具有输出相位不变性的可变增益放大器制造技术

本文提供具有输出相位不变性的可变增益放大器(VGA)。在某些实施方案中，VGA可在选自为射频(RF)输入信号提供不同的放大量的多个增益设置的选择增益设置中操作。VGA包括跨越增益设置具有基本恒定偏置电流的增益晶体管，使得VGA的输出相位、输入阻抗匹配和/或输入回波损耗基本恒定。通过控制由相应的负反馈电阻器均连接到增益晶体管的一对共源晶体管的相对偏置来选择VGA的增益设置。负反馈电阻器提供补偿，减少或消除跨越增益设置的VGA的输出相位差，例如，通过在VGA的传递函数中引入零来消除由共源共栅晶体管衍生的极点。

Variable gain amplifier with output phase invariance

This paper presents a variable gain amplifier (VGA) with output phase invariance. In some embodiments, VGA may operate in a selected gain setting selected from a plurality of gain settings that provide different amplifiers for RF input signals. VGA includes a gain transistor with basically constant bias current across the gain setting, so that the output phase, input impedance matching and / or input return loss of VGA are basically constant. The VGA gain setting is selected by controlling the relative bias of a pair of common source transistors connected to the gain transistors by the corresponding negative feedback resistors. The negative feedback resistor provides compensation to reduce or eliminate the output phase difference of VGA across the gain setting, for example, by introducing zero into the transfer function of VGA to eliminate the poles derived from the common source common gate transistor.

【技术实现步骤摘要】
具有输出相位不变性的可变增益放大器
本专利技术的实施方案涉及电子系统，更具体地，涉及可变增益放大器。
技术介绍
可变增益放大器(VGA)用于各种遥感和/或通信设备。例如，来自超声波、雷达、激光雷达、射频(RF)通信和/或语音分析的应用包括用于提供增益控制以增强动态性能的VGA。在一个例子中，RF系统包括用于在接收路径中提供增益控制的VGA，从而提供对通过天线无线接收的信号功率的控制。在接收路径中包括VGA有助于实现给定RF操作环境和/或通信距离的期望信号电平。在另一例子中，RF系统包括用于在发送路径中提供增益控制的VGA，从而提供无线传输的功率控制。附图说明图1是包括可变增益放大器(VGA)的相控阵天线系统的一个实施例的示意图。图2A是包括VGA的前端系统的一个实施例的示意图。图2B是包括VGA的前端系统的另一实施例的示意图。图3是根据一个实施例的VGA的示意图。图4是根据另一实施例的VGA的示意图。图5是根据另一实施例的VGA的示意图。图6是根据另一实施例的VGA的示意图。图7是根据另一实施例的VGA的示意图。图8是根据另一实施例的VGA的示意图。图9是归一化增益与控制字的一个示例的图。图10是输入回波损耗与频率的一个例子的曲线图。图11是归一化相移与归一化增益的一个示例的曲线图。具体实施方式本文提供具有输出相位不变性的可变增益放大器(VGA)。在某些实施方案中，VGA可在选自为射频(RF)输入信号提供不同的放大量的多个增益设置的选择增益设置中操作。VGA包括跨越增益设置具有基本恒定偏置电流的增益晶体管，使得VGA的输出相位、输入阻抗匹配和/或输入回波损耗基本恒定。通过控制由相应的负反馈电阻器均连接到增益晶体管的一对共源晶体管的相对偏置来选择VGA的增益设置。负反馈电阻器提供补偿，减少或消除跨越增益设置的VGA的输出相位差，例如，通过在VGA的传递函数中引入零来消除由共源共栅晶体管衍生的极点。在一个方面，VGA包括：增益晶体管，被配置为基于放大从输入端子接收的射频(RF)输入信号来产生信号电流，第一负反馈电阻器和第二负反馈电阻器,输出共源共栅晶体管，在输出端子和所述增益晶体管之间与所述第一负反馈电阻器串联电连接，分流共源共栅晶体管，在DC电压和所述增益晶体管之间与所述第二负反馈电阻器串联电连接，和增益控制电路，被配置为通过偏置所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管来控制VGA的增益设置，以控制相对于所述分流共源共栅晶体管流过所述输出共源共栅晶体管的信号电流的比例。在另外方面，RF系统包括可控移相器和在信号路径中与可控移相器电连接的VGA。VGA包括：增益晶体管，被配置为放大从输入端子接收的RF信号，第一负反馈电阻器和第二负反馈电阻器，输出共源共栅晶体管，在输出端子和所述增益晶体管之间与所述第一负反馈电阻器串联电连接，分流共源共栅晶体管，在DC电压和所述增益晶体管之间与所述第二负反馈电阻器串联电连接，和增益控制电路，被配置为通过偏置所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管来控制VGA的增益设置。在另外方面，VGA包括：增益晶体管，被配置为放大从输入端子接收的射频(RF)输入信号，输出共源共栅晶体管，电连接在输出端子和所述增益晶体管之间，分流共源共栅晶体管，电连接在DC电压和所述增益晶体管之间，和增益控制电路，被配置为偏置所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管以操作VGA，是从提供至少20dB的增益范围的多个增益设置中选择的增益设置。所述输出端子处的输出相位变化在增益范围内小于5度。专利技术详述以下对实施例的详细描述呈现了本专利技术的特定实施例的各种描述。然而，本专利技术可以以多种不同方式实施。在本说明书中，参考附图，其中相同的附图标记可表示相同或功能相似的元件。应该理解，图中所示的元件不一定按比例绘制。而且，应该理解，某些实施例可以包括比图中所示的元件更多的元件和/或图中所示的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适组合。本文提供具有输出相位不变性的可变增益放大器(VGA)。在某些实施方案中，VGA包括增益晶体管，其放大从输入端子接收的RF输入信号以产生信号电流；输出共源共栅晶体管，其与输出端子和增益晶体管之间的第一负反馈电阻器串联电连接；分流共源共栅晶体管，其与在DC电压和增益晶体管之间的第二负反馈电阻器串联电连接；以及增益控制电路，其通过偏置输出共源共栅晶体管和分流共源共栅晶体管来控制VGA的增益设置，以控制相对于分流共源共栅晶体管流过输出共源共栅晶体管的信号电流的比例。负反馈电阻器用于提供相位不变性，从而减少或消除VGA输出相位在增益设置上的差异。例如，包括负反馈电阻器在VGA的传递函数中引入零，其抵消了由共源共栅晶体管产生的极点。因此，传递函数零提供传递函数极的抵消以提供相位不变性。在某些实施方式中，增益晶体管的偏置电流跨越增益设置基本恒定。通过以这种方式实现VGA，增益晶体管的输入阻抗基本上与增益设置无关，增益设置保持通过增益晶体管的相位延迟基本恒定。此外，通过在增益设置上提供基本恒定的偏置电流，输入阻抗匹配和/或输入回波损耗(S11)基本上与增益设置无关。相反，传统的VGA存在许多缺点。例如，随着增益设置的改变，具有随增益设置而变化的偏置电流的VGA会受到输入阻抗变化和/或跨导变化的影响。这又可能导致输入回波损耗的变化和信号链中其他RF电路的不希望的负载。此外，某些VGA采用线性化技术实现，这些技术限制增益范围和/或导致更高功率和面积以实现期望的增益范围。图1是包括可变增益放大器(VGA)的相控阵天线系统10的一个实施例的示意图。相控阵天线系统10包括数字处理电路1、数据转换电路2、通道处理电路3、RF前端5a、5b、...5n、以及天线6a、6b、.......6n。尽管示出了具有三个RF前端和三个天线的示例，但是相控阵天线系统10可以包括更多或更少的RF前端和/或更多或更少的天线，如椭圆所示。此外，在某些实施方式中，相控阵天线系统10用分开的天线实现，用于发送和接收信号。相控阵天线系统10示出了电子系统的一个实施例，该电子系统可以包括根据本文的教导实现的一个或多个VGA。然而，这里公开的VGA可以用于各种电子设备中。相控阵天线系统在本文中也称为有源扫描电子控制阵列。如图1所示，通道处理电路3分别通过RF前端5a、5b、...5n耦合到天线6a、6b、...6n。在该实施例中，通道处理电路3包括分离/组合电路7、频率上/下变换电路8、以及相位和幅度控制电路9。通道处理电路3提供由每个通信通道发送和从每个通信通道接收的RF信号的RF信号处理。在所示实施例中，每个通信通道与相应的RF前端和天线相关联。继续参考图1，数字处理电路1产生数字发射数据，用于控制从天线6a、6b、...6n辐射的发射波束。数字处理电路1还处理表示接收波束的数字接收数据。在某些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有输出相位不变性的可变增益放大器(VGA)，所述VGA包括：/n增益晶体管，被配置为基于放大从输入端子接收的射频(RF)输入信号来产生信号电流；/n第一负反馈电阻器和第二负反馈电阻器；/n输出共源共栅晶体管，在输出端子和所述增益晶体管之间与所述第一负反馈电阻器串联电连接；/n分流共源共栅晶体管，在DC电压和所述增益晶体管之间与所述第二负反馈电阻器串联电连接；和/n增益控制电路，被配置为通过偏置所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管来控制VGA的增益设置，以控制相对于所述分流共源共栅晶体管流过所述输出共源共栅晶体管的信号电流的比例。/n

【技术特征摘要】
20180604 US 62/680,401;20180717 US 16/037,3101.具有输出相位不变性的可变增益放大器(VGA)，所述VGA包括：
增益晶体管，被配置为基于放大从输入端子接收的射频(RF)输入信号来产生信号电流；
第一负反馈电阻器和第二负反馈电阻器；
输出共源共栅晶体管，在输出端子和所述增益晶体管之间与所述第一负反馈电阻器串联电连接；
分流共源共栅晶体管，在DC电压和所述增益晶体管之间与所述第二负反馈电阻器串联电连接；和
增益控制电路，被配置为通过偏置所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管来控制VGA的增益设置，以控制相对于所述分流共源共栅晶体管流过所述输出共源共栅晶体管的信号电流的比例。


2.权利要求1所述的VGA，其中所述第一和第二负反馈电阻器在VGA的传递函数中提供零，以补偿由所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管衍生的传递函数中的极点。


3.权利要求1所述的VGA，其中所述增益设置选自多个增益设置，其中所述增益晶体管的偏置电流跨越所述多个增益设置基本恒定。


4.权利要求3所述的VGA，其中所述输入端子处的输入阻抗跨越所述多个增益设置基本恒定。


5.权利要求3所述的VGA，还包括配置为偏置所述增益晶体管的电流镜。


6.权利要求1所述的VGA，还包括电连接在所述增益晶体管和地之间的退化电感器。


7.权利要求1所述的VGA，还包括连接在所述输出端子和DC电压之间的输出匹配电感器。


8.权利要求1所述的VGA，其中所述增益设置选自多个增益设置，其中所述增益控制电路包括预失真器电路，该预失真器电路被配置为跨越所述多个增益设置提供线性化。


9.权利要求1所述的VGA，还包括基于所述增益设置由所述增益控制电路选择性激活的多对晶体管，其中所述多对晶体管的第一对对应于所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管。


10.权利要求9所述的VGA，其中所述多对晶体管被加权。


11.权利要求1所述的VGA，其中所述增益晶体管、所述输出共源共栅晶体管和所述分流共源共栅晶体管作为双极晶体管实施。


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【专利技术属性】
技术研发人员：S·穆拉里德哈兰，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US