[发明专利]一种可变增益放大器

摘要

一种可变增益放大器，此可变增益放大器具有与控制电压成指数关系的增益，从而具有恒定的自动增益控制稳定时间，所述可变增益放大器包括第一级可变增益放大器电路和第二级可变增益放大器电路；所述可变增益放大器还包括自动增益控制电路，涵盖功率检测电路，参考比较电路，积分器电路以及单端控制信号转差分控制信号转换电路。本可变增益放大器，用在饱和区与线性区的晶体管实现与控制电压成指数关系的增益。并且具有大的增益调节范围。对于不同的信号输入摆幅，实现恒定的自动增益控制稳定时间。

主权项

一种可变增益放大器，其特征是此可变增益放大器具有与控制电压成指数关系的增益，从而具有恒定的自动增益控制稳定时间，所述可变增益放大器包括：第一级可变增益放大器电路和第二级可变增益放大器电路；所述可变增益放大器还包括自动增益控制电路，涵盖功率检测电路，参考比较电路，积分器电路以及单端控制信号转差分控制信号转换电路；对于所述第一级可变放大器电路的输入信号，设高电平为Vin+，低电平为Vin‑，对于所述第一级可变放大器电路的输出信号，设高电平为Vout1+，低电平为Vout1‑；对于所述第二级可变放大器电路的输入信号为所述第一级可变放大器电路的输出信号，高电平为Vout1+，低电平为Vout1‑；对于所述第二级可变放大器电路的输出信号，设高电平为Vout+，低电平为Vout‑；所述第一级可变放大器电路的输入信号Vin+与Vin‑分别连接第一晶体管(M1)与第二晶体管(M2)，第一晶体管(M1)与第二晶体管(M2)的源端分别连接各自的第五电流源晶体管(M5)与第六电流源晶体管(M6)的漏端，并且第一晶体管(M1)与第二晶体管(M2)的源端用晶体管(M3)跨接，第一晶体管(M1)与第二晶体管(M2)的漏端连接第一负载电阻(R1)与第二负载电阻(R2)，并且定义第一晶体管(M1)与第二晶体管(M2)的漏端输出为所述第一级可变放大器电路的输出信号Vout1+，Vout1‑；所述第二级可变放大器电路的输入信号Vout1+与Vout1‑分别连接第八晶体管(M8)与第九晶体管(M9)，第八晶体管(M8)与第九晶体管(M9)的源端分别连接各自的电流源第十二晶体管(M12)与第十三晶体管(M13)的漏端，并且第八晶体管(M8)与第九晶体管(M9)的源端用第五电阻(R5)跨接，第八晶体管(M8)与第九晶体管(M9)的漏端连接第三负载电阻(R3)与第四负载电阻(R4)，第八晶体管(M8)与第九晶体管(M9)的漏端用第十晶体管(M10)跨接，并且定义第八晶体管(M8)与第九晶体管(M9)的漏端输出为所述第二级可变放大器电路的输出信号Vout+，Vout‑；第一级可变放大器的输出信号比输入信号，即电压增益为：Av1=Vout1Vin=-gm1*R11+gm1*RM32---(1)]]>其中，Av1为第一级可变放大器的电压增益，gm1为第一级可变放大器的输入管M1的跨导，R1为第一级可变放大器的负载电阻，RM3为第一级可变放大器的晶体管M3的导通电阻；对于gm1*RM3/2＞＞1,式(1)简化为：Av1=Vout1Vin=-2R1RM3---(2)]]>第二级可变放大器的输出信号比输入信号，即电压增益为：Av2=VoutVout1=-gm8*(R3//RM102)1+gm8*R52---(3)]]>其中，Av2为第二级可变放大器的电压增益，gm8为第二级可变放大器的输入管M8的跨导，R3为第二级可变放大器的负载电阻,R5为第二级可变放大器的源极退化电阻，RM10为第二级可变放大器的晶体管M10的导通电阻，对于gm8*R5/2＞＞1,式(3)简化为：Av2=VoutVout1=-2(R3//RM102)R5---(4)]]>通过式(2)，式(4)，可以得出此新型可变增益放大器的增益为：Av=Av1*Av2=4R1(R3//RM102)R5RM3---(5)]]>若强制2*R3＞＞RM10,则式(5)中可变增益放大器的增益简化为：Av=2R1RM10R5RM3---(6)]]>对于处于线性区的晶体管电阻，RM3与RM10分别为：RM3=1μCox(WL)3(Vp-VS-VTH)---(7)]]>RM10=1μCox(WL)10(Vn-VS-VTH)---(8)]]>其中输入控制信号Vp与Vn为差分信号，分别可以表示为Vcm+Vd与Vcm‑Vd，并且假设(W/L)10＝n*(W/L)3，将式(7)与式(8)代入式(6)，得到：Av=2R1nR5((Vcm-Vs-VTH)+Vd(Vcm-Vs-VTH)-Vd)---(9)]]>对比指数公式：当|x|≤1   (10)将式(9)变换为：Av=2R1nR5e2VdVcm-Vs-VTH---(11)]]>式11中可变增益放大器的增益Av表现为指数特性，即与控制电压成指数关系的增益，其指数增益(dB)正比于控制电压中的差模分量Vd。