[發明專利]一種低電源電壓可編程增益放大器

有效

• 申請號: 201410114822.2
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103873001A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 吳建輝;趙超;姚紅燕;黃成;李紅;陳超
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03G3/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種低電源電壓可編程增益放大器，屬于無線通信技術。

背景技術

無線通信系統中，由于周圍環境變化，或者接受的頻道切換，接收機接收到的信號強度會發生明顯變化，如果接收鏈路增益固定，當輸入信號強度較大時會很容易發生非線性失真，使放大器處于飽和狀態或發生大信號阻塞，如果輸入信號前度較小，有用信號將會很容易被噪聲淹沒，導致后續電路無法解調，也就是：如果接收鏈路增益不隨輸入信號強度大小作任何調整，大動態范圍的電路必須同時具備優秀的噪聲和線性度性能，往往難以實現。因此，需要在接收鏈路中加入自動增益控制電路，合理的控制增益，在輸入信號較小，接收機增益較大時犧牲部分線性度性能提高噪聲性能；也可以在輸入信號較大，接收機增益較小時犧牲部分噪聲性能提高線性度性能。而可編程增益放大器是自動增益控制電路的最重要組成部分，可編程增益放大器性能的好壞往往決定了接收機的性能。

現代無線設備的快速發展，延長系統續航能力已經成為迫切需要解決的問題，對于無線傳感器網絡而言，面臨同樣需要解決的問題。在電池設計遇到瓶頸的情況下，研究低功耗電路就成為解決設備續航能力的一種有效方法。通常情況下，靜態功耗和靜態功耗是CMOS電路的功耗主要組成部分，電路的動態功耗正比于電源電壓的平方，靜態功耗正比于電源電壓，因此降低電路的電源電壓就成為低功耗設計的有種非常直接的方法。另外，CMOS工藝特征尺寸按照摩爾定律平均每18個月就縮小一倍，從幾年前0.18um到現在28nm芯片已經面世，芯片的電源電壓也從最初的3.3V下降到1V以下。然而，對于模擬電路設計者來說，由于MOS管閾值電壓不會隨晶體管尺寸按比例減小，不斷降低的電源電壓會導致模擬信號的幅值減小使得模擬電路的線性度和信噪比變差，帶來電路性能的下降。為彌補這些缺陷，就必須采用加大電流和帶寬的方法，這無疑會使低電源電壓下電路的功耗大大增加，并且隨著電源電壓的不斷降低僅僅靠加大電流已經不能彌補電路缺陷。近些年國際社會上不斷涌現出各種低電壓電路的實現方法如雙阱工藝、體驅動技術、浮柵晶體管等，但大多基于先進工藝，價格昂貴，限制了其在電路設計中的應用。因此，從改進電路設計的角度提高低電壓下電路的性能，成為目前非常值得關注的發展動向。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種低電源電壓可編程增益放大器，可以在低電源電壓（如0.7V）可靠工作，具有超低功耗（102.9uW）的特點。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種低電源電壓可編程增益放大器，包括主跨導級電路、從跨導級電路和輸出級電路；以PMOS管簡稱P型金屬氧化物晶體管，以NMOS簡稱N型金屬氧化物晶體管：

所述主跨導級電路包括：構成主輸入差分對的第十六PMOS管M16和第十七PMOS管M17，構成主電流源和偏置的第一電流源I1、第十三PMOS管M13、第十五NMOS管M15、第十四NMOS管M14、第十八PMOS管M18和第十九PMOS管M19，作為主源退化電阻的第四電阻R4；

所述從跨導級電路包括：構成從輸入差分對的第一PMOS管M1和第二PMOS管M2，構成從電流源的第五NMOS管M5、第六NMOS管M6、第七PMOS管M7和第八PMOS管M8，作為從源退化電阻的第一電阻R1；用于提高電路線性度的第三PMOS管M3和第四PMOS管M4；

所述輸出級電路包括：構成輸出電流源的第十一NMOS管M11和第十二NMOS管M12，用于共模反饋進行共模電壓調整的第九PMOS管M9和第十PMOS管M10，用于實現放大器可編程增益效果的可變第二電阻R2和可變第三電阻R3；

其中，主跨導級電路和從跨導級電路中，對應的晶體管的寬長比分別對應成比例；第七PMOS管M7和第八PMOS管M8工作在線性區，第一PMOS管M1和第二PMOS管M2工作在亞閾值區；采用主從結構使得尾電流保持恒定，使得電路性能不因電源電壓下降而惡化。