可變增益放大器及其控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種可變增益放大器及其控制方法，通過將每個晶體管開關，即第一增益控制單元及第二增益控制單元中的所有晶體管開關均將負載阻抗作為負載，從而避免了現有技術中由于晶體管開關所接的負載不同，導致可變增益放大器從輸入端看進去的負載阻抗的差異，進而導致可變增益放大器增益控制的步階漂移的問題，提高了可變增益放大器及其控制方法的精確度。
【專利說明】可變增益放大器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信【技術領域】，特別涉及一種可變增益放大器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的進步，無線通信系統對功率控制，也即增益控制范圍的要求日益提高。為實現增益控制功能，無線通信發射機一般使用可變增益放大器(VariableGain Amplifier, VGA),以提供可調節的增益。
[0003]請參考圖1，其為現有的可變增益放大器的電路結構示意圖。如圖1所示，所述可變增益放大器包括:第一增益控制單元10，所述第一增益控制單元10連接于差分電路結構的第一輸入端；第二增益控制單元11，所述第二增益控制單元11連接于差分電路結構的第二輸入端；其中，第一增益控制單元10及第二增益控制單元11均包括多個晶體管開關，第一增益控制單元10中的一部分晶體管開關與負載阻抗連接，另一部分晶體管開關與電源Vdda連接，第二增益控制單元11中的一部分晶體管開關與負載阻抗連接，另一部分晶體管開關與電源Vdda連接，通過第一增益控制單元10及第二增益控制單元11中的多個晶體管開關的接通與斷開實現增益控制。
[0004]具體的，第一增益控制單元10包括晶體管開關M0a、Mla、M2a、M3a、Mlc、M2c及M3c，其中，M0a、Mla、M2a及M3a與負載阻抗連接，Mlc、M2c及M3c與電源Vdda連接。MOa為常接通狀態，Mla、M2a及M3a分別通過控制信號Al、A2及A3進行通斷控制，Mlc、M2c及M3c分別通過控制信號X1、及X5進行通斷控制，其中，Al、A2、A3與I1、A2, 互補。第二增益控制單元 11 包括晶體管開關勵13、]\`1113、]\1213、]\013、]\11(1、]\12(1及10(1，其中，]\1013、]\1113、]\1213及M3b與負載阻抗連接，Mld、M2d及M3d與電源Vdda連接。同樣的，MOb為常接通狀態，Mid、M2d及M3d分別通過控制信號A1、A2及A3進行通斷控制，Mld、M2d及M3d分別通過控制信號X1、及?進行通斷控制。
[0005]通過上述晶體管開關的接通與斷開實現增益控制時，具體例如輸入控制信號Α1Α2Α3 = 100，此時，晶體管開關機3、]?113、]\12(3、]\0(3、]\12(1及10(1接通(當然，MOa 及 MOb 也處于接通狀態)，晶體管開關M2a、M3a、Mlc、M2b、M3b及Mld斷開，則差分電路結構的第一輸入端輸入電流Idc+Iac通過晶體管開關MOa、Mia、M2c及M3c分別流向負載阻抗及電源Vdda,從而實現分流；同樣的,差分電路結構的第二輸入端輸入電流Idc+Iac (其中，所述第二輸入端的交流輸入電流Iac與第一輸入端的交流輸入電流Iac具有不同的極性，圖1中通過兩個不同方向的箭頭表示)通過晶體管開關M0b、Mlb、M2d及M3d分別流向負載阻抗及電源Vdda,從而實現分流。
[0006]當輸入控制信號改變時，例如，輸入控制信號A1A2A3 = 101，相應的，流向負載阻抗及電源Vdda的電流便不同，通過流入負載阻抗的電流的改變，實現了不同增益的控制。
[0007]但是，由于該現有的可變增益放大器中的晶體管開關連接不同的負載，即有的連接負載阻抗，有的連接電源Vdda，由于該兩個器件(負載阻抗及電源Vdda)本身的阻抗差異以及PVT影響(電壓、溫度等外部條件影響)，將造成從VGA輸入端看進去的阻抗有不容忽視的差異。
[0008]而這種從輸入端看進去，各個控制支路(由一個晶體管開關和與其連接的負載組成)的阻抗差異將導致第一增益控制單元10及第二增益控制單元11對于電流分流的不精確，由此便造成增益控制的步階漂移。此外，現有的可變增益放大器需要的晶體管開關遠大于控制位數，在此，3個控制位數需要14個晶體管開關，如果控制位數增加，將導致晶體管開關進一步增加，由此將導致器件成本的增加；并且也將導致可變增益放大器器件面積增大，不利于小型化趨勢；再者，晶體管開關的增加，必然導致連接接點的增加，由此將導致寄生電容的增加，影響器件性能。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于提供一種可變增益放大器及其控制方法，以解決現有技術中晶體管開關所接的負載的阻抗差異，導致可變增益放大器增益控制的步階漂移的問題。
[0010]為解決上述技術問題，本發明提供一種可變增益放大器，包括:
[0011]第一增益控制單元，用以實現增益控制，所述第一增益控制單元連接于差分電路結構的第一輸入端，所述第一增益控制單元包括多個晶體管開關，每個晶體管開關均以相同的負載阻抗作為負載；
[0012]第二增益控制單元，用以實現增益控制，所述第二增益控制單元連接于差分電路結構的第二輸入端，所述第二增益控制單元包括多個晶體管開關，每個晶體管開關均以相同的負載阻抗作為負載。
[0013]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述第一增益控制單元中的多個晶體管開關包括:常接通晶體管開關和信號控制晶體管開關。
[0014]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述常接通晶體管開關的輸出端連接于差分電路結構的第一輸出端；所述信號控制晶體管開關連接于差分電路結構的第二輸出端。
[0015]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述常接通晶體管開關的數量為一個。
[0016]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述信號控制晶體管開關的數量與控制位數相同。
[0017]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述第二增益控制單元中的多個晶體管開關包括:常接通晶體管開關和信號控制晶體管開關。
[0018]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述常接通晶體管開關的輸出端連接于差分電路結構的第二輸出端；所述信號控制晶體管開關連接于差分電路結構的第一輸出端。
[0019]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述常接通晶體管開關的數量為一個。
[0020]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述信號控制晶體管開關的數量與控制位數相同。
[0021]可選的，在所述的可變增益放大器中，所述第一輸入端輸入的交流電流與第二輸入端輸入的交流電流極性不同。
[0022]相應的，本發明還提供一種上述可變增益放大器的控制方法，包括:
[0023]向第一輸入端及第二輸入端輸入電流信號；
[0024]所述第一輸入端及第二輸入端輸入的電流信號經過所述第一增益控制單元及第二增益控制單元作用后輸入至負載阻抗。[0025]可選的，在所述的可變增益放大器的控制方法中，所述第一輸入端輸入的電流信號經過第一增益控制單元作用后傳輸至第一輸出端；或者第一輸出端和第二輸出端。
[0026]可選的，在所述的可變增益放大器的控制方法中，所述第一輸入端輸入的電流信號經過第一增益控制單元中的常接通晶體管開關后傳輸至第一輸出端。
[0027]可選的，在所述的可變增益放大器的控制方法中，所述第一輸入端輸入的電流信號經過第一增益控制單元中的信號控制晶體管開關后傳輸至第二輸出端。
[0028]可選的，在所述的可變增益放大器的控制方法中，所述第二輸入端輸入的電流信號經過第二增益控制單元作用后傳輸至第二輸出端；或者第二輸出端和第一輸出端。
[0029]可選的，在所述的可變增益放大器的控制方法中，所述第二輸入端輸入的電流信號經過第二增益控制單元中的常接通晶體管開關后傳輸至第二輸出端。
[0030]可選的，在所述的可變增益放大器的控制方法中，所述第二輸入端輸入的電流信號經過第二增益控制單元中的信號控制晶體管開關后傳輸至第一輸出端。
[0031]可選的，在所述的可變增益放大器的控制方法中，第一輸入端輸入的交流電流與第二輸入端輸入的交流電流極性不同。
[0032]在本發明所提供的可變增益放大器及其控制方法中，通過將每個晶體管開關，SP第一增益控制單元及第二增益控制單元中的所有晶體管開關均將負載阻抗作為負載，從而避免了現有技術中由于晶體管開關所接的負載不同，導致可變增益放大器從輸入端看進去的負載阻抗的差異，進而導致可變增益放大器增益控制的步階漂移的問題，提高了可變增益放大器及其控制方法的精確度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是現有的可變增益放大器的電路結構示意圖；
[0034]圖2是本發明實施例的可變增益放大器的電路結構示意圖；
[0035]圖3是本發明實施例的可變增益放大器的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖和具體實施例對本發明提供的可變增益放大器及其控制方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0037]請參考圖2，其為本發明實施例的可變增益放大器的電路結構示意圖。如圖2所示，所述可變增益放大器包括:
[0038]第一增益控制單元20，用以實現增益控制，所述第一增益控制單元20連接于差分電路結構的第一輸入端22，所述第一增益控制單元20包括多個晶體管開關，每個晶體管開關均以相同的負載阻抗26作為負載；
[0039]第二增益控制單元21，用以實現增益控制，所述第二增益控制單元21連接于差分電路結構的第二輸入端23，所述第二增益控制單元21包括多個晶體管開關，每個晶體管開關均以相同的負載阻抗26作為負載。
[0040]其中，所述第一輸入端22及第二輸入端23統稱為輸入端，或者差分電路的輸入端，或者VGA的輸入端等。[0041]具體的，所述第一增益控制單元20中的多個晶體管開關包括:常接通晶體管開關和信號控制晶體管開關。所述常接通晶體管開關的輸出端連接于差分電路結構的第一輸出端24 ;所述信號控制晶體管開關連接于差分電路結構的第二輸出端25。
[0042]所述第二增益控制單元21中的多個晶體管開關包括:常接通晶體管開關和信號控制晶體管開關。所述常接通晶體管開關的輸出端連接于差分電路結構的第二輸出端25 ；所述信號控制晶體管開關連接于差分電路結構的第一輸出端24。
[0043]其中，所述常接通晶體管開關指該晶體管開關一直處于接通狀態，所述信號控制晶體管開關指該晶體管開關的接通與斷開是通過外部信號加以控制的，通常所述外部信號為“O”、“I”的數字信號。
[0044]在此，所述第一增益控制單元20包括一個常接通晶體管開關MOa及四個信號控制晶體管開關Mla、M2a、M3a、M4a。具體的，所述晶體管開關M0a、Mla、M2a、M3a、M4a為共柵開關，MOa的源/漏端與第一輸入端22連接，MOa的漏/源端與第一輸出端24連接；Mla、M2a、M3a、M4a的源/漏端均與第一輸入端22連接，Mla、M2a、M3a、M4a的漏/源端均與第二輸出端25連接。
[0045]同樣的，第二增益控制單元21包括一個常接通晶體管開關MOb及四個信號控制晶體管開關Mlb、M2b、M3b、M4b。具體的，所述晶體管開關MOb、Mlb、M2b、M3b、M4b為共柵開關，MOb的源/漏端與第二輸入端23連接，MOb的漏/源端與第二輸出端25連接；Mlb、M2b、M3b、M4b的源/漏端均與第二輸入端23連接，Mlb、M2b、M3b、M4b的漏/源端均與第一輸出端24連接。
[0046]在本實施例提供的可變增益放大器中，第一增益控制單元20及第二增益控制單元21中的信號控制晶體管開關的數量均與控制信號相同(在此，控制信號為4為:Al、A2、A3、A4)，整個可變增益放大器利用10個晶體管開關實現了 4位控制信號的控制。與【背景技術】中提到的可變增益放大器需要14個晶體管開關才能實現3位控制信號的控制，可見，本實施例提供的可變增益放大器對于器件成本的降低、器件面積的減小、器件性能的增加等方面的巨大貢獻。
[0047]當然，在本發明的其他實施例中，所述常接通晶體管開關及信號控制晶體管開關的數量并不限于上述個數，即均可以更多個，當然，信號控制晶體管開關的數量還可以更少個。
[0048]當利用上述可變增益放大器進行增益控制時，具體包括如下過程:
[0049]向第一輸入端22輸入電流信號Idc+Iac (即直流電流Idc和交流電流Iac)，同時向第二輸入端23輸入電流信號Idc+Iac (其中,所述第二輸入端23的交流輸入電流Iac與第一輸入端22的交流輸入電流Iac具有不同的極性，圖2中通過兩個不同方向的箭頭表示)；
[0050]所述第一輸入端22及第二輸入端23輸入的電流信號經過所述第一增益控制單元20及第二增益控制單元21作用后輸入至負載阻抗26。
[0051]具體的，所述第一輸入端22輸入的電流信號Idc+Iac經過第一增益控制單元20中的常接通晶體管開關MOa后傳輸至第一輸出端24 ;當控制信號打開信號控制晶體管開關時，所述第一輸入端22輸入的電流信號Idc+Iac還經過第一增益控制單元20中的信號控制晶體管開關后傳輸至第二輸出端25。[0052]所述第二輸入端23輸入的電流信號Idc+Iac經過第二增益控制單元21中的常接通晶體管開關MOb后傳輸至第二輸出端25 ;當控制信號打開信號控制晶體管開關時，所述第二輸入端23輸入的電流信號Idc+Iac還經過第二增益控制單元21中的信號控制晶體管開關后傳輸至第一輸出端24。
[0053]假設控制信號為A1A2A3A4 = 1000，
[0054]則第一增益控制單元20中，晶體管開關Mla接通(當然，晶體管開關MOa也開通)，第一輸入端22輸入的電流信號Idc+Iac通過晶體管開關MOa和Mla進行分流,然后,經過晶體管開關MOa的電流(經過分流后的電流，小于原始輸入的電流信號Idc+Iac)傳輸至第一輸出端24 ;經過晶體管開關Mla的電流傳輸至第二輸出端25 ；
[0055]第二增益控制單元21中，晶體管開關Mlb接通(當然，晶體管開關MOb也開通)，第二輸入端23輸入的電流信號Idc+Iac通過晶體管開關MOb和Mlb進行分流,然后，經過晶體管開關MOb的電流(經過分流后的電流，小于原始輸入的電流信號Idc+Iac)傳輸至第二輸出端25 ;經過晶體管開關Mlb的電流傳輸至第一輸出端24。
[0056]通過晶體管開關(對電流)的分流，便可實現增益控制，具體顯示如下:
[0057]假設，電路前級流入可變增益放大器的單邊電流大小為Ittrtal，各MOS開關(晶體管開關)管子溝道長度一致為L，MOS開關M0a-M4a溝道寬度為:WQ，X1W0, X2*ff0, X3*ff0, X4*W。，同樣的，MOS 開關 M0b-M4b 溝道寬度為:WQ，X1W0, X2*ff0, X3*ff0, X4*W。。
[0058]當數字控制位A1A2A3A4 = 0000, MOS開關Mla_M4a以及Mlb_M4b均關閉，來自前級的交流電流信號全部通過共柵器件開關(M0S開關)MOa-MOb，此時流向負載阻抗26(即第一輸出端24和第二輸出端25)的交流電流信號最大=Itjut = Ittrtal，對可變增益放大器來說，增益最大為GAIN0 ；
[0059]當數字控制位Al為高電平，A2-A4為低電平(即Al = 1，A2A3A4 = 000)時，MOS開關Mla-Mlb導通，經過Mla-Mlb交叉抵消后(此由于交流電流的極性不同，流入同一輸出
端的電流相加，即為交叉抵消)，導致流向負載的電流減小，此時，
【權利要求】
1.一種可變增益放大器，其特征在于，包括: 第一增益控制單元，用以實現增益控制，所述第一增益控制單元連接于差分電路結構的第一輸入端，所述第一增益控制單元包括多個晶體管開關，每個晶體管開關均以相同的負載阻抗作為負載； 第二增益控制單元，用以實現增益控制，所述第二增益控制單元連接于差分電路結構的第二輸入端，所述第二增益控制單元包括多個晶體管開關，每個晶體管開關均以相同的負載阻抗作為負載。
2.如權利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于，所述第一增益控制單元中的多個晶體管開關包括:常接通晶體管開關和信號控制晶體管開關。
3.如權利要求2所述的可變增益放大器，其特征在于，所述常接通晶體管開關的輸出端連接于差分電路結構的第一輸出端；所述信號控制晶體管開關連接于差分電路結構的第二輸出端。
4.如權利要求2所述的可變增益放大器，其特征在于，所述常接通晶體管開關的數量為一個。
5.如權利要求2所述的可變增益放大器，其特征在于，所述信號控制晶體管開關的數量與控制位數相同。
6.如權利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于，所述第二增益控制單元中的多個晶體管開關包括:常接通晶體管開關和信號控`制晶體管開關。
7.如權利要求6所述的可變增益放大器，其特征在于，所述常接通晶體管開關的輸出端連接于差分電路結構的第二輸出端；所述信號控制晶體管開關連接于差分電路結構的第一輸出端。
8.如權利要求6所述的可變增益放大器，其特征在于，所述常接通晶體管開關的數量為一個。
9.如權利要求6所述的可變增益放大器，其特征在于，所述信號控制晶體管開關的數量與控制位數相同。
10.如權利要求1至9中的任一項所述的可變增益放大器，其特征在于，所述第一輸入端輸入的交流電流與第二輸入端輸入的交流電流極性不同。
11.一種如權利要求1至10中的任一項所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，包括: 向第一輸入端及第二輸入端輸入電流信號； 所述第一輸入端及第二輸入端輸入的電流信號經過所述第一增益控制單元及第二增益控制單元作用后輸入至負載阻抗。
12.如權利要求11所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第一輸入端輸入的電流信號經過第一增益控制單元作用后傳輸至第一輸出端；或者第一輸出端和第二輸出端。
13.如權利要求12所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第一輸入端輸入的電流信號經過第一增益控制單元中的常接通晶體管開關后傳輸至第一輸出端。
14.如權利要求12所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第一輸入端輸入的電流信號經過第一增益控制單元中的信號控制晶體管開關后傳輸至第二輸出端。
15.如權利要求11所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第二輸入端輸入的電流信號經過第二增益控制單元作用后傳輸至第二輸出端；或者第二輸出端和第一輸出端。
16.如權利要求15所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第二輸入端輸入的電流信號經過第二增益控制單元中的常接通晶體管開關后傳輸至第二輸出端。
17.如權利要求15所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，所述第二輸入端輸入的電流信號經過第二增益控制單元中的信號控制晶體管開關后傳輸至第一輸出端。
18.如權利要求11至17中的任一項所述的可變增益放大器的控制方法，其特征在于，第一輸入端輸入的交流電 流與第二輸入端輸入的交流電流極性不同。
【文檔編號】H03G3/20GK103457556SQ201210174144
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月30日 優先權日:2012年5月30日
【發明者】廖英豪, 崔福良 申請人:聯芯科技有限公司