[發明專利]一種高增益精度可編程增益放大器

在審

• 申請號: 201410124331.6
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103916098A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 張長春;商龍;尹奎英;劉蕾蕾;郭宇鋒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H03G3/20
• 分類號: H03G3/20;H03F1/02;H03F1/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明屬于半導體集成電路設計領域，具體涉及一種低功耗高精度的可編程增益放大器。

背景技術

在無線通信系統中，接受信號經過傳播通道后往往具有較大的動態范圍，例如，在GSM無線接收機中就需要大約80dB的增益變化。為了得到一個相對恒定的信號，需要一個自動增益控制系統來調節接收信號的幅度。其中，可編程增益放大器（Programmable?Gain?Amplifier，PGA）作為自動增益控制系統的核心模塊，其性能優劣對無線通信系統至關重要。隨著無線通信系統的高速發展，系統對PGA的功耗和增益精度的要求越來越高，因此，低功耗高精度的PGA逐漸成為研究熱點。

通常有兩種方式來實現PGA的增益調節，一種是開環工作方式，其增益一般可以表示為放大管的等效輸入跨導和負載管的等效輸出阻抗的乘積，通過改變跨導或者輸出阻抗調節增益。這種方式結構簡單，功耗較低，但增益精度叫差；另一種是閉環工作方式，其增益一般由反饋因子與輸入阻抗的比值決定，通過改變反饋因子來調節增益。這種方式性能穩定，增益精度高，但功耗偏大。

圖1所示為一種基于開環負載可變共源級放大器的可編程增益放大器。該可編程增益放大器選用MOS管為基礎的開關電阻陣列作為其可變負載，具有占用面積小、壓降小的優點，但是MOS管電阻受工藝影響較大。放大器的增益等于輸入跨導與負載跨導的比值，當輸入跨導保持不變時，改變負載跨導可以實現增益調節。負載跨導的改變是通過單刀雙擲開關開啟相應的負載MOS管來實現的，即當選擇相應的MOS管工作時，通過開關的調整將該MOS管的柵極與漏極相連接，同時將其他負載MOS管的柵極與電源相連使其關斷。

這種結構的可編程增益放大器通過改變負載跨導來實現增益調節，結構簡單，功耗較低，但是難以精確控制增益，輸出信號的動態范圍也同樣受限。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提出一種低功耗高精度的可編程增益放大器，以滿足通信系統對可編程增益放大器的低功耗高增益精度的要求。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用的低功耗高精度的可編程增益放大器由一個閉環電阻負反饋結構的增益細調級和一個開環負載可變共源級放大器結構的增益粗調級進行級聯形成；該放大器電路有正、負兩路輸入、輸出，該兩路電路完全對稱設計，其中負輸入、輸出信號處理電路為：

所述的閉環電阻負反饋結構的增益細調級中，第十一開關的兩端分別接在信號負輸入端與第一電阻之間，第一電阻的另一端接第一運算放大器的反向輸入端，第一運算放大器的正輸出端接第十二開關，第十二開關的另一端是本級的輸出端；其中，在第一運算放大器的輸入端與輸出端之間并聯連接6組由開關和電阻串聯組成的負反饋開關電阻網絡，第一組由第二一開關、第二電阻、第二二開關串聯組成；第二組由第三一開關、第三電阻、第三二開關串聯組成；第三組由第四一開關、第四電阻、第四二開關串聯組成；第四組由第五一開關、第五電阻、第五二開關串聯組成；第五組由第六一開關、第六電阻、第六二開關串聯組成；第六組由第七一開關、第七電阻、第七二開關串聯組成；反向第一開關的一端接在第十一開關與信號負輸入端之間，另一端接在第十二開關與第八一開關之間；

所述的開環負載可變共源級放大器結構的增益粗調級中，第八一開關的兩端分別接在第十二開關和第二運算放大器的反向輸入端之間，第二運算放大器正輸出端接第八二開關，第八二開關的另一端是本級放大器的信號負輸出端；反向第二開關的一端接在第十二開關與第八一開關之間，另一端接在第八二開關與信號負輸出端之間。