一種提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器，包括可變增益電路、交叉耦合溫度補償電路和增益控制電路，可變增益電路根據(jù)輸入信號強度調(diào)整電路增益以穩(wěn)定輸出功率，采用負電阻作為源極退化電阻構(gòu)成正反饋以提升輸入跨導(dǎo)級的跨導(dǎo)電流效率，由二極管連接的晶體管對和交叉耦合連接的晶體管對構(gòu)成有源負載，在差模信號的情況下，交叉耦合對作為一個負電導(dǎo)降低了負載整體的電導(dǎo)，電路的共模增益很低，通過引入交叉耦合對不僅提高了電路的增益而且改善了電路的共模抑制能力，同時交叉耦合對與具有正溫度特性的基準源構(gòu)成溫度補償電路，以補償由于溫度變化導(dǎo)致的可變增益電路增益范圍變化。本發(fā)明具有單級增益調(diào)節(jié)范圍大、抗工藝變化、抗溫度變化和功耗低等優(yōu)點。
【專利說明】一種提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]可變增益放大器作為無線接收機的一個關(guān)鍵模塊，其設(shè)計的研究一直是射頻、模擬集成電路的研究熱點。在無線通信系統(tǒng)中，由于外界環(huán)境變化如溫度，障礙物等的影響，接收機所接收的信號強度變化很大，如果接收機信號鏈路增益恒定，接收大信號時將會大信號阻塞，如果接收很弱的信號容易被噪聲淹沒，無法解調(diào)，因此要求接收機的增益根據(jù)信號的強弱自動調(diào)整，即接收信號強時，接收機增益減小，接收信號強度弱時，增大接收機增益，這種功能主要由可變增益放大器來完成?？勺冊鲆娣糯笃髌鸬礁淖兘邮諜C增益，穩(wěn)定輸出信號功率的作用。提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器由于其增益連續(xù)變化，并且不會發(fā)生相位突變被廣泛采用，傳統(tǒng)提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器由于單級增益有限，為增大增益調(diào)節(jié)范圍往往采用多級級聯(lián)的方法，但這些方法在增大增益調(diào)節(jié)范圍的同時電路功耗也將顯著增加，并且增益調(diào)節(jié)范圍受溫度影響明顯。所以在不增加功耗的前提下提升單級可變增益放大器的增益調(diào)節(jié)范圍，并保證電路在惡劣環(huán)境下能夠正常工作仍然面臨許多挑戰(zhàn)。
[0003]因此，需要一種新的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中可變增益放大器的缺陷，提供一種提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器采用如下技術(shù)方案:
一種提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器，包括可變增益電路、交叉耦合溫度補償電路和增益控制電路；
其中，所述可變增益電路包括第一 P型金屬氧化物晶體管、第二 P型金屬氧化物晶體管、第一 N型金屬氧化物晶體管、第二 N型金屬氧化物晶體管、第三N型金屬氧化物晶體管、第四N型金屬氧化物晶體管、第五N型金屬氧化物晶體管、第六N型金屬氧化物晶體管、第七N型金屬氧化物晶體管、第八N型金屬氧化物晶體管、第九N型金屬氧化物晶體管、第十N型金屬氧化物晶體管、第十一 N型金屬氧化物晶體管、第十二 N型金屬氧化物晶體管、第十三N型金屬氧化物晶體管、第十四N型金屬氧化物晶體管、第十五N型金屬氧化物晶體管、第十六N型金屬氧化物晶體管和第一電流源(II);
所述第一 P型金屬氧化物晶體管的柵極和所述第二 P型金屬氧化物晶體管的柵極連
接;
所述第一 P型金屬氧化物晶體管的源極和所述第二 P型金屬氧化物晶體管的源極連 接;
所述第一 P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第一 N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第七N型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第九N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
所述第二 P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二 N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第八P型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第十N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
所述第九N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第十N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第十五N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第十六N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第十三N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第一電流源和所述第十六N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
所述第七N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第九N型金屬氧化物晶體管的源極、第十一 N型金屬氧化物晶體管的漏極、第十三N型金屬氧化物晶體管的漏極和第十二 N型金屬氧化物晶體管的柵極連接；
所述第八N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第十N型金屬氧化物晶體管的源極、第十二 N型金屬氧化物晶體管的漏極、第十五N型金屬氧化物晶體管的漏極和第十一 N型金屬氧化物晶體管的柵極連接；
所述第十三N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第十四N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第十五N型金屬氧化物晶體管的源極和所述第十六N型金屬氧化物晶體管的源極連接并接地；
所述第十一 N型金屬氧化物晶體管的源極、第十二 N型金屬氧化物晶體管的源極和所述第十四N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
第一 N型金屬氧化物晶體管的漏極、第一 N型金屬氧化物晶體管的柵極、第三N型金屬氧化物晶體管的柵極和第四N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
第二 N型金屬氧化物晶體管的漏極、第二 N型金屬氧化物晶體管的柵極、第四N型金屬氧化物晶體管的柵極和第三N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
第三N型金屬氧化物晶體管的源極、第四N型金屬氧化物晶體管的源極和第六N型金屬氧化物晶體管的漏極相連；
第一 N型金屬氧化物晶體管的源極、第二 N型金屬氧化物晶體管的源極和第五N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
第五N型金屬氧化物晶體管的源極和第六N型金屬氧化物晶體管的源極連接并接地；所述第七N型金屬氧化物晶體管的柵極和所述第八N型金屬氧化物晶體管的柵極分別作為正相輸入端(Vip)和負相輸入端(Vin);所述第一 P型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第二 P型金屬氧化物晶體管的漏極分別作為反相輸出(Von)和正相輸出(Vop)；
所述交叉耦合溫度補償電路包括第三P型金屬氧化物晶體管、第四P型金屬氧化物晶體管、第十七N型金屬氧化物晶體管、第十八N型金屬氧化物晶體管、第十九N型金屬氧化物晶體管和第一電阻；
所述第三P型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第四P型金屬氧化物晶體管的柵極和所述第十七N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
所述第十七N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第十八N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第十八N型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第十九N型金屬氧化物晶體管的柵極連接;
所述第四P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第十九N型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第十七N型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第十七N型金屬氧化物晶體管的柵極連接；所述第三P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第十八N型金屬氧化物晶體管的柵極和所述第十八N型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
所述第十八N型金屬氧化物晶體管的源極和所述第十九N型金屬氧化物晶體管源極通過所述第一電阻連接，所述第十八N型金屬氧化物晶體管的源極接地；
所述第十八N型金屬氧化物晶體管的柵極與所述第六N型金屬氧化物晶體管的柵極連接。
[0006]更進一步的，所述增益控制電路包括第五P型金屬氧化物晶體管、第六P型金屬氧化物晶體管、第七P型金屬氧化物晶體管、第八P型金屬氧化物晶體管、第九P型金屬氧化物晶體管、第十P型金屬氧化物晶體管、第二十N型金屬氧化物晶體管、第二十一 N型金屬氧化物晶體管、第二十二 N型金屬氧化物晶體管、第二十三N型金屬氧化物晶體管、第二十四N型金屬氧化物晶體管、第二十五N型金屬氧化物晶體管、第二十六N型金屬氧化物晶體管和第二電阻，所述第五P型金屬氧化物晶體管的源極、第六P型金屬氧化物晶體管的源極、第七P型金屬氧化物晶體管的源極、第八P型金屬氧化物晶體管的源極、第九P型金屬氧化物晶體管的源極和第十P型金屬氧化物晶體管的源極連接；
所述第五P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第六P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二十二 N型金屬氧 化物晶體管的柵極和所述第二十二 N型金屬氧化物晶體管的漏極連接;
所述第七P型金屬氧化物晶體管的柵極和所述第八P型金屬氧化物晶體管的柵極連
接；
所述第八P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二十三N型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第二十三N型金屬氧化物晶體管的柵極連接；
所述第九P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二十四N型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二十一 N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第二十四N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第二十五N型金屬氧化物晶體管的柵極和所述第二十六N型金屬氧化物晶體管的源極連接；
所述第九P型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第十P型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第十P型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二十六N型金屬氧化物晶體管的柵極、所述第二十六N型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二十五N型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第六P型金屬氧化物晶體管的柵極連接；
所述第二十N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第二十一 N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第二十二 N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第二十三N型金屬氧化物晶體管的源極、所述第二十四N型金屬氧化物晶體管的源極和所述第二十五N型金屬氧化物晶體管的源極均連接并接地；
所述第二十N型金屬氧化物晶體管的漏極、所述第二十一 N型金屬氧化物晶體管的漏極和所述第七P型金屬氧化物晶體管的漏極連接；
所述第二十五N型金屬氧化物晶體管的源極和接地點之間設(shè)置有所述第二電阻。[0007]有益效果:本發(fā)明的可變增益放大器在提升傳統(tǒng)可變增益放大器增益調(diào)節(jié)范圍的基礎(chǔ)上，同時具有溫度特性好、抗工藝變化的特點。通過在可變增益放大器的輸入級引入負電阻作為源極退化電阻從而構(gòu)成正反饋來倍增輸入跨導(dǎo)，以提高輸入級的跨導(dǎo)電流效率。提升電路增益調(diào)節(jié)范圍，同時該可變增益放大器采用由二極管連接的晶體管對和交叉耦合連接的晶體管對構(gòu)成的有源負載，在輸入差模信號的情況下，交叉耦合對作為一個負電導(dǎo)降低了整體負載的電導(dǎo)，所以單級放大器的差模電壓增益可以被設(shè)置成一個足夠高的值，而在共模信號的情 況下，交叉耦合對作為一個正電導(dǎo)提高了負載的電導(dǎo)，因此電路的共模增益很低，通過引入交叉耦合對不僅顯著地提高了電路的增益而且改善了傳統(tǒng)電路的共模抑制能力。通常放大器增益隨工作環(huán)境的溫度升高，增益將會明顯下降，本設(shè)計中的交叉耦合溫度補償電路通過與絕對溫度成正比的電流源控制負電導(dǎo)的值，當(dāng)溫度升高時，具有正溫度特性的電流源電流增大使得交叉耦合對負電導(dǎo)增大，由于本發(fā)明中的可變增益放大器負載采用由二極管連接的晶體管對和交叉耦合連接的晶體管對構(gòu)成的有源負載，通過這種方法可以有效補償由于溫度升高而引起的增益衰減，同樣，溫度降低電流源電流增大使得交叉耦合對負電導(dǎo)減小，從而可以有效補償由于溫度降低而引起的增益升高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器電路圖；
圖2為本發(fā)明的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器增益變化范圍仿真結(jié)果圖；
圖3為本發(fā)明的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器不同增益曲線仿真結(jié)果圖；
圖4為本發(fā)明的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器增益隨溫度變化仿真結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
請參閱圖1所示，本發(fā)明的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器，包括可變增益電路、交叉耦合溫度補償電路和增益控制電路。
[0010]其中，可變增益電路包括第一 P型金屬氧化物晶體管P1、第二 P型金屬氧化物晶體管P2、第一 N型金屬氧化物晶體管N1、第二 N型金屬氧化物晶體管N2、第三N型金屬氧化物晶體管N3、第四N型金屬氧化物晶體管N4、第五N型金屬氧化物晶體管N5、第六N型金屬氧化物晶體管N6、第七N型金屬氧化物晶體管N7、第八N型金屬氧化物晶體管NS、第九N型金屬氧化物晶體管N9、第十N型金屬氧化物晶體管NI O、第十一 N型金屬氧化物晶體管NI 1、第十二 N型金屬氧化物晶體管N12、第十三N型金屬氧化物晶體管N13、第十四N型金屬氧化物晶體管N14、第十五N型金屬氧化物晶體管N15、第十六N型金屬氧化物晶體管N16和第一電流源II。
[0011]第一 P型金屬氧化物晶體管Pl的柵極和第二 P型金屬氧化物晶體管P2的柵極連接。第一 P型金屬氧化物晶體管Pl的源極和第二 P型金屬氧化物晶體管P2的源極連接。第一 P型金屬氧化物晶體管Pl的漏極、第一 N型金屬氧化物晶體管NI的柵極、第七N型金屬氧化物晶體管N7的漏極和第九N型金屬氧化物晶體管N9的漏極連接。第二 P型金屬氧化物晶體管P2的漏極、第二 N型金屬氧化物晶體管N2的柵極、第八P型金屬氧化物晶體管NS的漏極和第十N型金屬氧化物晶體管NlO的漏極連接。第九N型金屬氧化物晶體管N9的柵極、第十N型金屬氧化物晶體管NlO的柵極、第十五N型金屬氧化物晶體管N15的柵極、第十六N型金屬氧化物晶體管N16的柵極、第十三N型金屬氧化物晶體管N13的柵極、第一電流源Il和第十六N型金屬氧化物晶體管N16的漏極連接。第七N型金屬氧化物晶體管N7的源極、第九N型金屬氧化物晶體管N9的源極、第十一 N型金屬氧化物晶體管Nll的漏極、第十三N型金屬氧化物晶體管N13的漏極和第十二N型金屬氧化物晶體管N12的柵極連接。第八N型金屬氧化物晶體管NS的源極、第十N型金屬氧化物晶體管NlO的源極、第十二 N型金屬氧化物晶體管N12的漏極、第十五N型金屬氧化物晶體管N15的漏極和第十一 N型金屬氧化物晶體管Nll的柵極連接。第十三N型金屬氧化物晶體管N13的源極、第十四N型金屬氧化物晶體管N14的源極、第十五N型金屬氧化物晶體管N15的源極和第十六N型金屬氧化物晶體管N16的源極連接并接地。第十一 N型金屬氧化物晶體管Nll的源極、第十二 N型金屬氧化物晶體管N12的源極和第十四N型金屬氧化物晶體管N14的漏極連接。第一 N型金屬氧化物晶體管NI的漏極、第一 N型金屬氧化物晶體管NI的柵極、第三N型金屬氧化物晶體管N3的柵極和第四N型金屬氧化物晶體管N4的漏極連接。第二 N型金屬氧化物晶體管N2的漏極、第二 N型金屬氧化物晶體管N2的柵極、第四N型金屬氧化物晶體管N4的柵極和第三N型金屬氧化物晶體管N3的漏極連接。第三N型金屬氧化物晶體管N3的源極、第四N型金屬氧化物晶體管N4的源極和第六N型金屬氧化物晶體管N6的漏極相連。第一 N型金屬氧化物晶體管NI的源極、第二 N型金屬氧化物晶體管N2的源極和第五N型金屬氧化物晶體管N5的漏極連接。第五N型金屬氧化物晶體管N5的源極和第六N型金屬氧化物晶體管N6的源極連接并接地。第七N型金屬氧化物晶體管N7的柵極和第八N型金屬氧化物 晶體管N8的柵極分別作為正相輸入端Vip和負相輸入端Vin。第一 P型金屬氧化物晶體管Pl的漏極和第二 P型金屬氧化物晶體管P2的漏極分別作為反相輸出Von和正相輸出Vop。
[0012]交叉耦合溫度補償電路包括第三P型金屬氧化物晶體管P3、第四P型金屬氧化物晶體管P4、第十七N型金屬氧化物晶體管N17、第十八N型金屬氧化物晶體管N18、第十九N型金屬氧化物晶體管N19和第一電阻Rl。
[0013]第三P型金屬氧化物晶體管P3的柵極、第四P型金屬氧化物晶體管P4的柵極和第十七N型金屬氧化物晶體管N17的漏極連接。第十七N型金屬氧化物晶體管N17的源極、第十八N型金屬氧化物晶體管N18的柵極、第十八N型金屬氧化物晶體管N18的漏極和第十九N型金屬氧化物晶體管N19的柵極連接。第四P型金屬氧化物晶體管P4的漏極、第十九N型金屬氧化物晶體管N19的漏極、第十七N型金屬氧化物晶體管N17的漏極和第十七N型金屬氧化物晶體管N17的柵極連接。第三P型金屬氧化物晶體管P3的漏極、第十八N型金屬氧化物晶體管N18的柵極和第十八N型金屬氧化物晶體管N18的漏極連接。第十八N型金屬氧化物晶體管N18的源極和第十九N型金屬氧化物晶體管N19源極通過第一電阻Rl連接，第十八N型金屬氧化物晶體管N18的源極接地。第十八N型金屬氧化物晶體管N18的柵極與第六N型金屬氧化物晶體管N6的柵極連接。
[0014]增益控制電路包括第五P型金屬氧化物晶體管P5、第六P型金屬氧化物晶體管P6、第七P型金屬氧化物晶體管P7、第八P型金屬氧化物晶體管P8、第九P型金屬氧化物晶體管P9、第十P型金屬氧化物晶體管P10、第二十N型金屬氧化物晶體管N20、第二十一 N型金屬氧化物晶體管N21、第二十二 N型金屬氧化物晶體管N22、第二十三N型金屬氧化物晶體管N23、第二十四N型金屬氧化物晶體管N24、第二十五N型金屬氧化物晶體管N25、第二十六N型金屬氧化物晶體管N26和第二電阻R2，第五P型金屬氧化物晶體管P5的源極、第六P型金屬氧化物晶體管P6的源極、第七P型金屬氧化物晶體管P7的源極、第八P型金屬氧化物晶體管P8的源極、第九P型金屬氧化物晶體管P9的源極和第十P型金屬氧化物晶體管PlO的源極連接。第五P型金屬氧化物晶體管P5的漏極、第六P型金屬氧化物晶體管P6的漏極、第二十二 N型金屬氧化物晶體管N22的柵極和第二十二 N型金屬氧化物晶體管N22的漏極連接。第七P型金屬氧化物晶體管P7的柵極和第八P型金屬氧化物晶體管P8的柵極連接。第八P型金屬氧化物晶體管P8的漏極、第二十三N型金屬氧化物晶體管N23的漏極和第二十三N型金屬氧化物晶體管N23的柵極連接。第九P型金屬氧化物晶體管P9的漏極、第二十四N型金屬氧化物晶體管N24的漏極、第二十一 N型金屬氧化物晶體管N21的柵極、第二十四N型金屬氧化物晶體管N24的柵極、第二十五N型金屬氧化物晶體管N25的柵極和第二十六N型金屬氧化物晶體管N26的源極連接。第九P型金屬氧化物晶體管P9的柵極、第十P型金屬氧化物晶體管PlO的柵極、第十P型金屬氧化物晶體管PlO的漏極、第二十六N型金屬氧化物晶體管N26的柵極、第二十六N型金屬氧化物晶體管N26的漏極、第二十五N型金屬氧化物晶體管N25的漏極和第六P型金屬氧化物晶體管P6的柵極連接。第二十N型金屬氧化物晶體管N20的源極、第二十一 N型金屬氧化物晶體管N21的源極、第二十二 N型金屬氧化物晶體管N22的源極、第二十三N型金屬氧化物晶體管N23的源極、第二十四N型金屬氧化物晶體管N24的源極和第二十五N型金屬氧化物晶體管N25的源極均連接并接地。第二十N型金屬氧化物晶體管N20的漏極、第二十一 N型金屬氧化物晶體管N21的漏極和第七P型金屬氧化物晶體管P7的漏極連接。第二十五N型金屬氧化物晶體管N25的源極和接地點之間設(shè)置有第二電阻R2。[0015]為提升單級可變增益放大器的增益調(diào)節(jié)范圍，本設(shè)計中在輸入級引入第十一 N型金屬氧化物晶體管Nll和第十二 N型金屬氧化物晶體管N12構(gòu)成負電阻分別作為差分輸入對第七N型金屬氧化物晶體管N7和第八N型金屬氧化物晶體管NS源極退化電阻，局部構(gòu)成正反饋倍增輸入跨導(dǎo)，以提高輸入級的跨導(dǎo)電流效率。該可變增益放大器采用有源負載，其由二極管連接的晶體管對第一 N型金屬氧化物晶體管NI和第二 N型金屬氧化物晶體管N2同交叉耦合連接的晶體管對第三N型金屬氧化物晶體管N3和第四N型金屬氧化物晶體管N4構(gòu)成，在差模信號的情況下，交交叉耦合對作為一個負電導(dǎo)降低了整體的負載的電導(dǎo)，所以單級放大器的差模電壓增益可以被設(shè)置成一個足夠高的值，而在共模信號的情況下，交叉耦合對作為一個正電導(dǎo)提高了整體的負載的電導(dǎo)，因此電路的共模增益很低，通過引入交叉耦合對不僅顯著地提高了電路的增益而且改善了傳統(tǒng)電路的共模抑制能力。通常放大器增益隨工作環(huán)境的溫度升高，增益將會明顯下降，本設(shè)計中的交叉耦合溫度補償電路通過與絕對溫度成正比的電流源控制負電導(dǎo)的值，當(dāng)溫度升高時，具有正溫度特性的電流源電流增大使得交叉耦合對負電導(dǎo)增大，由于本發(fā)明中的可變增益放大器負載采用由二極管連接的晶體管對和交叉耦合連接的晶體管對構(gòu)成的有源負載，通過這種方法可以有效補償由于溫度升高而引起的增益衰減，同樣，溫度降低電流源電流增大使得交叉耦合對負電導(dǎo)減小，從而可以有效補償由于溫度降低而引起的增益升高。放大器增益調(diào)節(jié)通過指數(shù)電路產(chǎn)生與控制電壓信號成指數(shù)關(guān)系的電流信號控制輸入級尾電流源和負載級二級管連接晶體管的尾電流源來實現(xiàn)增益連續(xù)dB變化。
[0016]圖2所示為本發(fā)明的增益調(diào)節(jié)范圍同傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比圖，從圖2中可以看出本發(fā)明增益調(diào)節(jié)范圍較傳統(tǒng)電路有大約3倍的提升。對該原理的詳細描述與說明可參考技術(shù)方案與【具體實施方式】部分。
[0017]圖3所示為本發(fā)明不同增益情況下的幅頻特性曲線，從圖3中可以看出，在不同的增益控制信號(Vc)下，電路增益實現(xiàn)變化并且?guī)捄愣ā?br> [0018]圖4所示為本發(fā)明增益調(diào)節(jié)范圍在不同溫度下的仿真結(jié)果，可以看出補償之后的輸入輸出特性在-50° -100°基本重合，具有較好的溫度穩(wěn)定性。
[0019]本發(fā)明提供了全模擬可變增益放大器的一種實現(xiàn)方法，使用標準CMOS工藝即可實現(xiàn)，使得這種可變增益放大器具有增益調(diào)節(jié)范圍大、抗溫度變化、結(jié)構(gòu)簡潔、功耗低等優(yōu)點。本發(fā)明基于交叉耦合負電導(dǎo)和源極退化的思想，在可變增益放大器的輸入級引入負電導(dǎo)作為源極退化電阻從而構(gòu)成正反饋以倍增輸入級跨導(dǎo)，從而提高輸入級的跨導(dǎo)電流效率。同時該可變增益放大器采用由二極管連接的晶體管對和交叉耦合連接的晶體管對構(gòu)成的有源負載，在差模信號的情況下，交交叉耦合對作為一個負電導(dǎo)降低了整體負載的電導(dǎo)，所以單級放大器的差模電壓增益可以被設(shè)置成一個足夠高的值，而在共模信號的情況下，交叉耦合對作為一個正電導(dǎo)提高了整體負載的電導(dǎo)，因此電路的共模增益很低，通過引入交叉耦合對不僅顯著地提高了電路的增益而且提高了電路的共模抑制能，通過與溫度成正比的電流源調(diào)節(jié)交叉耦合負電導(dǎo)的電導(dǎo)值，從而補償由于溫度變化而引起的增益變化。
[0020]本發(fā)明的可變增益放大器在提升傳統(tǒng)可變增益放大器增益調(diào)節(jié)范圍的基礎(chǔ)上，同時具有溫度特性好、抗工藝變化的特點。通過在可變增益放大器的輸入級引入負電阻作為源極退化電阻從而構(gòu)成正反饋來倍增輸入跨導(dǎo)，以提高輸入級的跨導(dǎo)電流效率。提升電路增益調(diào)節(jié)范圍，同時該可變增益放大器采用由二極管連接的晶體管對和交叉耦合連接的晶體管對構(gòu)成的有源負載，在輸入差模信號的情況下，交叉耦合對作為一個負電導(dǎo)降低了整體負載的電導(dǎo)，所以單級放大器的差模電壓增益可以被設(shè)置成一個足夠高的值，而在共模信號的情況下，交叉耦合對作為一個正電導(dǎo)提高了負載的電導(dǎo)，因此電路的共模增益很低，通過引入交叉耦合對不僅顯著地提高了電路的增益而且改善了傳統(tǒng)電路的共模抑制能力。通常放大器增益隨工作環(huán)境的溫度升高，增益將會明顯下降，本設(shè)計中的交叉耦合溫度補償電路通過與絕對溫度成正比的電流源控制負電導(dǎo)的值，當(dāng)溫度升高時，具有正溫度特性的電流源電流增大使得交叉耦合對負電導(dǎo)增大，由于本發(fā)明中的可變增益放大器負載采用由二極管連接的晶體管對和交叉耦合連接的晶體管對構(gòu)成的有源負載，通過這種方法可以有效補償由于溫度升高而引起的增益衰減，同樣，溫度降低電流源電流增大使得交叉耦合對負電導(dǎo)減小，從而可以有效補償由于溫度降低而引起的增益升高。
【權(quán)利要求】
1.一種提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器，其特征在于，包括可變增益電路、交叉耦合溫度補償電路和增益控制電路； 其中，所述可變增益電路包括第一 P型金屬氧化物晶體管(P1)、第二 P型金屬氧化物晶體管(P2)、第一 N型金屬氧化物晶體管(N1 )、第二 N型金屬氧化物晶體管(N2)、第三N型金屬氧化物晶體管(N3 )、第四N型金屬氧化物晶體管(N4 )、第五N型金屬氧化物晶體管(N5 )、第六N型金屬氧化物晶體管(N6)、第七N型金屬氧化物晶體管(N7)、第八N型金屬氧化物晶體管(NS )、第九N型金屬氧化物晶體管(N9 )、第十N型金屬氧化物晶體管(NlO )、第十一N型金屬氧化物晶體管(NI 1)、第十二 N型金屬氧化物晶體管(NI2 )、第十三N型金屬氧化物晶體管(N13)、第十四N型金屬氧化物晶體管(N14)、第十五N型金屬氧化物晶體管(N15)、第十六N型金屬氧化物晶體管(N16)和第一電流源(Il)； 所述第一 P型金屬氧化物晶體管(Pl)的柵極和所述第二 P型金屬氧化物晶體管(P2)的柵極連接； 所述第一 P型金屬氧化物晶體管(Pl)的源極和所述第二 P型金屬氧化物晶體管(P2)的源極連接； 所述第一 P型金屬氧化物晶體管(Pl)的漏極、所述第一 N型金屬氧化物晶體管(NI)的柵極、所述第七N型金屬氧化物晶體管(N7)的漏極和所述第九N型金屬氧化物晶體管(N9)的漏極連接； 所述第二 P型金屬氧化物晶體管(P2 )的漏極、所述第二 N型金屬氧化物晶體管(N2 )的柵極、所述第八P型金屬氧化物晶體管(NS)的漏極和所述第十N型金屬氧化物晶體管(NlO)的漏極連接； 所述第九N型金屬氧化物晶體管(N9)的柵極、所述第十N型金屬氧化物晶體管(NlO)的柵極、所述第十五N型金屬氧化物晶體管(N15)的柵極、所述第十六N型金屬氧化物晶體管(N16)的柵極、所述第十三N型金屬氧化物晶體管(N13)的柵極、所述第一電流源(Il)和所述第十六N型金屬氧化物晶體管(N16)的漏極連接； 所述第七N型金屬氧化物晶體管(N7)的源極、所述第九N型金屬氧化物晶體管(N9)的源極、第十一 N型金屬氧化物晶體管(Nll)的漏極、第十三N型金屬氧化物晶體管(N13)的漏極和第十二 N型金屬氧化物晶體管(N12)的柵極連接； 所述第八N型金屬氧化物晶體管(NS)的源極、所述第十N型金屬氧化物晶體管(NlO)的源極、第十二 N型金屬氧化物晶體管(N12)的漏極、第十五N型金屬氧化物晶體管(N15)的漏極和第十一 N型金屬氧化物晶體管(Nll)的柵極連接； 所述第十三N型金屬氧化物晶體管(N13)的源極、所述第十四N型金屬氧化物晶體管(N14)的源極、所述第十五N型金屬氧化物晶體管(N15)的源極和所述第十六N型金屬氧化物晶體管(N16)的源極連接并接地； 所述第十一 N型金屬氧化物晶體管(Nll)的源極、第十二 N型金屬氧化物晶體管(N12)的源極和所述第十四N型金屬氧化物晶體管(N14)的漏極連接； 第一 N型金屬氧化物晶體管(NI)的漏極、第一 N型金屬氧化物晶體管(NI)的柵極、第三N型金屬氧化物晶體管(N3)的柵極和第四N型金屬氧化物晶體管(N4)的漏極連接；第二 N型金屬氧化物晶體管(N2)的漏極、第二 N型金屬氧化物晶體管(N2)的柵極、第四N型金屬氧化物晶體管(N4)的柵極和第三N型金屬氧化物晶體管(N3)的漏極連接；第三N型金屬氧化物晶體管(N3)的源極、第四N型金屬氧化物晶體管(N4)的源極和第六N型金屬氧化物晶體管(N6)的漏極相連； 第一 N型金屬氧化物晶體管(NI)的源極、第二 N型金屬氧化物晶體管(N2)的源極和第五N型金屬氧化物晶體管(N5)的漏極連接； 第五N型金屬氧化物晶體管(N5)的源極和第六N型金屬氧化物晶體管(N6)的源極連接并接地； 所述第七N型金屬氧化物晶體管(N7)的柵極和所述第八N型金屬氧化物晶體管(NS)的柵極分別作為正相輸入端(Vip)和負相輸入端(Vin);所述第一 P型金屬氧化物晶體管(PD的漏極和所述第二 P型金屬氧化物晶體管(P2)的漏極分別作為反相輸出(Von)和正相輸出(Vop)； 所述交叉耦合溫度補償電路包括第三P型金屬氧化物晶體管(P3)、第四P型金屬氧化物晶體管(P4)、第十七N型金屬氧化物晶體管(N17 )、第十八N型金屬氧化物晶體管(N18 )、第十九N型金屬氧化物晶體管(N19)和第一電阻(Rl)； 所述第三P型金屬氧化物晶體管(P3)的柵極、所述第四P型金屬氧化物晶體管(P4)的柵極和所述第十七N型金屬氧化物晶體管(N17)的漏極連接； 所述第十七N型金屬氧化物晶體管(N17)的源極、所述第十八N型金屬氧化物晶體管(N18)的柵極、所述第十八N型金屬氧化物晶體管(N18)的漏極和所述第十九N型金屬氧化物晶體管(N19)的柵極連接； 所述第四P型金屬氧化物晶體管(P4)的漏極、所述第十九N型金屬氧化物晶體管(N19)的漏極、所述第十七N型金屬氧化物晶體管(N17)的漏極和所述第十七N型金屬氧化物晶體管(N17)的柵極連接； 所述第三P型金屬氧化物晶體管(P3)的漏極、所述第十八N型金屬氧化物晶體管(N18)的柵極和所述第十八N型金屬氧化物晶體管(N18)的漏極連接； 所述第十八N型金屬氧化物晶體管(N18)的源極和所述第十九N型金屬氧化物晶體管(N19)源極通過所述第一電阻(Rl)連接，所述第十八N型金屬氧化物晶體管(N18)的源極接地； 所述第十八N型金屬氧化物晶體管(N18)的柵極與所述第六N型金屬氧化物晶體管(N6)的柵極連接。
2.如權(quán)利要求1所述的提升增益變化范圍的低溫度系數(shù)可變增益放大器，其特征在于，所述增益控制電路包括第五P型金屬氧化物晶體管(P5)、第六P型金屬氧化物晶體管(P6 )、第七P型金屬氧化物晶體管(P7 )、第八P型金屬氧化物晶體管(P8 )、第九P型金屬氧化物晶體管(P9 )、第十P型金屬氧化物晶體管(PIO )、第二十N型金屬氧化物晶體管(N20 )、第二H^一 N型金屬氧化物晶體管(N21 )、第二十二 N型金屬氧化物晶體管(N22)、第二十三N型金屬氧化物晶體管(N23)、第二十四N型金屬氧化物晶體管(N24)、第二十五N型金屬氧化物晶體管(N25)、第二十六N型金屬氧化物晶體管(N26)和第二電阻(R2)， 所述第五P型金屬氧化物晶體管(P5)的源極、第六P型金屬氧化物晶體管(P6)的源極、第七P型金屬氧化物晶體管(P7)的源極、第八P型金屬氧化物晶體管(P8)的源極、第九P型金屬氧化物晶體管(P9)的源極和第十P型金屬氧化物晶體管(PlO)的源極連接； 所述第五P型金屬氧化物晶體管(P5)的漏極、所述第六P型金屬氧化物晶體管(P6)的漏極、所述第二十二 N型金屬氧化物晶體管(N22)的柵極和所述第二十二 N型金屬氧化物晶體管(N22)的漏極連接； 所述第七P型金屬氧化物晶體管(P7)的柵極和所述第八P型金屬氧化物晶體管(P8)的柵極連接； 所述第八P型金屬氧化物晶體管(P8)的漏極、所述第二十三N型金屬氧化物晶體管(N23)的漏極和所述第二十三N型金屬氧化物晶體管(N23)的柵極連接； 所述第九P型金屬氧化物晶體管(P9)的漏極、所述第二十四N型金屬氧化物晶體管(N24)的漏極、所述第二十一 N型金屬氧化物晶體管(N21)的柵極、所述第二十四N型金屬氧化物晶體管(N24)的柵極、所述第二十五N型金屬氧化物晶體管(N25)的柵極和所述第二十六N型金屬氧化物晶體管(N26)的源極連接； 所述第九P型金屬氧化物晶體管(P9)的柵極、所述第十P型金屬氧化物晶體管(PlO)的柵極、所述第十P型金屬氧化物晶體管(PlO)的漏極、所述第二十六N型金屬氧化物晶體管(N26)的柵極、所述第二十六N型金屬氧化物晶體管(N26)的漏極、所述第二十五N型金屬氧化物晶體管(N25)的漏極和所述第六P型金屬氧化物晶體管(P6)的柵極連接； 所述第二十N型金屬氧化物晶體管(N20)的源極、所述第二十一 N型金屬氧化物晶體管(N21)的源極、所述第二十二 N型金屬氧化物晶體管(N22)的源極、所述第二十三N型金屬氧化物晶體管(N23)的源極、所述第二十四N型金屬氧化物晶體管(N24)的源極和所述第二十五N型金屬氧化物晶體管(N25)的源極均連接并接地； 所述第二十N型金屬氧化物晶體管(N20)的漏極、所述第二十一 N型金屬氧化物晶體管(N21)的漏極和所述第七P型金屬氧化物晶體管(P7)的漏極連接； 所述第二十五N型金屬氧化物晶體管(N25)的源極和接地點之間設(shè)置有所述第二電阻(R2)。
【文檔編號】H03F3/30GK103905002SQ201410086961
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】吳建輝, 趙超, 陳超, 李紅, 黃成
申請人:東南大學(xué)