[發明專利]具有大增益范圍、高精度的雙控制電壓dB線性VGA電路

在審

• 申請號: 201710452308.3
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107222179A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 王永生;李心智;付方發;來逢昌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 畢雅鳳

技術領域

本發明涉及增益控制級電路，具體涉及基于增益衰減結構的具有大增益范圍、高精度的雙控制電壓dB線性VGA電路。

背景技術

模擬電路需要對信號進行放大或衰減，這一功能由可變增益放大器實現。可變增益放大器作為模擬射頻前端不可或缺的一個模塊，廣泛應用在磁盤讀取驅動電路、磁數據存儲系統、電磁計量器、電視調諧器等許多方面。在光纖通信、微波通信、衛星通信等通信系統以及雷達、廣播電視系統中，為實現自動增益控制環路的建立時間與輸入信號的幅度無關，環路中的可變增益放大器必須具有dB線性增益控制特性。隨著無線通訊市場的蓬勃發展，具有dB線性增益控制特性的可變增益放大器作為系統中的關鍵模塊，正受到越來越多的關注。

在CMOS工藝中，由于電流與電壓的平方律關系，不能直接得到指數關系的控制電路。因此，在可變增益放大器(VGA)的設計中需要構造專門的指數控制電路，以滿足增益的dB線性變化要求。采用增益衰減結構的可變增益放大器以其增益變化時恒定的帶寬、與其他結構比較相對低的增益誤差和優越的噪聲特性被廣泛應用。

現有可變增益放大器由增益控制級來控制增益變化，增益控制級的逐級增益差值越大，其增益范圍越大，但會導致增益誤差特性變差；當增益控制級的逐級增益差值較小時，增益誤差特性變好，但會導致增益范圍的減小，因此，存在增益范圍和增益誤差之間相互制約的問題，需要進行折中考慮。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有增益衰減結構可變增益放大器的增益范圍和增益誤差之間相互制約的問題，從而提供具有大增益范圍、高精度的雙控制電壓dB線性VGA電路。

本發明所述的具有大增益范圍、高精度的雙控制電壓dB線性VGA電路，包括預放大器、大范圍增益控制級、高精度增益控制級和固定增益放大器；

預放大器的輸出端與大范圍增益控制級的信號輸入端連接，大范圍增益控制級的輸出端與高精度增益控制級的信號輸入端連接，高精度增益控制級的輸出端與固定增益放大器的輸入端連接，第一控制電壓Vctrl1由大范圍增益控制級的控制電壓輸入端輸入，第二控制電壓Vctrl2由高精度增益控制級的控制電壓輸入端輸入。

優選的是，所述大范圍增益控制級的增益衰減步長范圍為10dB-20dB，高精度增益控制級的增益衰減步長范圍為1dB-5dB。

優選的是，所述大范圍增益控制級包括第一重疊高斯電流產生電路、N個第一gm級、第一衰減網絡、第一I-V轉換器、電阻Rf1和電阻Rf2；

第一控制電壓Vctrl1由第一重疊高斯電流產生電路的輸入端輸入，第一重疊高斯電流產生電路的N個輸出端分別與N個第一gm級的尾電流端連接，第一衰減網絡的N個輸出端分別與N個第一gm級的同相輸入端連接，N個第一gm級的反相輸入端連接并與電阻Rf1的一端和電阻Rf2的一端連接，電阻Rf2的另一端接地，電阻Rf1的另一端與第一I-V轉換器的輸出端連接，并作為大范圍增益控制級的輸出端，N個第一gm級的同相輸出端連接并與第一I-V轉換器的同相輸入端連接，N個第一gm級的反相輸出端連接并與第一I-V轉換器的反相輸入端連接。

優選的是，所述第一衰減網絡由R-2R梯形電阻陣列實現，大范圍增益控制級的增益衰減步長為12dB。

優選的是，高精度增益控制級包括第二重疊高斯電流產生電路、M個第二gm級、第二衰減網絡、第二I-V轉換器、電阻Rf3和電阻Rf4；

第二控制電壓Vctrl2由第二重疊高斯電流產生電路的輸入端輸入，第二重疊高斯電流產生電路的M個輸出端分別與M個第二gm級的尾電流端連接，第二衰減網絡的M個輸出端分別與M個第二gm級的同相輸入端連接，M個第二gm級的反相輸入端連接并與電阻Rf3的一端和電阻Rf4的一端連接，電阻Rf4的另一端接地，電阻Rf3的另一端與第二I-V轉換器的輸出端連接，并作為高精度增益控制級的輸出端，M個第二gm級的同相輸出端連接并與第二I-V轉換器的同相輸入端連接，M個第二gm級的反相輸出端連接并與第二I-V轉換器的反相輸入端連接。

優選的是，第二衰減網絡由R-4R-20R的電阻網絡實現，高精度增益控制級的增益衰減步長為2dB；

R-4R-20R的電阻網絡包括M-1個阻值為R的電阻、1個阻值為4R的電阻和M-2個阻值為20R的電阻；