RU2209504C2 - High-dynamic-range variable-gain amplifier - Google Patents
High-dynamic-range variable-gain amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209504C2 RU2209504C2 RU99118581/09A RU99118581A RU2209504C2 RU 2209504 C2 RU2209504 C2 RU 2209504C2 RU 99118581/09 A RU99118581/09 A RU 99118581/09A RU 99118581 A RU99118581 A RU 99118581A RU 2209504 C2 RU2209504 C2 RU 2209504C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- current
- input stage
- input
- signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
- H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
- H03G1/0017—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
- H03G1/0023—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier in emitter-coupled or cascode amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
Abstract
Description
Изобретение относится к усилителям с переменным усилением (УПУ) и, в частности, к УПУ, используемым в устройствах связи. The invention relates to amplifiers with variable gain (UPA) and, in particular, to the UPA used in communication devices.
При беспроводной связи приемник может принимать сигнал, который испытывает скоротечные изменения мощности в широких пределах. В приемниках, например, используемых в мобильной станции широкополосной цифровой системы множественного доступа с кодовым разделением (МДКР), необходимо регулировать мощность демодулированного сигнала для надлежащей обработки сигнала. Кроме того, в передатчиках, например, используемых в мобильной станции МДКР, необходимо регулировать передаваемую мощность во избежание создания избыточной помехи для других мобильных станций. Те же соображения, касающиеся регулировки мощности, применимы к приемникам и передатчикам узкополосной аналоговой системы беспроводной связи с частотной модуляцией (ЧМ). In wireless communications, the receiver can receive a signal that experiences transient power changes over a wide range. In receivers, for example, used in a mobile station of a Code Division Multiple Access (CDMA) wideband digital system, it is necessary to adjust the power of the demodulated signal for proper signal processing. In addition, in transmitters, for example, used in a CDMA mobile station, it is necessary to adjust the transmitted power in order to avoid creating excessive interference for other mobile stations. The same considerations regarding power control apply to receivers and transmitters of a narrow-band analog frequency-modulated (FM) wireless communication system.
Существуют устройства двухрежимной системы связи МДКР/ЧМ, которым требуется обеспечение регулировки мощности передаваемых и принимаемых сигналов, модулированных как в цифровом режиме МДКР, так и в аналоговом режиме ЧМ. В этих двухрежимных мобильных станциях процесс регулировки осложняется различием динамических диапазонов и промышленных регулирующих стандартов, касающихся сигналов МДКР и ЧМ. Иными словами, амплитуда принимаемых сигналов МДКР может изменяться в диапазоне приблизительно 80 дБ, тогда как амплитуда принимаемых сигналов ЧМ может изменяться в диапазоне до 100 дБ. Обеспечение раздельной схемотехники автоматической регулировки усиления (АРУ) как для сигналов МДКР, так и для сигналов ЧМ увеличивает сложность и дороговизну таких двухрежимных мобильных станций. Соответственно желательно предоставить схемотехнику АРУ, способную работать с сигналами как МДКР, так и ЧМ. There are devices of a dual-mode mdcr / FM communication system that require adjusting the power of the transmitted and received signals modulated both in the digital mdcr mode and in the analog FM mode. In these dual-mode mobile stations, the adjustment process is complicated by the difference in dynamic ranges and industry regulatory standards for CDMA and FM signals. In other words, the amplitude of the received CDMA signals can vary in the range of about 80 dB, while the amplitude of the received FM signals can vary in the range of up to 100 dB. Providing separate automatic gain control circuitry (AGC) for both CDMA and FM signals increases the complexity and cost of such dual-mode mobile stations. Accordingly, it is desirable to provide AGC circuitry capable of handling both CDMA and FM signals.
Фиг.1А и 1Б иллюстрируют работу УПУ, осуществляющего функции АРУ. Фиг.1А и 1Б являются блок-схемами сотового телефона 900, работающего в двух режимах МДКР/ЧМ, разработанного, например, в соответствии со стандартом промышленности средств связи "Стандарт совместимости мобильной станции и базовой станции для двухрежимной широкополосной сотовой системы с расширенным спектром" АПС/АЭП/ВС-95 (ассоциация промышленности средств связи/ассоциация электронной промышленности/внутренний стандарт - 95), в дальнейшем именуемым просто ВС-95. УПУ используется в качестве усилителя АРУ, соответственно приемного и передающего трактов сотового телефона 900. Высокочастотный тракт приемного узла сотового телефона 900 заключает в себе антенну 906, антенный переключатель 908, схему 910 малошумящего усилителя МШУ и смесителя и фильтр 930. По мере того, как сотовый телефон 900 перемещается по зоне покрытия системы МДКР, уровень сигнала на антенне 906 изменяется, примерно, от -110 до -30 дБ. Заметим, что каждый из этих элементов высокочастотного тракта, в общем случае, обеспечивает один и тот же коэффициент усиления, вне зависимости от того, какой уровень сигнала подается на него, в пределах рабочего диапазона, так что динамический диапазон сигнала, подаваемого на приемный усилитель АРУ 902, является таким же, как динамический диапазон сигнала на антенне 906, приблизительно 80 дБ. Аналогично, когда сотовый телефон 900 перемещается по зоне покрытия системы ЧМ, уровень сигнала на антенне изменяется приблизительно на 100 дБ. Figa and 1B illustrate the operation of the UPA, performing the functions of AGC. Figa and 1B are block diagrams of a
Выходной сигнал приемного усилителя АРУ 902 подается на специализированную интегральную схему аналогового модулирующего сигнала (СИСАМС) 912, которая преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой происходит наилучшим образом, если уровень сигнала, который подается на аналого-цифровой преобразователь, остается постоянным. Приемный усилитель АРУ 902 осуществляет функцию компенсации колебаний мощности входного сигнала, так что мощность выходного [сигнала] приемного усилителя АРУ 902, а стало быть и входного сигнала аналого-цифрового преобразователя остается постоянной. The output signal of the receiving amplifier AGC 902 is fed to a specialized analog modulating signal integrated circuit (SISAMS) 912, which converts the analog signal into a digital signal. The process of converting an analog signal to digital is best done if the level of the signal that is fed to the analog-to-digital converter remains constant. The receiving amplifier AGC 902 performs the function of compensating for fluctuations in the power of the input signal, so that the power of the output [signal] of the receiving amplifier AGC 902, and therefore the input signal of the analog-to-digital converter, remains constant.
СИС 914 модема мобильной стации обеспечивает демодуляцию как сигнала МДКР, так и сигнала ЧМ равно, как и различные функции цифровой и мощностной регулировки, связанные с действием МДКР. Такие функции широко известны в технике и не являются решающими для настоящего изобретения, поэтому они не подлежат дальнейшему описанию. Пользовательские интерфейсы 916 обеспечивают взаимодействие с оператором-человеком. Такие пользовательские интерфейсы 916 также широко известны в технике и не являются решающими для настоящего изобретения, поэтому они не подлежат дальнейшему описанию. The
СИС 914 модема мобильной стации также выдает цифровое представление волнового сигнала МДКР, модулированного модулирующим сигналом, или модулированное аналоговое представление волнового сигнала ЧМ на СИСАМС 912. СИСАМС 912 преобразует представление модулирующих сигналов к виду аналогового сигнала промежуточной частоты (ПЧ) при постоянном уровне сигнала и подает его на передающий усилитель АРУ 904. Усилитель АРУ 904 передатчика обеспечивает регулировку мощности сигнала и подает его на повышающий преобразователь 918, схемотехнику 920 усилителя мощности и возбудителя, вентиль 922, антенный переключатель 908 и антенну 906. По мере того, как сотовый телефон 900 перемещается по зоне покрытия сотовой системы, уровень передаваемого сигнала на антенне 906 изменяется обратно принимаемой мощности, т.е. когда принимаемая мощность доходит до минимума, уровень передачи приближается к максимуму. Это изменение уровня передаваемой мощности осуществляется за счет усилителя АРУ 904. Заметим, что мощность входного сигнала усилителя АРУ 904 обычно является фиксированной и коэффициент усиления усилителя мощности 920 также может быть фиксированным. The
Более подробную информацию о контуре автоматической регулировки усиления в беспроводной системе связи и о регулировке мощности в целом можно найти в патенте США 5, 283, 536, озаглавленном "Схема с высоким динамическим диапазоном и автоматической регулировкой усиления посредством замкнутого контура" (HIGH DINAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT), выданном 1 февраля 1994 г., в патенте США 5, 107. 225, озаглавленном "Схема с высоким динамическим диапазоном и автоматической регулировкой усиления посредством замкнутого контура" (HIGH DINAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT), выданном 21 апреля 1992 г., в патенте США 5, 267, 262, озаглавленном "Система регулировки мощности передатчика" (TRANSMITTER POWER CONTROL SYSTEM), выданном 30 ноября 1993 г., в патенте США 5, 469, 115, озаглавленном "Способ и аппаратура для автоматической регулировки усиления в цифровом приемнике" (METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC GAIN CONTROL IN A DIGITAL RECEIVER, выданном 12 ноября 1995 г., и в патенте США 5, 283, 536, озаглавленном "Схема с высоким динамическим диапазоном и автоматической регулировкой усиления посредством замкнутого контура" (HIGN DINAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT), выданном 26 октября 1993 г., каждый из которых передается передаваемому сим, и включается сюда посредством ссылки. For more information on the automatic gain control loop in a wireless communications system and power control in general, see US Pat. No. 5,283,536, entitled “High Dynamic Range Circuit with Automatic Closed Loop Gain Control” (HIGH DINAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT), issued February 1, 1994, US Pat. No. 5, 107. 225, entitled “High Dynamic Range Circuit with Automatic Closed Loop Gain Control” (HIGH DINAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT), in issued April 21, 1992, in US Patent 5, 267, 262, entitled "Transmitter Power Control System" (TRANSMITTER POWER CONTROL SYSTEM), issued November 30, 1993, in US Patent 5, 469, 115, entitled "Method and apparatus for automatic gain control in a digital receiver "(METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC GAIN CONTROL IN A DIGITAL RECEIVER, issued November 12, 1995, and in US patent 5, 283, 536, entitled" High dynamic range circuit with automatic gain control through closed loop "(HIGN DINAMIC RANGE CLOSED LOOP AUTOMATIC GAIN CONTROL CIRCUIT), issued October 26, 1993, each of which is transmitted to the transmitted sim, and is included here by reference.
Приемники и передатчики [системы] мобильной связи, подобные вышеописанным, разрабатываются с целью достижения высокого показателя сжатия, низкой подачей шумового сигнала и низким потреблением мощности. Приемники с высоким показателем сжатия и низкой подачей шумового сигнала имеют высокий динамический диапазон, т.е. могут детектировать сигналы в широком диапазоне уровней мощности. Передатчики с высоким показателем сжатия и низкой подачей шумового сигнала имеют высокий динамический диапазон, т.е. могут передаваться сигналы в широком диапазоне уровней мощности. Приемники и передатчики с низким потреблением мощности увеличивают срок службы батареи. Поэтому эти характеристики важны при разработке усилителя с переменным усилением для системы связи, в которой сигналы передаются и принимаются в широком диапазоне уровней мощности. Mobile communication receivers and transmitters [systems] like the above are designed to achieve high compression rates, low noise and low power consumption. Receivers with a high compression rate and low noise output have a high dynamic range, i.e. can detect signals in a wide range of power levels. Transmitters with a high compression rate and low noise output have a high dynamic range, i.e. Signals can be transmitted over a wide range of power levels. Low power receivers and transmitters extend battery life. Therefore, these characteristics are important when designing a variable gain amplifier for a communication system in which signals are transmitted and received over a wide range of power levels.
Приемник должен быть способен детектировать информацию, переносимую как сильным сигналом, поступающим от близкого и мощного передатчика, так и слабым сигналом, поступающим от отдаленного и маломощного передатчика. Пределы, в которых приемник способен детектировать сигналы от слабого к сильному, называется его динамическим диапазоном. Аналогично передатчик должен быть способен передавать маломощные сигналы на близкий приемник и высокомощные сигналы на отдаленный приемник. The receiver must be able to detect information carried by both a strong signal coming from a nearby and powerful transmitter, and a weak signal coming from a distant and low-power transmitter. The limits in which a receiver is capable of detecting signals from weak to strong are called its dynamic range. Similarly, a transmitter must be able to transmit low-power signals to a nearby receiver and high-power signals to a remote receiver.
Динамический диапазон приемника задается его минимальным детектируемым и максимальным детектируемым уровнями сигнала. Минимальный детектируемый уровень сигнала приемника определяется коэффициентом шума приемника. Аналогично минимальная передаваемая мощность устанавливается коэффициентом шума передатчика, если уровень сигнала падает до шумового порога или ниже. Коэффициент шума УПУ является отчасти функцией характеристик подачи шумового сигнала и коэффициента усиления УПУ. В общем случае, чем выше коэффициент усиления приемника, тем меньше его коэффициент шума, т.е. его способность детектировать очень слабый сигнал при наличии шума увеличивается. The dynamic range of the receiver is defined by its minimum detectable and maximum detectable signal levels. The minimum detectable signal level of the receiver is determined by the noise figure of the receiver. Similarly, the minimum transmitted power is set by the noise figure of the transmitter if the signal level drops to a noise threshold or lower. The VGA noise figure is partly a function of the noise signal and the VGA gain. In general, the higher the gain of the receiver, the lower its noise figure, i.e. its ability to detect a very weak signal in the presence of noise increases.
Максимальный детектируемый уровень сигнала для приемника может задаваться характеристикой интермодуляционных искажений (ИМИ) приемника. Когда через какое-либо устройство множественные сигналы проходят, то в силу нелинейности устройства между сигналами имеет место явление смешивания. Например, в том месте, где одновременно действуют системы МДКР и аналоговой ЧМ, результаты ИМ третьего порядка от аналоговой системы ЧМ обычно попадают в полосу пропускания МДКР. Эти результаты ИМ действуют как "глушители", которые вносят ИМИ, которые могут создавать помехи детектированию и демодуляции полезного сигнала на приемнике. Характеристика ИМИ УПУ является отчасти функцией его линейности и его коэффициента усиления. В общем случае, чем ниже коэффициент усиления приемника, тем лучше его характеристика ИМИ. Это противоречит описанным выше требованиям к улучшению коэффициента шума, таким образом разработка УПУ для приемника с высоким динамическим диапазоном включает в себя трудный компромисс между характеристикой ИМИ и коэффициентом шума. The maximum detectable signal level for the receiver can be set by the characteristic of the intermodulation distortion (IMD) of the receiver. When multiple signals pass through any device, due to the nonlinearity of the device, a mixing phenomenon occurs between the signals. For example, in the place where the CDMA and analog FM systems operate simultaneously, the results of third-order IM from the analog FM system usually fall into the CDMA bandwidth. These IM results act as “silencers” that introduce IMR, which can interfere with the detection and demodulation of the wanted signal at the receiver. The characteristic of IMI UPU is partly a function of its linearity and its gain. In the general case, the lower the gain of the receiver, the better its IMR characteristic. This contradicts the requirements for improving the noise figure described above, so the development of a VGA for a receiver with a high dynamic range involves a difficult compromise between the IMR characteristic and the noise figure.
Аналогичные соображения имеют место в отношении УПУ передатчика тем отличием, что в основном УПУ приемника предназначены для выдачи относительно постоянного уровня мощности выходного сигнала при изменяющемся диапазоне уровней мощности входного сигнала, тогда как УПУ передатчика предназначены для приема входных сигналов с относительно постоянными уровнями мощности и выдачи изменяющегося диапазона уровней мощности выходных сигналов. Similar considerations apply to the UPA transmitter, with the difference that basically the UPA receiver is designed to output a relatively constant power level of the output signal with a varying range of input signal power levels, while the UPA transmitter is designed to receive input signals with relatively constant power levels and output a varying range of output power levels.
Кроме того, мобильные приемники разрабатываются исходя из требований компактности, легкости и долговечности. Мобильные приемники получают питание от минимального количества элементов батареи с целью снижения их габаритов и веса, т.е. для повышения их портативности. Поскольку напряжение батареи пропорционально количеству элементов батареи, схемотехника АРУ, включающая в себя усилитель с переменным усилением (УПУ), должна работать при низких напряжениях питания. Желательно также увеличить срок службы батареи, дабы увеличить период между заменами или подзарядками батареи. Поэтому схемотехника АРУ, включая ее УПУ, должна потреблять малые постоянный ток и мощность. In addition, mobile receivers are designed based on the requirements of compactness, lightness and durability. Mobile receivers are powered by a minimum number of battery cells in order to reduce their size and weight, i.e. to increase their portability. Since the battery voltage is proportional to the number of battery cells, the AGC circuitry, including a variable gain amplifier (VGA), should work at low supply voltages. It is also advisable to increase the battery life in order to increase the period between replacing or recharging the battery. Therefore, the AGC circuitry, including its UPA, should consume low direct current and power.
Это требование низкого потребления мощности постоянного тока также предполагает компромисс разработки, аналогичный оговоренному выше. Усилителю с высоким коэффициентом усиления, который дает хороший коэффициент шума, требуется большая мощность постоянного тока. Однако усилителю с низким коэффициентом усиления, имеющему хорошую характеристику ИМИ, требуется меньшая мощность постоянного тока. Существующие разработки УПУ неэффективны, т.е. не способны в достаточной степени экономить мощность постоянного тока при низких уровнях усиления. This requirement for low DC power consumption also involves a design trade-off similar to the one discussed above. A high gain amplifier that provides good noise figure requires high DC power. However, a low gain amplifier having a good IMR characteristic requires less direct current power. Existing UPU developments are inefficient, i.e. not able to save enough DC power at low gain levels.
Итак, задачей изобретения является разработка УПУ с высоким динамическим диапазоном, хорошими коэффициентом шума и характеристикой ИМИ, а также с низким потреблением мощности постоянного тока. So, the objective of the invention is the development of the UPA with a high dynamic range, good noise figure and the characteristic of them, as well as with low power consumption of direct current.
В соответствии с настоящим изобретением предоставляется УПУ, имеющий высокий динамический диапазон, хорошие коэффициент шума и характеристику ИМИ, а также минимальное потребление мощности постоянного тока. УПУ могут использоваться в усилителях автоматической регулировки усиления (АРУ) для приемного и передающего трактов сотового телефона. УПУ дает усиление мощности путем преобразования входного сигнала напряжения в сигнал тока и усиления сигнала тока. Усиленный сигнал тока может преобразовываться в сигнал напряжения путем подключения на выходе УПУ соответствующего импеданса. In accordance with the present invention, there is provided an UPA having a high dynamic range, good noise figure and a characteristic of IMR, as well as minimum DC power consumption. The UPA can be used in amplifiers of automatic gain control (AGC) for the receiving and transmitting paths of a cell phone. The VGA provides power amplification by converting the input voltage signal into a current signal and amplifying the current signal. The amplified current signal can be converted into a voltage signal by connecting the corresponding impedance at the output of the UPA.
УПУ включает в себя, по крайней мере, два последовательно включенных каскада: входной каскад и усилитель тока. Входной каскад может дополнительно делиться на входной каскад МДКР и входной каскад ЧМ, притом, что выходы обоих входных каскадов подключаются ко входу усилителя тока по выбору в соответствии с сигналом переключения режима МДКР/ЧМ. Согласно одному варианту реализации, выходной каскад ЧМ является несимметричным усилителем, тогда как вход МДКР симметричен. Коэффициент усиления УПУ можно увеличивать путем последовательного добавления двух или более каскадов усилителя тока. Крутизна вольтамперной характеристики входных каскадов может регулироваться регулирующим сигналом. The UPA includes at least two series stages: an input stage and a current amplifier. The input stage can be further divided into an input CDMA stage and an FM input stage, despite the fact that the outputs of both input stages are connected to the input of a current amplifier according to a choice in accordance with the signal for switching the CDMA / FM mode. According to one embodiment, the FM output stage is an unbalanced amplifier, while the CDMA input is symmetrical. The gain of the UPA can be increased by sequentially adding two or more stages of the current amplifier. The steepness of the current-voltage characteristics of the input stages can be regulated by a control signal.
Маломощный УПУ с высоким динамическим диапазоном создается с использованием комбинации методик. Согласно первому варианту реализации, подходящему для двухрежимного приемного усилителя АРУ, например, усилителя 902, изображенного на фиг. 1, входной каскад МДКР образуется усилителем с переменной крутизной, на выходе которого включен аттенюатор с элементом Гильберта. Усилитель с переменной крутизной преобразует изменяющийся сигнал напряжения в выходной сигнал тока, притом, что крутизна регулируется полевым транзистором (ПТ), действующим как переменный резистор эмиттерной отрицательной обратной связи. Эмиттерная отрицательная обратная связь обеспечивает местную последовательную обратную связь переменной глубины, которая позволяет входному каскаду МДКР работать в широком динамическом диапазоне входных сигналов, в то же время обеспечивая хорошие коэффициент шума и характеристику ИМИ. При наличии входного сигнала и низкого уровня сопротивления канал полевого транзистора может изменяться с целью увеличения коэффициента усиления входного каскада, что улучшает коэффициент шума приемника и его способность детектировать слабые сигналы. С другой стороны, при наличии входного сигнала высокого уровня сопротивление канала полевого транзистора может изменяться с целью уменьшения коэффициента усиления входного каскада, что улучшает характеристику ИМИ приемника. Аттенюатор с элементом Гильберта обеспечивает дополнительное ослабление тока, чтобы любые последующие каскады усиления тока не перегружались до нелинейного диапазона при подаче большого входного сигнала. A low-power high-dynamic range accelerator is created using a combination of techniques. According to a first embodiment suitable for a dual-mode receive AGC amplifier, for example, the amplifier 902 of FIG. 1, the input stage of the CDMA is formed by an amplifier with variable slope, the output of which includes an attenuator with a Hilbert element. An amplifier with variable slope converts the changing voltage signal into a current output signal, despite the fact that the slope is regulated by a field effect transistor (PT), acting as a variable emitter negative feedback resistor. Emitter negative feedback provides local serial variable-depth feedback that allows the CDMA input stage to operate over a wide dynamic range of input signals, while providing good noise figure and IMR performance. In the presence of an input signal and a low level of resistance, the channel of the field-effect transistor can be changed in order to increase the gain of the input stage, which improves the noise figure of the receiver and its ability to detect weak signals. On the other hand, in the presence of a high-level input signal, the resistance of the field-effect transistor channel can be changed in order to reduce the gain of the input stage, which improves the characteristics of the IMR receiver. An attenuator with a Hilbert element provides additional current attenuation so that any subsequent stages of current amplification are not overloaded to the non-linear range when a large input signal is applied.
Согласно этому первому варианту реализации, входной каскад ЧМ является биполярным дифференциальным усилителем с отрицательной эмиттерной обратной связью, за которым следует аттенюатор с элементом Гильберта. Дифференциальная пара преобразует входное напряжение в ток и выдает его на аттенюатор с элементом Гильберта, который дополнительно ослабляет ток, поступающий на следующий каскад усилителя тока. В отличие от входного каскада МДКР в входном каскаде ЧМ используется каскад с фиксированной крутизной, а не с отрицательной обратной связью переменной глубины, поскольку отвечающие промышленному стандарту ВС-95 требования к линейности для сигналов ЧМ значительно мягче, чем для сигналов МДКР, что позволяет усилителю значительно быстрее входить в нелинейную область насыщения. According to this first embodiment, the FM input stage is a bipolar differential amplifier with negative emitter feedback, followed by an attenuator with a Hilbert element. A differential pair converts the input voltage to current and delivers it to an attenuator with a Hilbert element, which further weakens the current supplied to the next stage of the current amplifier. In contrast to the CDMA input stage, the FM input stage uses a stage with a fixed slope rather than negative feedback of variable depth, since the linearity requirements for FM signals meeting the industry standard BC-95 are significantly softer than for CDMA signals, which allows the amplifier to significantly enter the nonlinear saturation region faster.
Согласно второму варианту реализации, подходящему для передающего усилителя АРУ, например усилителя 904, изображенного на фиг.1, оба сигнала МДКР и ЧМ обрабатываются на входном каскаде с крутизной и фиксированным коэффициентом усиления, заключающим в себе дифференциальную пару с параллельно-последовательной обратной связью на входе, за которым следует повторитель и аттенюатор с элементом Гильберта. Последовательно-параллельная обратная связь на входе обеспечивает точный и линейный входной импеданс без использования сглаживающего согласователя. Выходной сигнал дифференциальной пары может представлять собой сигнал переменной полярности, подаваемый на повторитель через пару конденсаторов. Повторитель преобразует выходной сигнал напряжения дифференциальной пары в сигнал тока с использованием дифференциального усилителя с отрицательной эмиттерной обратной связью. Затем ток поступает на аттенюатор с элементом Гильберта, который дополнительно ослабляет ток, поступающий на следующий каскад усилителя тока. Входной каскад с переменным усилением не требуется, поскольку уровень входного сигнала, поступающего на передающий усилитель АРУ 904 в общем постоянен. According to a second embodiment suitable for an AGC transmitting amplifier, for example, the amplifier 904 shown in Fig. 1, both CDMA and FM signals are processed at the input stage with a slope and a fixed gain, comprising a differential pair with parallel-serial feedback at the input followed by a repeater and attenuator with a Hilbert element. Serial-parallel input feedback provides accurate and linear input impedance without the use of a smoothing matching. The output signal of the differential pair may be a signal of variable polarity supplied to the repeater through a pair of capacitors. The repeater converts the output voltage signal of the differential pair into a current signal using a differential amplifier with negative emitter feedback. Then, the current enters the attenuator with a Hilbert element, which further weakens the current supplied to the next stage of the current amplifier. A variable gain input stage is not required since the level of the input signal to the AGC 904 transmit amplifier is generally constant.
Согласно первому варианту реализации, подходящему для использования в качестве приемного усилителя АРУ 902, каждый из усилителей тока образуется двумя секциями: дифференциальным усилителем Дарлингтона и дифференциальным каскадным усилителем. Эти усилители тока являются транслинейными схемами, которые позволяют регулировать коэффициент усиления по току путем изменения отношения "концевых токов", которые создают смещение в транслинейном контуре. Коэффициент усиления по току каждого каскада усилителя тока может независимо регулироваться одним или более регулирующих сигналов. According to the first embodiment, suitable for use as an AGC receiving amplifier, each of the current amplifiers is formed by two sections: a Darlington differential amplifier and a cascade differential amplifier. These current amplifiers are translinear circuits that allow you to adjust the current gain by changing the ratio of the "terminal currents" that create an offset in the translinear circuit. The current gain of each stage of the current amplifier can be independently controlled by one or more control signals.
Согласно второму варианту реализации, подходящему для использования в качестве передающего усилителя АРУ 904, каждый из усилителей тока образуется двумя секциями: дифференциальным усилителем Дарлингтона и простой дифференциальной парой. Этот усилитель тока является гибридом усилителя тока с обратной связью и транслинейного контура. According to a second embodiment suitable for use as an AGC transmitting amplifier 904, each of the current amplifiers is formed by two sections: a Darlington differential amplifier and a simple differential pair. This current amplifier is a hybrid of a feedback amplifier and a translinear circuit.
Согласно каждому из вышеозначенных вариантов реализации, коэффициент усиления каскадов с переменным усилением регулируется посредством схемы регулировки усиления, которая изменяет коэффициент усиления усилителей тока в соответствии с подаваемым регулирующим напряжением АРУ (либо РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ ПЕРЕД., либо РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ ПРИЕМ., как изображено на фиг.1). Схема регулировки усиления включает в себя генератор экспоненциальной функции, который обеспечивает линейность (в дБ) УПУ в широком динамическом диапазоне. According to each of the aforementioned embodiments, the gain of the cascades with variable gain is controlled by a gain control circuit that changes the gain of the current amplifiers in accordance with the supplied AGC control voltage (either ADJUSTMENT OF THE GAIN TRANSMITTER, or ADJUSTMENT OF THE RECEIVER GAIN, as shown in FIG. 1). The gain control circuit includes an exponential function generator that provides linearity (in dB) of the VGA in a wide dynamic range.
Соответственно польза настоящего изобретения состоит в предоставлении УПУ, который имеет высокий динамический диапазон по отношению к обоим сигналам: МДКР и ЧМ. Мобильный приемник, где применяется такой УПУ, может детектировать сигналы в широких диапазонах мощности входного сигнала. Дополнительная польза состоит в том, что УПУ расходует минимальную мощность постоянного тока. Поэтому УПУ может использоваться в мобильном устройстве связи и выгодно экономить рабочий срок службы батарей. Еще одна дополнительная польза состоит в том, что коэффициент усиления УПУ может изменяться приблизительно линейно в дБ путем линейной корректировки регулирующих напряжений постоянной полярности. Accordingly, a benefit of the present invention is to provide a VGA that has a high dynamic range with respect to both signals: CDMA and FM. A mobile receiver using such a VGA can detect signals over a wide range of input signal powers. An added benefit is that the UPU consumes minimal DC power. Therefore, the UPA can be used in a mobile communication device and it is beneficial to save the working battery life. Another additional benefit is that the gain of the VGA can vary approximately linearly in dB by linearly adjusting the regulating voltages of constant polarity.
Признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания, приведенного в сочетании с фигурами, имеющими сквозную систему обозначений, в которых:
фиг.1А и 1Б изображают блок-схему устройства двухрежимной связи МДКР/ЧМ, которое может использоваться в настоящем изобретении;
фиг.2 изображают блок-схему трехкаскадного усилителя с переменным усилением, отвечающего настоящему изобретению;
фиг.3 изображает схему входного каскада МДКР, обозначенного на фиг.2;
фиг. 4 изображает схему регулировки смещения усилителя с крутизной, обозначенную на фиг.2;
фиг. 5 изображает схему генератора экспоненциальной функции, обозначенного на фиг.4;
фиг. 6 является частичной комбинацией элементов фиг.2 и 3, собранной для иллюстрации полезных свойств настоящего изобретения;
фиг.7 изображает схему усилителей тока, обозначенных на фиг.2;
фиг. 8 изображает схему генератора концевого тока, обозначенного на фиг. 7.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given in conjunction with the figures having an end-to-end notation system in which:
figa and 1B depict a block diagram of a device dual-mode communication mdcr / FM, which can be used in the present invention;
figure 2 depict a block diagram of a three-stage amplifier with variable gain, corresponding to the present invention;
figure 3 depicts a diagram of the input stage mdcr indicated in figure 2;
FIG. 4 depicts a bias adjustment circuit of an amplifier with a slope indicated in FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram of an exponential function generator indicated in FIG. 4;
FIG. 6 is a partial combination of the elements of FIGS. 2 and 3 assembled to illustrate the beneficial properties of the present invention;
Fig.7 depicts a diagram of the current amplifiers indicated in Fig.2;
FIG. 8 is a diagram of the terminal current generator shown in FIG. 7.
Настоящее изобретение имеет своей задачей создание усилителя с переменным усилением (УПУ), выполненного в виде монолитной интегральной схемы. УПУ обеспечивает коэффициент усиления, пропорциональный регулирующему напряжению. УПУ обеспечивает экспоненциальный рост коэффициента усиления по напряжению как функцию линейных приращений подаваемого регулирующего напряжения, тем самым обеспечивая приблизительно линейный рост коэффициента усиления по мощности в децибелах (дБ), прямо пропорциональный линейным приращениям подаваемого регулирующего напряжения. УПУ может обеспечивать линейный коэффициент усиления по мощности в большом динамическом диапазоне, превышающем 80 дБ (или множитель от 1 до 100000000). УПУ обеспечивает линейное усиление мощности, допускающее процессные вариации, которые имеют место в ходе изготовления УПУ. The present invention has as its task the creation of an amplifier with variable gain (UPA), made in the form of a monolithic integrated circuit. The UPA provides a gain proportional to the control voltage. The UPA provides an exponential increase in voltage gain as a function of the linear increments of the applied control voltage, thereby providing an approximately linear increase in power gain in decibels (dB), which is directly proportional to the linear increments of the applied control voltage. The VGA can provide a linear power gain in a large dynamic range in excess of 80 dB (or a factor of 1 to 100,000,000). The UPA provides a linear power amplification that allows for process variations that occur during the manufacture of the UPU.
УПУ может применяться во многих приложениях, включая приемники и передатчики. Если УПУ действует как усилитель приемника, его входной сигнал обычно изменяется в широком динамическом диапазоне, тогда как выходной сигнал УПУ является относительно постоянным. При низком уровне входного сигнала УПУ, функционирующего как усилитель приемника, коэффициент усиления УПУ должен быть сравнительно большим. При высоком уровне входного сигнала УПУ, функционирующего как усилитель приемника, коэффициент усиления УПУ должен быть сравнительно малым. Таким образом, УПУ, функционирующий как усилитель приемника, должен иметь хорошую шумовую характеристику, когда он обеспечивает сравнительно высокий коэффициент усиления, и хорошую интермодуляционную характеристику при обеспечении сравнительного низкого коэффициента усиления. The UPA can be used in many applications, including receivers and transmitters. If the VGA acts as a receiver amplifier, its input usually varies over a wide dynamic range, while the VGA output is relatively constant. With a low input level of the UPA, which functions as a receiver amplifier, the gain of the UPA should be relatively large. With a high input level of the UPA, which functions as a receiver amplifier, the gain of the UPA should be relatively small. Thus, a VGA, functioning as a receiver amplifier, should have a good noise response when it provides a relatively high gain, and a good intermodulation response while providing a relatively low gain.
Если УПУ функционирует как усилитель передатчика, то его входной сигнал обычно постоянный, тогда как выходной сигнал УПУ изменяется в широком динамическом диапазоне. Когда требуется высокий уровень выходного сигнала УПУ, коэффициент усиления УПУ должен быть сравнительно большим, и интермодуляционная характеристика должна поддерживать результирующие высокие уровни сигнала. Когда требуется малый уровень выходного сигнала УПУ, функционирующего как усилитель передатчика, коэффициент усиления УПУ должен быть сравнительно малым, и шумовая характеристика УПУ может иметь большое значение. If the VGA functions as a transmitter amplifier, then its input signal is usually constant, while the VGA output signal varies over a wide dynamic range. When a high level VGA output signal is required, the VGA gain should be relatively large, and the intermodulation characteristic should support the resulting high signal levels. When a low level of the output signal of the UPA, which functions as a transmitter amplifier, is required, the gain of the UPA should be relatively small, and the noise characteristic of the UPA can be of great importance.
Фиг.2 является блок-схемой одного варианта реализации усилителя с переменным усилением (УПУ) 100, который корректирует уровень мощности входного сигнала в широком динамическом диапазоне. Вариант реализации, представленный на фиг.2, пригоден для использования в качестве приемного усилителя АРУ 902, изображенного на фиг.1. УПУ 100 заключает в себе три каскада: входной каскад 120 и два последовательно включенных после него каскада усилителей тока 160А и 160Б. Для увеличения динамического диапазона УПУ 100 после входного каскада 120 последовательно добавляется более одного каскада 160 усилителя тока. Согласно первому варианту реализации, входной каскад 120 заключает в себе раздельные входной каскад ЧМ 121 и входной каскад МДКР 122 с соответствующими входными портами 171 и 170. Входной каскад ЧМ 121 и входной каскад МДКР 122 попеременно подключаются к усилителю тока 160А через ключи 123, которыми управляет сигнал выбора режима МДКР/ЧМ. Когда устройство связи находится в режиме МДКР, ключи 123 подключают к усилителю тока 160А входной каскад МДКР 122 и отключают входной каскад ЧМ 121. Наоборот, когда устройство связи находится в режиме ЧМ, ключи 123 подключают к усилителю тока 160А входной каскад ЧМ 121 и отключают входной каскад МДКР 122. FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of a variable gain amplifier (VGA) 100 that corrects an input signal power level over a wide dynamic range. The implementation option presented in figure 2, is suitable for use as a receiving amplifier AGC 902, shown in figure 1. The
На фиг.2 также изображены порты смещения 110, 130, 150А и 150Б для регулирующих напряжений, подлежащих подаче на УПУ 100. Коэффициент усиления каждого каскада регулируется регулирующими напряжениями, которые, например, могут генерироваться детектирующей схемотехникой приемника, которая определяет интенсивность сигнала. Каждый каскад образуется разнообразными компонентами, в том числе активными устройствами, например транзисторами. Figure 2 also shows the
Входной сигнал УПУ, подаваемый на входные порты 170 входного каскада МДКР 122, является симметричным, т.е. разделенным по двумя трактам сигнала, каждый из которых несет сигнал, сдвинутый по фазе относительно другого на сто восемьдесят градусов. Входной сигнал УПУ поступает через входной порт 170 УПУ. Однако входной сигнал УПУ, подаваемый на входные порты 171 входного каскада ЧМ 121, является несимметричным. Выход входного каскада 120 и вход усилителя тока 160А соединяются через порт 190. The input signal of the UPA supplied to the
Поскольку он работает при низком напряжении питания, например 3,6 В, входной каскад 120 преобразует входной сигнал напряжения в сигнал тока, чтобы не позволять активным устройствам УПУ работать в их нелинейной области, вызывая искажение входного сигнала. Низкое напряжение питания УПУ 100 также снижает потребление мощности УПУ 100. Since it operates at a low supply voltage, for example 3.6 V, the
Фиг. 3 иллюстрирует один вариант реализации входного каскада МДКР 122. Симметричный сигнал подается на входной порт 170 УПУ. Входной каскад МДКР 122 заключает в себе усилитель с переменной крутизной 227, присоединенный к аттенюатору 226 с элементом Гильберта, и выполняет четыре функции. Во-первых, усилитель с переменной крутизной 227 преобразует входной сигнал напряжения в сигнал тока. Во-вторых, комбинация усилителя с переменной крутизной 227 и аттенюатора 226 с элементом Гильберта допускает переменное усиление сигнала, которое может изменяться экспоненциально (линейно в дБ) путем линейной корректировки регулирующих напряжений на порту смещения 110. В-третьих, увеличение глубины отрицательной эмиттерной обратной связи в усилителе с переменной крутизной 227 снижает ИМИ УПУ 100 при большой амплитуде напряжения входного сигнала, когда ИМИ наиболее заметны. По мере увеличения глубины отрицательной эмиттерной обратной связи в усилителе с переменной крутизной 227 крутизна, а значит, и ИМИ входного каскада 120 уменьшается. Наконец уменьшение глубины отрицательной эмиттерной обратной связи в усилителе с переменной крутизной 227 улучшает коэффициент шума УПУ 100 при малой амплитуде напряжения входного сигнала, когда шумовая характеристика наиболее значима. По мере уменьшения глубины отрицательной эмиттерной обратной связи в усилителе с переменной крутизной 227, крутизна входного каскада 120 увеличивается, что улучшает коэффициент шума приемника. FIG. 3 illustrates one embodiment of a
Усилитель с переменной крутизной 227 образован двумя биполярными транзисторами (БПТ) 235 и 236, двумя источниками тока 238, 239 и полевым транзистором (ПТ) 237. Источники тока 238, 239 последовательно подключены к эмиттерам БПТ 235 И 236. Вывод истока 228 и вывод стока 229 ПТ 237 соответственно подключаются к эмиттерам БПТ 235 и 236. Симметричный сигнал на входном порту 170 УПУ подается на базы БПТ 235 и 236. Симметричный выход тока усилителя с переменной крутизной 227 вытекает из коллекторов БПТ 235 и 236. An amplifier with a
Крутизна усилителя с переменной крутизной 237 может корректироваться путем изменения глубины отрицательной эмиттерной обратной связи БПТ 235 и 236. В результате может изменяться коэффициент усиления УПУ 100. Эмиттерная отрицательная обратная связь БПТ 235 и 236 создается изменением сопротивления канала ПТ 237. ПТ 237 задействуется как переменный резистор в своей омической области и обеспечивает отрицательную обратную связь переменной глубины для обоих БПТ 235 и 236. Напряжение смещения между истоком и стоком ПТ 237 должно поэтому быть меньше, чем напряжение излома ПТ 237. Сопротивление канала может изменяться путем корректировки смещения на переходе затвор - исток ПТ 237 посредством изменения напряжения, подаваемого на порт смещения 290. Крутизну усилителя с переменной крутизной 227 можно увеличивать, уменьшая сопротивление канала ПТ 237. Таким образом, настоящее изобретение, обеспечивая переменное сопротивление канала ПТ 237, позволяет удовлетворять обоим противоречащим друг другу соображениям разработки, касающимся коэффициента шума и характеристики ИМИ. Кроме того, улучшается экономичность потребления постоянного тока УПУ 100, поскольку входной каскад МДКР 122 потребляет лишь такой постоянный ток, который необходим для усиления низкоуровневых входных сигналов, одновременно снижая потребление постоянного тока последующих каскадов усиления тока за счет снижения своей крутизны при высоком уровне входных сигналов. The steepness of an amplifier with a variable slope of 237 can be corrected by changing the depth of the negative emitter feedback of the
Дифференциальные выходные сигналы тока усилителя с переменной крутизной 227 поступают на аттенюатор 226 с элементом Гильберта. Аттенюатор 226 с элементом Гильберта изменяет амплитуду тока сигнала, подаваемого на его входы. Аттенюатор 226 с элементом Гильберта заключает в себе первую пару БПТ 231 и 234 и вторую пару БПТ 232 и 233. Уровень ослабления аттенюатора 226 с элементом Гильберта задается регулирующим напряжением, подаваемым на порт смещения 110. Аттенюатор 226 с элементом Гильберта ослабляет выходной ток усилителя с переменной крутизной 227, когда регулирующее напряжение, подаваемое на порт смещения 110, создает смещение на первой паре БПТ 231 и 234, так что большая часть выходного тока усилителя с переменной крутизной течет через первую пару БПТ 231 и 234, а не через вторую пару БПТ 232 и 233. В результате, симметричные токи на порту 190 аттенюатора 226 с элементом Гильберта уменьшаются. Как усилитель с переменной крутизной 227, так и аттенюатор 226 с элементом Гильберта получают смещение от общего ввода питания 230. Differential current output signals of an amplifier with a
Преимущественный вариант реализации входного каскада ЧМ 121 аналогичен преимущественному варианту реализации входного каскада МДКР 122, за исключением того, что ПТ 237 заменяется фиксированным сопротивлением, согласно отмеченному ранее, фиксированное сопротивление входного каскада ЧМ 121 обеспечивает фиксированную крутизну, поскольку промышленные стандарты, например ВС-95, допускают сжатие входного сигнала (т.е. допускается переход УПУ в нелинейную область) при гораздо более низком уровне по сравнению с уровнем входного сигнала МДКР. Альтернативно входной каскад 120 может заключать в себе только один каскад с фиксированной крутизной, аналогичный тому, что имеет место во входном каскаде ЧМ 121. Этот видоизмененный вариант реализации особенно пригоден для использования в качестве передающего усилителя АРУ 904, изображенного на фиг.1. The preferred embodiment of the input stage of the
Как было отмечено выше, один аспект разработки состоит в том, что крутизна усилителя с переменной крутизной 227 изменяется экспоненциально по мере того, как регулирующее напряжение, подаваемое на порт смещения 130 схемотехники 140 регулировки смещения усилителя с крутизной, корректируется линейно. Фиг 4 иллюстрирует один вариант реализации схемотехники 140 регулировки смещения усилителя с крутизной, которая обеспечивает этот результат. Схемотехника 140 регулировки смещения усилителя с крутизной включает в себя генератор экспоненциальной функции 360, первую и вторую схемы 353 и 354 операционного усилителя, фильтр низких частот 352 и источник тока 341. As noted above, one aspect of the development is that the slope of the
Генератор экспоненциальной функции 360 преобразует регулирующее напряжение, подаваемое на порт смещения 130, в два выходных тока, текущих от выхода 358 генератора экспоненциальной функции 360 к первой схеме 353 оперативного усилителя. Отношение амплитуд этих токов экспоненциально пропорционально регулирующему напряжению. Регулирующее напряжение согласно иллюстративному варианту реализации, представленному на фиг.1, является либо РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ ПРИЕМ., либо РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ ПЕРЕД., либо их масштабированной и температурно-компенсированной разновидностью. Генерирование этого регулирующего напряжения выходит за пределы объема настоящего изобретения и описано в другом месте, к примеру в патенте США 5, 469, 115, включенному сюда выше посредством ссылки. The
Фиг. 5 иллюстрирует один вариант реализации генератора экспоненциальной функции 360. Генератор экспоненциальной функции 360 заключает в себе дифференциальный усилитель 465, имеющий выходы, которые возбуждают пару токовых зеркал 474 на ПТ. Дифференциальный усилитель 465 заключает в себе параллельную пару БТП 461 и 462, подключенную к источнику тока 472. Пара токовых зеркал 474 на ПТ заключает в себе четыре ПТ: 464, 466, 468 и 470. В силу экспоненциального вида вольтамперной характеристики БПТ 461 и 462 отношение их коллекторных токов пропорционально дифференциальному напряжению между базами БПТ 461 и 462, которое определяется регулирующим сигналом напряжения. Таким образом, линейное изменение дифференциального напряжения на порту смещения 130 переводится в экспоненциально-зависимый (линейный в дБ) ток на выходе 358. Токовые зеркала 474 просто берут экспоненциально-зависимый ток, генерируемый биполярной дифференциальной парой 461 и 462, и подают его для использования по всему усилителю. Генератор экспоненциальной функции 360 получает смещение от ввода питания 400. FIG. 5 illustrates one embodiment of an
Согласно фиг.4, первая и вторая схемы 353 и 354 операционного усилителя действуют во взаимодействии с генератором экспоненциальной функции 360, чтобы регулировать сопротивление канала ПТ 237, изображенного на фиг.3. Первая схема 353 операционного усилителя заключает в себе главный ПТ 344, который предпочтительно идентичен ПТ 237, опорный резистор 346 и дифференциальный операционный усилитель 348. Выходные токи от генератора экспоненциальной функции 360 поступают на главный ПТ 244 и опорный резистор 346. Дифференциальный операционный усилитель 348 уравнивает напряжение между выводами истока и стока главного ПТ 244 и напряжение между выводами опорного резистора 346 путем изменения напряжения смещения, подаваемого на затвор главного ПТ 344. Напряжения смещения, подаваемые на затворы ПТ 237 и главного ПТ 344, практически равны. Однако напряжение смещения, подаваемое на затвор ПТ 237 через порт смещения 122, подвергается фильтрации низких частот, чтобы препятствовать подаче на ПТ 237 теплового шума от схемотехники 140 регулировки смещения усилителя с крутизной. Фильтрация низких частот осуществляется фильтром низких частот 352, образованным последовательно включенным резистором 350 и параллельно включенным конденсатором 351. According to FIG. 4, the first and second
Вторая схема 354 операционного усилителя уравнивает напряжения на истоках главного ПТ 344 и ПТ 237. Второй операционный усилитель заключает в себе неинвертирующий операционный усилитель 349 с единичным коэффициентом усиления и резисторы 345 и 347, которые воспринимают напряжение между стоком и истоком ПТ 237 через вывод истока 228 и вывод стока 229. The second
Генератор экспоненциальной функции 360 и источник тока 341, подключенные по разные стороны главного ПТ 344 и опорного резистора 346, разработаны так, чтобы падение напряжения на опорном резисторе 346 и, следовательно, между истоком и стоком главного ПТ 344 было меньше напряжения излома ПТ. В результате работа схем 353 и 354 операционного усилителя вынуждает ПТ 237 и главный ПТ 344 работать на аналогичных рабочих точках их омических областей. Поэтому сопротивления канала как ПТ 237, так главного ПТ 344 практически идентичны и изменяются экспоненциально при линейной корректировке регулирующего напряжения, подаваемого на порт смещения 130. The
Фиг. 6 является частичной комбинацией элементов фиг.2 и 3, собранной для иллюстрации полезных свойств настоящего изобретения. Одна из проблем, решаемая схемой, изображенной на фиг. 6, заключается в процессной вариации μсСох, а следовательно, и сопротивления канала ПТ 237 как функции напряжения, подаваемого на его затвор. Как было отмечено ранее со ссылкой на фиг.3, ПТ 237 регулирует крутизну усилителя с переменной крутизной 227. Отрицательная эмиттерная обратная связь переменной глубины, обеспечиваемая ПТ 237, позволяет входному каскаду 120 работать в широком диапазоне сигналов. FIG. 6 is a partial combination of the elements of FIGS. 2 and 3 assembled to illustrate the beneficial properties of the present invention. One of the problems solved by the circuit of FIG. 6, lies in the process variation of μcCox, and, consequently, in the resistance of the
Поскольку ослабление, обусловленное входным каскадом 120, столь существенно для работы схемы, и характеристики каскада устанавливаются ПТ 237, точная установка значения сопротивления ПТ 237 очень важна. Поскольку сопротивление канала как функцию подаваемого на затвор напряжения в процессе изготовления трудно регулировать от детали к детали, для достижения постоянства используется контур внешней регулировки. Фиг.6 изображает контур регулировки, используемый для иммунизации работы входного каскада МДКР к процессным вариациям ПТ 237. Since the attenuation due to the
Резистор 346 является резистором на кристалле. Этот резистор делается большим, чтобы минимизировать процессные вариации. Резистор 346 используется в качестве опорного сопротивления для контура регулировки.
Заметим, что полный ток от выхода 358 генератора экспоненциальной функции 360 устанавливается источником тока 341. Таким образом, если ток через один из симметричных выходов выхода 358 увеличивается, то ток через другой симметричный выход выхода 358 уменьшается. Заметим также, что падение напряжения на резисторе 346 такое же, как падение напряжения на главном ПТ 344. Падения напряжения одинаковы, потому что каждое напряжение является одним из входных напряжений операционного усилителя 348. Выходной сигнал операционного усилителя 348 регулирует сопротивление главного ПТ 344 так, чтобы падение напряжения на нем было равно произведению тока через резистор 346 и значения сопротивления резистора 346. Таким образом, по мере того, как ток через резистор 346 возрастает, а ток через главный ПТ 344 убывает, падение напряжения на резисторе 346 возрастает. В ответ сопротивление канала главного ПТ 344 также должно возрасти, чтобы падение напряжения оставалось таким же, как на резисторе 346. То же выходное напряжение операционного усилителя 348, которое подается на затвор главного ПТ 344, также подается на затвор ПТ 237. Резистор 350 и конденсатор 351 обеспечивают фильтр низких частот между выходом операционного усилителя 348 и затвором ПТ 237, но напряжение постоянной полярности, подаваемое на затвор главного ПТ 344 и затвор ПТ 237, одно и то же. Note that the total current from the
Согласно преимущественному варианту реализации, главный ПТ 344 и ПТ 237 располагаются на общей подложке в непосредственной близости друг к другу. Таким образом, хотя процессные вариации от одной детали УПУ к другой детали УПУ являются значительными, внутри единой детали УПУ характеристики главного ПТ 344 и ПТ 237 зависимости сопротивления канала от напряжения затвора ведут себя практически одинаково. Таким образом, сопротивление ПТ 237 устанавливается равным сопротивлению главного ПТ 344. По мере снижения сопротивления канала ПТ 237 ток, текущий через транзисторы 235 и 236, нарастает. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает способ точного выполнения отрицательной эмиттерной обратной связи переменной глубины во входном каскаде МДКР 122. According to an advantageous embodiment, the
Фиг. 7 иллюстрирует один вариант реализации усилителей тока 160А, 160Б, изображенных на фиг.2, вход усилителя тока 160, как показано на фиг.7, может присоединяться к выходу входного каскада 120 или к выходу другого усилителя тока 160. Усилитель тока 160 заключает в себе дифференциальный усилитель Дарлингтона 510, каскадный дифференциальный усилитель 520 и генератор 570 концевого тока. Смещение на усилитель тока 160 подается посредством вводов питания 508 и 509 и источников тока 596 и 598. Дифференциальный усилитель Дарлингтона 510 заключает в себе БПТ 580, 586, 588 и 594 и резисторы 582, 584, 590, 592 в топологии, изображенной на фиг.7, так что дифференциальный усилитель Дарлингтона 510 имеет резистивную параллельно-последовательную обратную связь для обеспечения повышенного коэффициента усиления и нечувствительности к процессным вариациям. FIG. 7 illustrates one embodiment of the
Следует заметить, что резистивная параллельно-последовательная обратная связь, обеспечиваемая резисторами 582, 584, 590, 592, отвечающая настоящему изобретению, стремится уравнивать ток обратной связи через резисторы со входным током через входной порт 190. Таким образом, поскольку они также обеспечивают делитель тока, они увеличивают коэффициент усиления по току дифференциального усилителя Дарлингтона 510 пропорционально отношению [сопротивлений] резисторов обратной связи. It should be noted that the resistive parallel-serial feedback provided by the
Каскадный дифференциальный усилитель 520 обеспечивает транслинейный контур, который обеспечивает переменное усиление тока в соответствии с отношением концевых токов 512, генерируемых генератором 570 концевого тока. Каскадный дифференциальный усилитель заключает в себе БПТ 500, 502, 504 и 506 в топологии дифференциального токового зеркала транслинейного контура, которое позволяет изменять коэффициент усиления усилителя тока путем изменения концевых токов 512. The cascade
Коэффициент усиления усилителя 160 регулируется генератором 570 концевого тока. Генератор 570 концевого тока через дифференциальный порт 512 подключается как к дифференциальному усилителю Дарлингтона 510, так и к каскадному дифференциальному усилителю 520. Усиление тока каждого из усилителей тока 160 может изменяться экспоненциально путем использования регулирующего тока, генерируемого генератором экспоненциальной функции 360, изображенным на фиг.4 и 5, подаваемого на порты регулировки 150. Генератор 570 концевого тока получает смещение через ввод питания 509. The gain of the
Фиг. 8 иллюстрирует один вариант реализации генератора 570 концевого тока. Генератор 570 концевого тока включает генератор экспоненциальной функции 861, который может быть элементом, аналогичным или идентичным генератору экспоненциальной функции 360 (фиг.4 и 5), который вырабатывает выходной сигнал 859, который является аналогичным или идентичным выходному сигналу 358 генератора экспоненциальной функции 360. Генератор экспоненциальной функции 861 присоединяется к паре токовых зеркал 860 на биполярных транзисторах. Согласно фиг.8, обе схемы присоединяются к вводу питания 509, однако они могут подключаться к разным вводам питания. Пара токовых зеркал 860 на биполярных транзисторах образована первой группой БПТ 822, 824 и 830 и второй группой БПТ 832, 834 и 840, а также первой группой резисторов 826, 828 и 844 и второй группой резисторов 836, 838 и 842. Пара токовых зеркал на биполярных транзисторах имеет своей целью брать регулирующий ток, выдаваемый генератором экспоненциальной функции 861, и трансформировать его в концевые токи 512. FIG. 8 illustrates one embodiment of a terminal
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения, генераторы экспоненциальной функции 360 и 861 представляют собой один и тот же элемент, что выгодно обеспечивает единый регулирующий ток, который может отражаться на входной каскад МДКР 122, а также на усилители тока 160А и 160Б. Этот вариант реализации обеспечивает еще большую экономию постоянного тока за счет снижения коэффициента усиления по току (и тем самым потребления постоянного тока на батареях) усилителей тока 160А и 160Б в одно и то же время и в одной и той же пропорции, как происходит снижение крутизны входного каскада МДКР 122. Кроме того, такая организация гарантирует экспоненциальную (линейную в дБ) зависимость полного усиления тока на всех каскадах от регулирующего напряжения усилителя АРУ. According to one embodiment of the present invention, the
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает УПУ, обладающий высоким динамическим диапазоном по обоим сигналам, МДКР и ЧМ, с максимальным совместным использованием элементов в обоих режимах, МДКР и ЧМ. Мобильный приемник, где применяется такой УПУ, может детектировать сигналы в более широких диапазонах входной мощности. УПУ также минимально потребляет мощность постоянного тока. Таким образом, УПУ может использоваться в устройстве мобильной связи и выгодно продлевать срок службы батарей. Наконец коэффициент усиления УПУ может изменяться линейно в дБ за счет линейной корректировки регулирующих напряжений постоянной полярности. Thus, the present invention provides an UPA having a high dynamic range for both signals, CDMA and FM, with maximum sharing of elements in both modes, CDMA and FM. A mobile receiver using such a VGA can detect signals over wider ranges of input power. The UPA also minimally consumes DC power. Thus, the UPA can be used in a mobile communication device and advantageously extend the battery life. Finally, the gain of the UPA can vary linearly in dB due to the linear adjustment of the regulating voltages of constant polarity.
Предшествующее описание преимущественных вариантов реализации позволяет специалистам осуществить или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов реализации будут совершенно очевидны специалистам, и основополагающие принципы, изложенные здесь, могут применяться к другим вариантам реализации без использования изобретательства. Таким образом, настоящее изобретение не предполагает ограничений со стороны представленных здесь вариантов реализации, подлежит предоставлению самого широкого объема, согласующегося с раскрытыми здесь принципами и признаками новизны. The preceding description of preferred embodiments allows those skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the fundamental principles set forth herein may be applied to other embodiments without the use of invention. Thus, the present invention does not imply restrictions on the side of the implementation options presented here; it is intended to provide the widest scope consistent with the principles and features of novelty disclosed herein.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/789,108 US5880631A (en) | 1996-02-28 | 1997-01-27 | High dynamic range variable gain amplifier |
US789,108 | 1997-01-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99118581A RU99118581A (en) | 2001-07-10 |
RU2209504C2 true RU2209504C2 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=25146617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99118581/09A RU2209504C2 (en) | 1997-01-27 | 1997-12-19 | High-dynamic-range variable-gain amplifier |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
JP (4) | JP4135988B2 (en) |
KR (2) | KR100654112B1 (en) |
CN (1) | CN1124680C (en) |
AU (1) | AU732076B2 (en) |
BR (1) | BR9714291A (en) |
CA (1) | CA2274529C (en) |
HK (1) | HK1023861A1 (en) |
RU (1) | RU2209504C2 (en) |
WO (1) | WO1998033272A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519348C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Controlled amplifier and analogue signal mixer based on darlington differential stage |
RU2534972C1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband non-inverting amplifier with low non-linear noise and harmonic distortion |
RU2771479C1 (en) * | 2021-05-12 | 2022-05-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ТРИУМФ АУДИО" | Symmetric feedback amplifier |
RU225515U1 (en) * | 2023-11-27 | 2024-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" | TEMPERATURE COMPENSATION BIAS CIRCUIT OF PULSE POWER AMPLIFIER |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2357913A (en) * | 1999-12-24 | 2001-07-04 | Ericsson Telefon Ab L M | Conditioning a gain control signal so that an output is dB linear |
CN1741375B (en) * | 2004-08-26 | 2010-10-27 | 瑞昱半导体股份有限公司 | Amplified circuit capable of dynamic regulating supply voltage |
EP1715579B1 (en) * | 2005-04-19 | 2010-03-10 | Alcatel Lucent | Analogue multiplier |
US7397306B2 (en) * | 2005-11-02 | 2008-07-08 | Marvell World Trade Ltd. | High-bandwidth high-gain amplifier |
EP1955438A1 (en) | 2005-11-23 | 2008-08-13 | Nxp B.V. | A monotonic variable gain amplifier and an automatic gain control circuit |
CN101350605B (en) * | 2008-09-12 | 2011-09-28 | 东南大学 | Improved bipolar type variable gain amplifier with minimum gain control |
US7944311B1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-05-17 | Samsung Electro-Mechanics Company, Ltd. | Feedback biasing for cascode amplifiers |
EP2472723B1 (en) | 2011-01-04 | 2015-12-16 | ams AG | Amplifier with non-linear current mirror |
CN103051298B (en) * | 2011-10-17 | 2016-07-06 | 中国科学院微电子研究所 | Programmable Gain Amplifier Circuit and programmable gain amplifier |
US9071136B2 (en) * | 2012-03-30 | 2015-06-30 | Qualcomm Incorporated | System and method for suppression of peaking in an external LC filter of a buck regulator |
CN103647532A (en) * | 2013-11-26 | 2014-03-19 | 苏州贝克微电子有限公司 | Low-voltage folding-type current signal modulator |
CN105353295A (en) * | 2015-12-01 | 2016-02-24 | 无锡比迅科技有限公司 | Operation amplifier gain measurement circuit |
RU2614345C1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" | Method of exapanding dynamic range in radio systems |
US9735738B2 (en) * | 2016-01-06 | 2017-08-15 | Analog Devices Global | Low-voltage low-power variable gain amplifier |
CN110289822A (en) * | 2019-06-27 | 2019-09-27 | 电子科技大学 | A kind of broadband Larger Dynamic auto-gain circuit |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2937316B2 (en) * | 1987-08-28 | 1999-08-23 | 株式会社東芝 | FM modulator |
JPH077891B2 (en) * | 1988-01-09 | 1995-01-30 | ローム株式会社 | Electronic volume circuit |
JPH0281505A (en) * | 1988-09-19 | 1990-03-22 | Hitachi Ltd | Variable gain amplifier |
US5157350A (en) * | 1991-10-31 | 1992-10-20 | Harvey Rubens | Analog multipliers |
JPH05218764A (en) * | 1992-02-03 | 1993-08-27 | Hitachi Ltd | Electronic volume |
DE69229731T2 (en) * | 1992-09-16 | 1999-12-23 | St Microelectronics Srl | Transconductance differential amplifier dynamically controlled by the input signal |
EP0632583B1 (en) * | 1993-06-30 | 1997-09-03 | STMicroelectronics S.r.l. | Variable gain amplifier |
US5469115A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-21 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for automatic gain control in a digital receiver |
JPH08130428A (en) * | 1994-10-28 | 1996-05-21 | Sony Corp | Variable gain amplifier |
-
1997
- 1997-12-19 WO PCT/US1997/023657 patent/WO1998033272A1/en not_active Application Discontinuation
- 1997-12-19 KR KR1020057022889A patent/KR100654112B1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-12-19 RU RU99118581/09A patent/RU2209504C2/en not_active IP Right Cessation
- 1997-12-19 CA CA002274529A patent/CA2274529C/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-12-19 KR KR1019997006627A patent/KR100572187B1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-12-19 BR BR9714291-3A patent/BR9714291A/en not_active IP Right Cessation
- 1997-12-19 AU AU57132/98A patent/AU732076B2/en not_active Ceased
- 1997-12-19 CN CN97181532A patent/CN1124680C/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-12-19 JP JP53197498A patent/JP4135988B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-05-12 HK HK00102848A patent/HK1023861A1/en not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-08-17 JP JP2007212947A patent/JP2008005538A/en not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-03-18 JP JP2008069493A patent/JP2008182755A/en active Pending
-
2009
- 2009-10-30 JP JP2009251325A patent/JP2010051011A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534972C1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Broadband non-inverting amplifier with low non-linear noise and harmonic distortion |
RU2519348C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Controlled amplifier and analogue signal mixer based on darlington differential stage |
RU2771479C1 (en) * | 2021-05-12 | 2022-05-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ТРИУМФ АУДИО" | Symmetric feedback amplifier |
RU225515U1 (en) * | 2023-11-27 | 2024-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" | TEMPERATURE COMPENSATION BIAS CIRCUIT OF PULSE POWER AMPLIFIER |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR9714291A (en) | 2000-04-25 |
JP2008005538A (en) | 2008-01-10 |
AU732076B2 (en) | 2001-04-12 |
HK1023861A1 (en) | 2000-09-22 |
AU5713298A (en) | 1998-08-18 |
CN1124680C (en) | 2003-10-15 |
CN1245598A (en) | 2000-02-23 |
CA2274529C (en) | 2004-07-27 |
JP2008182755A (en) | 2008-08-07 |
JP2010051011A (en) | 2010-03-04 |
KR100654112B1 (en) | 2006-12-05 |
KR20060002023A (en) | 2006-01-06 |
WO1998033272A1 (en) | 1998-07-30 |
KR100572187B1 (en) | 2006-04-18 |
CA2274529A1 (en) | 1998-07-30 |
JP2001509345A (en) | 2001-07-10 |
KR20000070394A (en) | 2000-11-25 |
JP4135988B2 (en) | 2008-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5880631A (en) | High dynamic range variable gain amplifier | |
RU2209504C2 (en) | High-dynamic-range variable-gain amplifier | |
KR100727335B1 (en) | Gain linearizer for variable gain amplifiers | |
US6166598A (en) | Power amplifying circuit with supply adjust to control adjacent and alternate channel power | |
US20030038675A1 (en) | Feedback loop with adjustable bandwidth | |
JP2005518684A (en) | Power amplifier control | |
GB2311670A (en) | Multistage RF amplifier with gain control of one constant drive current stage and one variable drive current stage | |
US6624700B2 (en) | Radio frequency power amplifier for cellular telephones | |
WO1998033272A9 (en) | High dynamic range variable gain amplifier | |
JP2005538577A (en) | Amplifying circuit capable of adjusting gain, and transmission apparatus including the amplifying circuit | |
EP1568236B1 (en) | Continuously variable gain radio frequency driver amplifier having linear in decibel gain control characteristics | |
US7539468B2 (en) | Communication terminal device and amplification circuit | |
JPH1079633A (en) | Gain control circuit for linear power amplifier | |
US5873046A (en) | System for communicating in analog or digital mode and mobile station employing the same | |
US7545217B1 (en) | System and method for improving power efficiency in GSM power amplifiers | |
EP1460767B1 (en) | Radio transmitter | |
US6388529B2 (en) | Grounded emitter amplifier and a radio communication device using the same | |
KR100303309B1 (en) | Linearity improvement device of amplifier through current control in mobile communication terminal | |
US6452445B1 (en) | Voltage controlled variable gain element | |
WO2000064062A1 (en) | System and method for selectively controlling amplifier performance | |
MXPA99006912A (en) | High dynamic range variable gain amplifier | |
US7593700B2 (en) | Controllable radio frequency stage with variable gain/attenuation, in particular incorporated into the transmission chain of a cellular mobile telephone, and corresponding control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101220 |