[发明专利]高精度可变增益放大器

说明书

技术领域

本发明属于模拟信号处理和通信技术领域，具体涉及无线收发器和声频/视频模拟信号处理电路中的可变增益放大器。

背景技术

可变增益放大器作为自动增益控制系统中的核心单元，广泛应用于各种电子系统，特别是在无线通信领域以及声频/视频模拟信号处理电路中，一个设计良好的可变增益放大器一般要求有大的输入动态范围、低噪声、高带宽、低功耗、大的增益变化范围、增益在dB上随控制电压呈线性关系以及各种增益情况下带宽的一致性。

要使得可变增益放大器在各种增益情况下带宽都相同，一般考虑是把增益级和衰减级分开，一个典型的连接形式如图1所示：固定增益放大器1作为输入级一方面提供精确的增益，另一方面很好地隔离了可变增益放大器前一级电路。固定增益放大器3作为输出级一方面提供精确的增益，另一方面可以驱动大的负载。为了得到较高精度的增益，两个固定增益放大器一般采用闭环结构，它们增益的分配也会影响系统的性能，如果固定增益放大器1的增益太高，那么输入动态范围则会很小；相反，如果固定增益放大器1的增益太低，那么等效输入噪声会相对较大。衰减器2可以是模拟电压控制的连续型衰减器，也可以是数字信号控制的离散型步进衰减器，需要根据具体的应用选择。其中步进衰减器的一般结构如图2所示。R1和R2的比值决定了衰减的步长，假设步长为m dB，那么R2/R1满足关系式：

R2R1=y+1y2;]]>

其中，y=10m20-1.]]>

如果要使得步长为2dB，那么R2/R1＝18.8；如果使得步长为1dB，那么R2/R1＝75.4；如果使得步长为0.5dB，那么R2/R1＝301.7；如果要使得步长为0.2dB，那么R2/R1＝1886.0。随着步长的降低，两个电阻的比值成指数增长，这必然导致电阻比的精度降低，从而使得步长偏离预期设计的值。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种可变增益放大器的系统结构，以便能够很好地平衡输入动态范围和等效输入噪声之间的矛盾，并且得到较小的衰减步长。

本发明提出的一种高精度可变增益放大器系统结构，如图3所示。该系统由5个固定增益放大器和4个衰减器组成；其中，固定低增益放大器4和固定高增益放大器5并行，并且各自跟随一个衰减器6，组成系统的输入级；输入级后依次连接第三固定增益放大器7，第三衰减器8，第四固定增益放大器9，第四衰减器10，和第五固定增益放大器11；输入级和第三固定增益放大器7之间连接有开关12。

本发明中，输入级由并行的两个固定增益放大器组成，一个是固定低增益放大器4，另一个是固定高增益放大器5，它们各自接有一个衰减器6。开关12可以选择接通固定低增益放大器4或者接通高增益放大器5，当接通固定低增益放大器4时，固定高增益放大器5被关掉，而当接通固定高增益放大器5时，固定低增益放大器4被关掉，两者至多只有一个处于正常工作状态。固定增益放大器7，9的加入是为了隔离三个不同步长的衰减器6，8以及10，而最后的固定增益放大器11能够驱动较大的负载。

衰减器6为步长为x的衰减器，总共衰减为n步；衰减器8为步长为y的衰减器，衰减步数和衰减器6相同，也为n；则衰减器10为步长为z的衰减器，z满足关系式：

z＝|x-y|*(n-1)；

衰减器10的步数可以根据具体应用的要求而定。本发明系统采用了三个不同的大步长的衰减器的组合，得到总体上步长较小的衰减器。避免了直接设计步长较小的衰减器因为电阻比太大而导致的误差。

附图说明

图1是传统的可变增益放大器的系统结构。