[發明專利]一種dB線性超寬帶可變增益放大器

有效

• 申請號: 201610045159.4
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105720938B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 李振榮;莊奕琪;龐瑞;劉心彤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30;H03F1/48;H03F3/24
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 胡樂

技術領域

本發明涉及一種可變增益放大器，具體涉及一種工作帶寬大的dB線性可變增益放大器。

背景技術

可變增益放大器是射頻收發機前端的核心組件之一。盡管發射極和接收機間通道內的信號強度隨時間變化，但是無線收發機中自動增益控制系統依舊能夠為基帶中的模數轉換器提供穩定強度的信號。自動增益控制系統中的可變增益放大器能夠實現改變其增益的功能，進而為基帶部分提供所需的輸入信號強度。通過負反饋原理，自動增益控制系統能夠保持其輸出信號強度至一個預定的水平。在無線收發機中，可變增益放大器需要能達到穩定的增益控制，保持穩定的信號功率強度提供給基帶，同時其直流功耗、帶寬、穩定性和輸入輸出回波損耗均不改變。

60GHz附近的開放波段為短距無線系統提供了發展的新機遇，在IEEE.802.11ad標準中，無線通信系統需要有880MHz的基帶信號帶寬，因而可變增益放大器需要1GHz以上帶寬。

電壓增益dB線性控制特性是自動增益控制(AGC)具有穩定的建立時間的必要條件。由于MOS器件無論是處于飽和區還是線性區都沒有指數函數型的I-V特性，因而CMOS工藝下的可變增益放大器的增益dB線性控制特性往往需要借助于CMOS工藝下寄生的雙極性晶體管或工作在亞閾值區的MOS管，或者構造出偽指數函數來實現。采用寄生晶體管的方案需要額外的輔助電路來保證寄生晶體管的工作，功耗高、可靠性差。而采用工作在亞閾值區的MOS管實現的可變增益放大器，會因為柵極控制電壓的變化范圍有限，輸出電流較小。

天津大學的中國專利申請“一種dB線性可變增益放大器”(CN103036517A)中通過電流平方率關系構建的偽指數函數控制關系，增加了額外的電路，消耗了更多的芯片面積。

三星電機株式會社的中國專利申請“具有寬增益變化和寬帶寬的可變增益放大器”(CN 101394157A)中構造了偽指數函數獲得了較大的dB線性控制增益范圍，電路更加復雜，消耗過大的芯片面積和功耗。

與MOS晶體管相比，雙極性晶體管因其I-V指數關系而固有dB線性控制特性，因而無需復雜的電路就可以獲得dB線性。GaAs工藝和SiGeBiCOMS工藝均可以實現高性能雙極性晶體管。但相較之下，SiGeBiCMOS工藝具有成本較低且與成熟的CMOS工藝相兼容利于集成的優點。

北京工業大學的中國專利申請“超寬帶可變增益放大器”中盡管使用了異質結晶體管卻沒有實現dB線性，并且采用較多的無源器件使得芯片面積較大。

因此，當下亟需解決的一個技術問題就是：如何能夠創造性地設計一種具有dB線性控制超寬帶且電路簡單低功耗的可變增益放大器。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供了一種dB線性控制的超寬帶可變增益放大器，電路結構簡明、功耗低，帶寬特性好。

本發明的解決方案如下：

一種dB線性超寬帶可變增益放大器，主要由差分共射極可變跨導放大器單元、差分可變負載阻抗單元和增益控制單元組成；其中差分共射極可變跨導放大器單元將差分輸入信號轉換為差分電流信號，所述差分電流信號經由差分可變負載阻抗單元轉換成差分電壓信號輸出；

所述的差分共射極可變跨導放大器主要由npn晶體管Q1、Q2和起偏置作用的第一尾電流源組成，其中npn晶體管Q1、Q2完全匹配構成信號放大管對，發射極共接所述第一尾電流源，差分輸入信號通過相等數值的隔直電容連接在所述信號放大管對的基極上，基極還分別經由數值相等的電阻偏置于固定電壓Vbias2上，集電極作為該dB線性超寬帶可變增益放大器的輸出端，通過隔直電容輸出差分電壓信號；

所述的差分可變負載阻抗單元主要由兩對采用二極管連接的npn晶體管和起偏置作用的第二尾電流源組成；第一對二極管連接的npn晶體管Q3、Q4的基極和集電極連接在供電電源VDD上，發射極連接在所述信號放大管對相應的集電極上；第二對二極管連接的npn晶體管Q5、Q6的基極和集電極也連接在所述信號放大管對相應的集電極上，發射極接所述第二尾電流源；

所述二極管連接是指晶體管的基極與集電極相連接；