一种连续可调分贝线性可变增益电路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种连续可调分贝线性可变增益电路结构，包括：放大器核心电路、共模输出偏置电路、指数比例电流产生电路、指数比例电流偏置电路；本发明专利技术提出的连续可调的精确分贝线性可变增益放大结构，通过三组负反馈结构，两组偏置复制结构和一个电流分流结构差分对的巧妙系统性设计，在一个电流舵结构的差分放大晶体管对中，在保证总电流不变即输出共模电压不变的情况下，简单有效且精确的实现了一个随着外加控制电压线性变化而呈指数变化的晶体管沟道电流，该电流决定了该晶体管的跨导也随着控制电压线性变化而呈指数变化，进而实现了一个满足分贝线性增益控制的连续可调可变增益放大器结构。

A continuously adjustable decibel linear variable gain circuit structure

The invention discloses a continuous adjustable decibel linear variable gain circuit structure, which comprises an amplifier core circuit, a common-mode output bias circuit, an exponential proportional current generation circuit, an exponential proportional current bias circuit, and a continuously adjustable precise decibel linear variable gain amplification structure, which passes through three groups of negative feedback circuits. An ingenious and systematic design of the feed structure, two offset replication structures and a Current-Shunt differential pair is presented. In a current-steered differential amplifier transistor pair, a linear change with the applied control voltage is realized simply and effectively, while the total current is kept constant, i.e. the output common-mode voltage is kept constant. The channel current of the transistor varies exponentially, which determines that the transconductance of the transistor varies exponentially with the linearity of the control voltage. Thus, a continuously adjustable variable gain amplifier with decibel linear gain control is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种连续可调分贝线性可变增益电路结构
本专利技术涉及增益放大器，特别涉及一种新型的连续可调分贝线性可变增益电路结构。
技术介绍
可变增益放大电路广泛应用于通信电路系统中，例如自动增益控制等，以提高系统的动态范围。通常这种增益控制要求电路增益随着线性控制电压的变化而指数变化，即分贝线性(dB-Linear)变化。也就是说，控制电压是线性的，而增益是分贝线性的(指数变化)。实现这一功能有两大类方法，一类是基于离散的可编程分步数字增益控制机制，另一类是纯模拟的连续可调增益控制机制。在很多应用中，要求采用纯模拟的连续可调分贝线性控制以避免数字增益控制中所出现的毛刺现象。纯模拟的连续可调分贝线性连续增益电路主要有以下几类实现方法，第一种是采用基于泰勒级数逼近的伪指数(pseudo-exponential)控制电路结构，这一种结构的缺点在于增益和电压之间的指数关系精度不高；第二种则是精确的分贝线性控制电路，通常是以三级管为核心，通过一系列转换电路以获得大范围的精确分贝线性增益控制关系，这一类电路应用范围广，但其难点在于大范围的精确分贝线性增益控制电路的设计，通常此类电路的分贝线性控制结构极为复杂。
技术实现思路
为此本专利技术提出连续可调分贝线性控制线路，通过提出一种新型指数电流产生和复制结构，以达到简化电路结构的目的。本专利技术目的：在于提供一种新型的连续可调分贝线性可变增益电路结构，其电路结构简单，且实现的放大电路还具有可以控制的恒定共模输出电压的优点。为实现上述目的，本专利技术的采用如下技术方案：一种连续可调分贝线性可变增益电路结构，包括：放大器核心电路、共模输出偏置电路、指数比例电流产生电路、指数比例电流偏置电路；所述放大器核心电路为差分对电流舵结构，包括场效应管M1、M2组成的差分对M1/M2、场效应管M3、M4组成的差分对M3/M4，一对差分负载电阻R1/R2，以及尾电流偏置晶体管M13，输入差分信号为VIN+/VIN-，分别连接差分对M1/M2的栅极，输出差分信号为VOUT+/VOUT-，VOUT+连接M2/M4的漏极，VOUT-连接M1/M3的漏极，差分对M1/M2的漏极分别通过电阻R1/R2连接高电平VDD，两对差分对M1/M2、M3/M4的源极分别连接到晶体管M13的漏极，M13的源极接地；所述共模输出偏置电路生成电压VB1加载在M13栅极；所述指数比例电流产生电路和指数比例电流偏置电路依次连接，生成电压VB2加载在M3/M4栅极；通过电压VB1和电压VB2的联合作用，使得尾电流晶体管M13中的偏置电流为I0恒定可控，同时流过M1的沟道电流I1与I0呈指数关系，从而使增益呈分贝线性变化。优选的，所述共模输出偏置电路，包括场效应管M5、M6组成的差分对M5/M6，场效应管M7、M8组成的差分对M7/M8，一对差分负载电阻R3/R4，以及尾电流偏置晶体管M14；差分对M5/M6栅极接外接共模电压VCM，M7/M8栅极上加的电压来自于指数比例电流偏置电路所产生的偏置电压VB2，差分负载电阻R3/R4的输出端短接在一起并连接到运算放大器OP1的正输入端，OP1的负输入端接共模参考电压VCM，OP1的输出端电压VB1接M14的栅极，形成负反馈回路。优选的，所述共模输出偏置电路与放大器核心电路形成的负反馈回路，迫使共模输出偏置电路中的负载电阻R3/R4的输出端电压VX1等于VCM，则VDD-1/2*I0*R＝VCM，I0由此公式决定，即I0＝2*(VDD-VCM)/R。优选的，所述指数比例电流产生电路包括三极管Q1、Q2组成的差分结构三极管Q1/Q2，一对差分电阻R5/R6，尾电流晶体管M16及运算放大器OP2；运算放大器OP2的正输入端接Q2支路负载电阻R的输出端VX3，负输入端接外加共模电压VCM，OP2的输出端接的M16栅极，和M16及Q2形成负反馈回路。优选的，所述指数比例电流偏置电路包括场效应管M9、M10组成的差分对M9/M10，场效应管M11、M12组成的差分对M11/M12，一对差分电阻对R7/R8，尾电流晶体管M15,以及运算放大器OP3，差分对M9/M10连接差分电阻对R7/R8，M11/M12直接连接到电源电压；尾电流晶体管M15栅极加载由共模输出偏置电路中产生的偏置电压VB1，电阻对R7/R8的输出端短接并连接到运算放大器OP3的负输入端，OP3的正输入端接指数比例电流产生电路产生的电压VY1，OP3的输出端产生偏置电压VB2，并加载到差分对M11/M12的栅极，构成负反馈回路。优选的，所述差分对M1/M2栅极加载的差分信号VIN+/VIN-的共模电压在工作时也设置为VCM，由于复制偏置VB1的关系，M14的栅极偏压和M13的栅极偏压都等于VB1，M13的尾电流等于M14的尾电流I0，即I0＝2*(VDD-VCM)/R，并且VX2＝VX1＝VCM；差分对M1/M2的电流设为I1，差分对M3/M4的电流设为I2，在I1和I2的分配关系中，I1在恒定的I0总电流中所占的比例由M3栅极的偏置电压VB2确定。优选的，所述指数比例电流产生电路形成的负反馈回路，使得VX3＝VX2＝VCM，Q2支路的电流IB2等于放大器核心电路中M1支路的电流，即IB2＝I0/2＝(VDD-VCM)/R，这是一个恒定可控的值；同时Q2基极上加载的电压VR是一个参考电压，Q1基极上加载的电压是一个线性控制电压VC。优选的，Q1和Q2两个支路的电流IB1和IB2有如下关系式成立：公式(1)中VT＝kT/q，k是玻尔兹曼常数，q是电子电量，T是绝对温度，也就是说IB1和IB2呈指数关系，或者说IB1和I0呈指数关系；IB1这个指数电流在Q1支路的电阻R上产生了一个电压VY1，该电压连接到指数比例电流偏置电路的运算放大器OP3的正输入端上，通过负反馈产生偏置电压VB2。优选的，所述指数比例电流偏置电路构成负反馈回路，使得电压VY2和VY1相等，M9/M10支路上流过电阻R的电流I1/2等于IB1：因此，I1和I0呈指数关系，其中I0恒定可控。优选的，连续可调分贝线性可变增益电路结构的增益表达式为：其中Cox是晶体管栅氧化层单位面积电容，是M1晶体管的宽长比，μn是电子的迁移率，R是负载电阻，VDD为电源电压，VCM为外加共模电压，VR为控制参考电压，VC为线性变化的控制电压，VT＝kT/q，k是玻尔兹曼常数，q是电子电量，T是绝对温度，连续可调分贝线性可变增益电路结构的增益随着控制电压VC线性变化而呈分贝线性变化。本专利技术的优点：本专利技术提出的连续可调的精确分贝线性可变增益放大结构，通过三组负反馈结构，两组偏置复制结构和一个电流分流结构差分对的巧妙系统性设计，在一个电流舵结构的差分放大晶体管对中，在保证总电流不变即输出共模电压不变的情况下，简单有效且精确的实现了一个随着外加控制电压线性变化而呈指数变化的晶体管沟道电流，该电流决定了该晶体管的跨导也随着控制电压线性变化而呈指数变化，进而实现了一个满足分贝线性增益控制的连续可调可变增益放大器结构。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的连续可调分贝线性可变增益电路结构的原理图；图2表1参数实现的分贝线性可变增益电路的增益与控制电压的关系。具体实施方式如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续可调分贝线性可变增益电路结构，其特征在于，包括：放大器核心电路、共模输出偏置电路、指数比例电流产生电路、指数比例电流偏置电路；所述放大器核心电路为差分对电流舵结构，包括场效应管M1、M2组成的差分对M1/M2、场效应管M3、M4组成的差分对M3/M4，一对差分负载电阻R1/R2，以及尾电流偏置晶体管M13，输入差分信号为VIN+/VIN‑，分别连接差分对M1/M2的栅极，输出差分信号为VOUT+/VOUT‑，VOUT+连接M2/M4的漏极，VOUT‑连接M1/M3的漏极，差分对M1/M2的漏极分别通过电阻R1/R2连接高电平VDD，两对差分对M1/M2、M3/M4的源极分别连接到晶体管M13的漏极，M13的源极接地；所述共模输出偏置电路生成电压VB1加载在M13栅极；所述指数比例电流产生电路和指数比例电流偏置电路依次连接，生成电压VB2加载在M3/M4栅极；通过电压VB1和电压VB2的联合作用，使得尾电流晶体管M13中的偏置电流为I0恒定可控，同时流过M1的沟道电流I1与I0呈指数关系，从而使增益呈分贝线性变化。

【技术特征摘要】
1.一种连续可调分贝线性可变增益电路结构，其特征在于，包括：放大器核心电路、共模输出偏置电路、指数比例电流产生电路、指数比例电流偏置电路；所述放大器核心电路为差分对电流舵结构，包括场效应管M1、M2组成的差分对M1/M2、场效应管M3、M4组成的差分对M3/M4，一对差分负载电阻R1/R2，以及尾电流偏置晶体管M13，输入差分信号为VIN+/VIN-，分别连接差分对M1/M2的栅极，输出差分信号为VOUT+/VOUT-，VOUT+连接M2/M4的漏极，VOUT-连接M1/M3的漏极，差分对M1/M2的漏极分别通过电阻R1/R2连接高电平VDD，两对差分对M1/M2、M3/M4的源极分别连接到晶体管M13的漏极，M13的源极接地；所述共模输出偏置电路生成电压VB1加载在M13栅极；所述指数比例电流产生电路和指数比例电流偏置电路依次连接，生成电压VB2加载在M3/M4栅极；通过电压VB1和电压VB2的联合作用，使得尾电流晶体管M13中的偏置电流为I0恒定可控，同时流过M1的沟道电流I1与I0呈指数关系，从而使增益呈分贝线性变化。2.根据权利要求1所述的新型连续可调分贝线性可变增益电路结构，其特征在于，所述共模输出偏置电路，包括场效应管M5、M6组成的差分对M5/M6，场效应管M7、M8组成的差分对M7/M8，一对差分负载电阻R3/R4，以及尾电流偏置晶体管M14；差分对M5/M6栅极接外接共模电压VCM，M7/M8栅极上加的电压来自于指数比例电流偏置电路所产生的偏置电压VB2，差分负载电阻R3/R4的输出端短接在一起并连接到运算放大器OP1的正输入端，OP1的负输入端接共模参考电压VCM，OP1的输出端电压VB1接M14的栅极，形成负反馈回路。3.根据权利要求2所述的新型连续可调分贝线性可变增益电路结构，其特征在于，所述共模输出偏置电路与放大器核心电路形成的负反馈回路，迫使共模输出偏置电路中的负载电阻R3/R4的输出端电压VX1等于VCM，则VDD-1/2*I0*R＝VCM，I0由此公式决定，即I0＝2*(VDD-VCM)/R。4.根据权利要求3所述的新型连续可调分贝线性可变增益电路结构，其特征在于，所述指数比例电流产生电路包括三极管Q1、Q2组成的差分结构三极管Q1/Q2，一对差分电阻R5/R6，尾电流晶体管M16及运算放大器OP2；运算放大器OP2的正输入端接Q2支路负载电阻R的输出端VX3，负输入端接外加共模电压VCM，OP2的输出端接的M16栅极，和M16及Q2形成负反馈回路。5.根据权利要求4所述的新型连续可调分贝线性可变增益电路结构，其特征在于，所述指数比例电流偏置电路包括场效应管M9、M10组成的差分对M9/M10，场效应管M11、M12组成的差分对M11/M12，一对差分电阻对R7/R8，尾电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁征浩，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32