Q路可变增益放大器、模拟加法器、差分转单端电路及数字控制电路。差分正交电路生成I、Q两路信号，可变增益放大器电路改变I、Q两路信号幅度，数字控制电路用于产生各个第一控制信号Ctr1及各个第二控制信号Ctr2实现对I路可变增益放大器和Q路可变增益放大器的控制，各个模拟加法器实现I、Q两路信号的矢量合成，不同幅度的I、Q信号合成不同角度的信号，从而实现移相功能，参考图6。本实用新型实施例中采用上述实施例提供的可变增益放大器对I及Q两路信号进行放大，可变增益放大器的输入端口驻波比不变，矢量调制移相器的移相精度准确。

本实用新型实施例提供了一种通信装置，包括本实用新型上述实施例提供的矢量调制移相器。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变增益放大器，其特征在于，包括：第一负载模块、第二负载模块、第三负载模块及至少两个放大模块；所述第一负载模块的阻值和所述第二负载模块的阻值相同；

所述放大模块包括：第一跨导放大单元、第二跨导放大单元、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元；

所述第一跨导放大单元，输入端用于接收外部射频正向输入信号，输出端分别与所述第一开关单元的第一端及所述第二开关单元的第一端连接；所述第一开关单元，第二端分别与所述第一负载模块及所述可变增益放大器的第一输出端连接，控制端用于接收第一控制信号；所述第二开关单元，第二端与所述第三负载模块连接，控制端用于接收第二控制信号；所述第一控制信号与所述第二控制信号互补；

所述第二跨导放大单元，输入端用于接收外部射频负向输入信号，输出端分别与所述第三开关单元的第一端及所述第四开关单元的第一端连接；所述第三开关单元，第二端分别与所述第二负载模块及所述可变增益放大器的第二输出端连接，控制端用于接收所述第一控制信号；所述第四开关单元，第二端与所述第三负载模块连接，控制端用于接收所述第二控制信号；

所述第一跨导放大单元的跨导及所述第二跨导放大单元的跨导相同。

2.如权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第一跨导放大单元包括第一三极管，所述第二跨导放大单元包括第二三极管；

所述第一三极管，基极与所述第一跨导放大单元的输入端连接，集电极与所述第一跨导放大单元的输出端连接，发射集接地；所述第二三极管，基极与所述第二跨导放大单元的输入端连接，集电极与所述第二跨导放大单元的输出端连接，发射集接地。

3.如权利要求2所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第一三极管和所述第二三极管均为NPN型三极管。

4.如权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第一开关单元包括：第一开关管；

所述第一开关管，控制端与所述第一开关单元的控制端连接，第一端与所述第一开关单元的第一端连接，第二端与所述第一开关单元的第二端连接。

5.如权利要求4所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第一开关管包括第三三极管；

所述第三三极管，基极与所述第一开关单元的控制端连接，发射极与所述第一开关单元的第一端连接，集电极与所述第一开关单元的第二端连接。

6.如权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，所述第二开关单元、所述第三开关单元及所述第四开关单元的电路结构均与所述第一开关单元的电路结构相同。

7.如权利要求1所述的可变增益放大器，其特征在于，各个放大模块对应的所述第一跨导放大单元的跨导成等比数列分布。

8.如权利要求1至7任一项所述的可变增益放大器，其特征在于，不同放大模块接收的第一控制信号相同或不同，不同放大模块接收的第二控制信号相同或不同。

9.一种矢量调制移相器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的可变增益放大器。

10.一种通信装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的矢量调制移相器。

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