[發明專利]數字增益控制方法及電路

無效

• 申請號: 200710094041.1
• 申請日: 2007-08-24
• 公開（公告）號: CN101373957A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發明（設計）人: 杜定坤;魏述然
• 申請（專利權）人: 銳迪科創微電子（北京）有限公司
• 主分類號: H03G3/00
• 分類號: H03G3/00;H03G7/06;H04B1/40
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳平

技術領域

本發明涉及一種無線收發集成電路技術，特別涉及一種數字增益控制方法及電路。

背景技術

在現代無線通信收發集成電路中，由于對發射功率的嚴格要求和對接收功率的不確定性，增益調節是一個必不可少的功能。增益調節可以通過模擬方法和數字方法實現，而數字方法由于可以利用收發機中集成的先進數字信號處理電路，具有實現簡易，性能良好的特點，符合當今數字化無線收發器的趨勢。數字控制增益調節是利用數字信號控制放大器的增益，在很多的應用場合中，往往需要較大的增益控制范圍(如40dB~60dB)以及較高的調節精度(如0.1dB~0.5dB)。另外，由于增益控制算法往往是通過二分法插值實現，為保證插值不出現錯誤，所以放大器的增益必須隨著數字控制碼的增大(減小)而增大(減小)，也就是說增益的變化和數字控制碼的變化必須滿足單調性。

附圖1所示是一個典型的數字控制增益放大器原理圖，兩只MOS晶體管的源極分別接在可調節電阻Rs兩端并通過恒流Idc接地，漏極分別通過漏極電阻Rd接電源，柵極分別接差模輸入信號Vip、Vin，漏極接差模輸出Vop、Von，在晶體管跨導足夠大的情況下，放大器的增益近似為2Rd/Rs，因此即可通過調節可調節電阻Rs達到調節增益的目的。現有的數字控制方案中電阻Rs往往由排成陣列形式的多個電阻R1、R2、…、Rn并聯構成，其阻值分別為R、R/2、…R/2^n-1，通過數字控制碼控制多個電阻R1、R2、…、Rn的接入以調節可調節電阻Rs的大小從而調節增益。以調節范圍55dB和調節精度0.5dB為例，大約需要7位的數字控制碼，為留有一定的設計裕度，控制碼需要取到8位甚至9位。對于現有的CMOS工藝而言，如果電阻陣列以純二進制碼的方式實現，數字控制碼為N位時，N位數字控制碼元分別控制N個電阻R1、R2、…、RN的并聯接入，將很難達到這樣的精度，并且因并聯接入的電阻阻值是跳躍式的，二進制碼實現還無法保證增益控制的單調性，所以往往需要采用溫度計碼或者溫度計碼與二進制碼混用的形式。溫度譯碼的真值表如圖6所示，單純采用溫度計碼將會使得電阻增至2^N個(N為二進制數字控制碼的位數)，由于電阻值(也就是增益)的變化需要達到較高的精度(仍以0.5dB為例，即約為6％)，單純采用溫度計碼通常是采用逐次并聯的方式達到改變電阻值的效果，如果增益最低時接入的電阻值R1為R，為了使得下一個電阻R2和R1并聯得到的電阻值應為：(1-6％)R，即為0.94R，利用電阻并聯公式可以得到R2＝(1-6％)R/6％＝15.6R，這樣逐次迭代就可以得到總的電阻值，而單純采用二進制碼如果最大的電阻即為R，以后依次遞減，利用等比級數公式得到總的電阻值也不會超過2R，可見單純采用溫度計碼和單純采用二進制碼的電阻陣列相比，除了會增加電阻的個數以外，電阻的取值也會增加，這在精度高的情況下將會體現得更為明顯，這會帶來非常大的面積代價；采用溫度計碼和二進制碼混用控制電阻陣列可以在一定程度上節省電阻陣列的面積，但是為了保證增益調節的單調性，只能在低位(一般不超過4位)采用二進制碼的形式，而高位仍必須采用溫度計碼，對于精度要求很高的場合，這樣的混用方式仍然需要較大的面積，無法完全解決溫度計碼帶來的電阻元件大大增加的問題，另外前面所述的采用溫度計碼使得電阻值增加的問題也仍然存在。需要說明的是，附圖1中的數字增益控制放大器只是一種原理性的實現，具體的實現還需要根據其他一些指標來確定，但是基本的思路一般都是通過改變電阻來改變增益，而電阻的改變則是通過使用數字控制碼控制開關的電阻陣列來實現。

總之，為了同時達到大范圍和高精度的增益控制要求，采用電阻陣列的形式實現數字控制增益放大器會帶來較大的電阻面積，使得芯片成本上升。

發明內容

本發明要解決的技術問題是在滿足大范圍和高精度的增益控制要求的同時，有較小的芯片面積。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種數字增益控制方法，采用的技術方案是，通過N位二進制數字增益控制碼控制可變增益放大器中的可變電阻的阻值進行可變增益放大器的增益調節，其特征在于，用MOS晶體管陣列作為可變電阻，利用晶體管的源漏極間的導通電阻和柵極電壓的關系來控制可變電阻值，由增益控制模塊根據N位二進制數字增益控制碼產生MOS晶體管陣列的各個晶體管的柵極電壓。