[发明专利]基于运算放大器的宽带可编程增益放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可编程增益放大器，确切说，涉及一种数字信号控制的可编程增益放大器，属于放大电路的技术领域。

背景技术

模拟电路需要对信号进行放大或衰减，这一功能由可变增益发大器(VGA)实现。可变增益放大器就是增益可以变化的放大器。它广泛应用在磁盘读取驱动电路、磁数据存储系统、电磁计量器、电视调谐器等方面，在无线通信的收发信机模拟前端中，也起着重要作用。

随着数模混合电路的发展，越来越多的可变增益放大器使用数字信号控制增益的变化(也称为可编程增益放大器)。同模拟自动增益控制环路相比，数控方式易于实现，控制精度高，节省功耗。数字控制通常产生若干字节的控制码，通过控制模拟开关，实现改变增益的功能。可编程增益放大器可以使用电阻阵列实现增益控制。例如将电阻和MOS管模拟开关串联，控制MOS管模拟开关的通断状态实现阻值的变化，进而改变放大器的增益。

可编程增益放大器主要分成开环和闭环两种结构。开环放大器的增益一般表示为等效输入跨导G_m和等效输出电阻R_out的乘积(Gain＝G_mR_out)，增益变化可以通过改变跨导或输出电阻实现。这种结构的可编程增益放大器动态范围大，工作稳定。但由于输出节点通常是放大器的主极点，因此，输出电阻的变化将导致带宽的变化。与开环可编程增益放大器相比，闭环可编程增益放大器使用负反馈结构，性能稳定。它的增益取决于反馈电阻与输入电阻之比，线性度较高。它可以实现端到端的输入输出，信号动态范围大。当前出现的闭环可编程增益放大器大多采用差动输入输出运放，译码器，输入电阻和反馈电阻，见图1。通过数控改变输入电阻和反馈电阻值可改变放大器的增益，即可使放大器的增益可编程。但由于运放有限的截止频率，使得可编程增益放大器带宽有限。提高运放有限的增益带宽积成为扩展可编程增益放大器带宽的重要手段。

发明内容

本发明的目的是推出一种基于运算放大器结构的宽带可编程增益放大器。该放大器通过设计两极点一零点运算放大器，通过前馈结构实现的零点补偿次极点，保证了60dB低频增益同时，扩展了运放的带宽，获得了10MHz截止带宽，4.5GHz的增益带宽积。整个可编程增益放大器实现了10MHz带宽，50dB增益可调。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于运算放大器的宽带可编程增益放大器，包括差动输入差动输出模块1，第一译码器模块2，第二译码器模块3和电阻开关阵列模块4，第一译码器模块2及第二译码器模块3为两位译码器，每一译码模块各有两个数字信号输入端和四个数字信号输出端，依次是第四数字信号输入端a3、第三数字信号输入端a2、第二数字信号输入端a1、第一数字信号输入端a0、第一数字信号输出端d1、第二数字信号输出端d2、第三数组信号输出端d3、第四数字信号输出端d4、第五数字信号输出端d5、第六数字信号输出端d6、第七数字信号输出端d7、第八数字信号输出端d8，特点是：差动输入输出运放模块1是两极点一零点运算放大器模块，由一个两级运放和一个一级运放嵌套构成，差动输入输出运放模块1有两个输入端，两个输出端，七个电压偏置端，依次是正相输入端VIP、反相输入端VIN以及正相输出端VOP、反相输出端VON，第一偏置电压VB0，第二偏置电压VB1，第三偏置电压VB2，第四偏置电压VB3以及共模反馈电压VCMFB，电源电压VDD和地GND；

差动输入输出运放模块1中的两级运放包括第一输入管M2，第二输入管M3，第一尾电流管M5，第二尾电流管M6，第一负载管M9，第二负载管M10，第三负载管M11，第四负载管M12，第五负载管M13，第六负载管M14，第七负载管M15，第八负载管M16，第一放大管M17，第二放大管M18，共模反馈第一调节管M19，共模反馈第二调节管M20，第九负载管M21，第十负载管M22，输出第一尾电流管M23，输出第二尾电流管M24，输出第三尾电流管M25，输出第四尾电流管M26，所述输入管、负载管、电流管、放大管及调节管的交点有第一交点P1，第二交点P2，第三交点P3，第四交点P4，第五交点P5，第六交点P6，第七交点P7，第八交点P8，第九交点P9，第十交点P10，第十二交点P12，第十三交点P13；