[发明专利]一种大动态低附加相移射频可编程增益放大器

说明书

本发明属于半导体集成电路设计领域，具体涉及一种大动态低附加相移射频可编程增益放大器，包括偏置电压、晶体管M1‑M5、电阻R1‑R4、电感L1‑L2、两个电流控制阵列、两个相位补偿阵列，其中晶体管M1和晶体管M2组成共源极差分对管，电阻R1与电阻R2分别为晶体管M1和晶体管M2提供栅压偏置；晶体管M3和晶体管M4组成共栅极放大级；晶体管M5为尾电流源，用于保障放大器整体电流不变；电流控制阵列用于实现对放大器增益的编程控制；相位补偿阵列用于消除前馈电容影响，减小增益变化引起的附加相移，本发明提高了CMOS射频可编程增益放大器的增益变化范围，并减小了增益变化过程中引入的信号附加相移。

技术领域

本发明属于半导体集成电路设计领域，具体涉及一种大动态低附加相移射频可编程增益放大器。

背景技术

可编程增益放大器(PGA)是无线收发机中自动增益控制(AGC)环路的关键组成单元，其用于控制信号幅度。在模拟相控阵系统中，通常需要在射频链路中进行增益控制，进而要求可编程增益放大器工作在射频频率。射频可编程增益放大器的增益控制范围直接决定了系统的动态范围；同时，射频可编程增益放大器在增益变化过程中引入的信号附加相位移动会影响相控阵系统的波束赋型。

传统模拟相控阵系统多采用基于III-V族化合物半导体工艺实现的数控衰减器作为增益控制单元，其面临损耗高、成本高等缺点。随着半导体技术的发展， CMOS工艺截止频率(f_T)不断提高，并展现出高集成度、低成本等显著优势，特别适合用于制作多通道一体化射频收发芯片，从而实现超大规模MIMO。但目前CMOS工艺相比III-V族工艺仍具有线性度差、高频寄生大等缺点，从而导致现有CMOS射频可编程增益放大器动态范围较低、附加相移较大。因此，为了满足系统应用要求，基于CMOS工艺设计发明一种大动态低附加相移的射频可编程增益放大器具有重要的工程价值。

发明内容

为提高CMOS射频可编程增益放大器的增益变化范围，并减小增益变化过程中引入的信号附加相移，本发明基于CMOS工艺，提供了一种大动态低附加相移射频可编程增益放大器，包括：

偏置电压、晶体管M1-M5、电阻R1-R4、电感L1-L2、两个电流控制阵列、两个相位补偿阵列，电流控制阵列包括1端和2端，相位补偿阵列包括1端和2 端，其中：

晶体管M1的漏极连接晶体管M3的源极，晶体管M2的漏极连接晶体管 M4的源极，晶体管M1与晶体管M2的源极连接晶体管M5的漏极，晶体管 M5的栅极与偏置电压2端相连，偏置电压1端连接电阻R1和电阻R2，电阻 R3、电感L1、电感L2和电阻R4依次串联；

两个电流控制阵列的1端分别连接晶体管M3、晶体管M4的源极，对应的 2端分别连接晶体管M3、晶体管M4的漏极；

两个相位补偿阵列的1端分别连接晶体管M3的源极、晶体管M4的源极，对应的2端分别连接晶体管M4的漏极、晶体管M3的漏极；

晶体管M1和晶体管M2组成共源极差分对管，电阻R1与电阻R2分别为晶体管M1和晶体管M2提供栅压偏置；

晶体管M3和晶体管M4组成可编程增益放大器的共栅极放大级，电阻R3 与电感L1作为晶体管M3的负载，电阻R4与电感L2作为晶体管M4的负载；

晶体管M1～M4共同组成的差分共源共栅结构能够为放大器提供高增益；

晶体管M5为尾电流源，用于保障放大器整体电流不变；

电流控制阵列用于实现对放大器增益的编程控制；

相位补偿阵列用于消除前馈电容影响，减小增益变化引起的附加相移。

进一步的，电流控制阵列包括若干电流通道和若干控制电压，每一个电流通道都设有1口、2口和3口，所有电流通道的1口连接在电流控制阵列1端，所有电流通道的2口连接在电流控制阵列2端，每个电流通道的3口都对应连接一个控制电压。