[发明专利]一种高增益精度的可编程增益放大器

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路设计领域，具体涉及一种高增益精度可编程增益放大器。 

  

背景技术

在无线通信、磁盘读取、医疗器械等领域，模拟系统所要处理的信号往往具有较大的动态范围。例如，在GSM无线接收机中就需要大约80dB的增益变化。为了得到一个相对恒定的信号，需要一个可变增益放大器 (Variable Gain Amplifier，VGA）来调节接收信号的幅度。具体地说，通过将VGA的输出信号和参考信号比较来生成一个控制信号，控制VGA的增益使其输出信号的幅度和参考信号相等。所以VGA的增益精度越高，增益动态范围越大，增益随控制信号的dB线性越好，其对接收信号的调节性能也就越好。 

可变增益放大器根据增益控制方式，可以分为增益连续可调的可变增益放大器 (Variable Gain Amplifier，VGA），和增益步进变化的可编程增益放大器 (Programmable Gain Amplifier，PGA)。VGA的控制信号为模拟信号，增益连续可调，但是增益控制复杂；PGA的控制信号为数字信号，因此其增益离散变化，但是增益控制简单。 

图1所示为一种基于衰减器结构的可变增益放大器。该可变增益放大器包括一个电阻网络衰减器，一个由差分对组成的可变跨导单元阵列，一个跨阻放大器以及跨导控制器。衰减器的每一级输出都接一个差分对的正输入端，所有差分对的输出接在一起，其产生的总的小信号电流送入跨阻放大器以产生一个电压信号，并反馈回每一个差分对的负输入端。跨导控制器分别控制每个可变跨导单元，使其跨导从零变化到最大值。任何时刻都只有两个可变跨导模块导通，最后的输出电压由这两个可变跨导模块的跨导比值决定。 

该结构先以衰减器完成一个粗调得到几个大的增益步长，然后在该步长内进行细调，这样一来只需要在一个衰减器步长以内保持连续增益可调，因此可以得到较高的增益精度。但是该结构的增益精度取决于跨导控制器，只有跨导控制器满足所要求的函数关系，才能得到dB线性的增益控制。 

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种高增益精度的可编程增益放大器，以满足通信系统对可编程增益放大器的高增益精度要求。 

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的高增益精度的可编程增益放大器由一个增益精确可调的可编程增益放大器级和三个用以粗调的固定增益放大器级进行级联形成；该放大器电路有正、负两路输入、输出，该两路电路完全对称设计，其中负输入、输出信号处理电路为： 

所述的增益精确可调的可编程增益放大器级中，第十一开关分别接在信号负输入端与第一电阻之间，第一电阻的另一端接第一运算放大器的反向输入端，第一运算放大器的正输出端接第十二开关，第十二开关的另一端是本级的输出端，通过第八一开关接第二运算放大器的反向输入端，第二运算放大器正输出端接第八二开关，第八二开关的另一端是本级的输出端，通过第九一开关接第三运算放大器的反向输入端，第三运算放大器的正输出端接第九二开关，第九二开关的另一端是本级的输出端，通过第一零一开关接第四运算放大器的反向输入端，第四运算放大器的正输出端接第一零二开关，第一零二开关是本放大器的输出端，接信号负输出端；

其中，在第一运算放大器的输入端与输出端之间并联连接6组由开关和电阻串联组成的反馈开关电阻网络，第一组由第二一开关、第二电阻、第二二开关串联组成；第二组由第三一开关、第三电阻、第三二开关串联组成；第三组由第四一开关、第四电阻、第四二开关串联组成；第四组由第五一开关、第五电阻、第五二开关串联组成；第五组由第六一开关、第六电阻、第六二开关串联组成；第六组由第七一开关、第七电阻、第七二开关串联组成；反向第一开关的一端接在第十一开关与信号负输入端之间，另一端接在第十二开关与第八一开关之间；反向第八开关的一端接在第十二开关与第八一开关之间，另一端接在第八二开关与第九一开关之间；反向第九开关的一端接在第八二开关与第九一开关之间，另一端接在第九二开关与第一零一开关之间；反向第十开关的一端接在第九二开关与第一零一开关之间，另一端接在第一零二开关与信号负输出端之间。

所述的第十一开关至第一零二开关都采用CMOS传输门电路，低电平导通；所述的反向开关采用CMOS传输门电路，高电平导通。