数字增益控制方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种数字增益控制方法，通过Ｎ位二进制数字增益控制码控制可变增益放大器中的可变电阻的阻值进行可变增益放大器的增益调节，用ＭＯＳ晶体管阵列作为可变电阻，利用晶体管的源漏极间的导通电阻和栅极电压的关系来控制可变电阻值，由增益控制模块根据Ｎ位二进制数字增益控制码产生ＭＯＳ晶体管阵列的各个晶体管的栅极电压，还公开了一种实现该数字增益控制方法的电路。采用本发明专利技术的数字增益控制方法及电路，能在满足大范围和高精度的增益控制要求的同时，使集成电路有较小的芯片面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线收发集成电路技术，特别涉及一种数字增益控制 方法及电路。
技术介绍
在现代无线通信收发集成电路中，由于对发射功率的严格要求和对接 收功率的不确定性，增益调节是一个必不可少的功能。增益调节可以通过 模拟方法和数字方法实现，而数字方法由于可以利用收发机中集成的先进 数字信号处理电路，具有实现简易，性能良好的特点，符合当今数字化无 线收发器的趋势。数字控制增益调节是利用数字信号控制放大器的增益，在很多的应用场合中，往往需要较大的增益控制范围(如40dB 60dB) 以及较高的调节精度(如0.1dB 0.5dB)。另外，由于增益控制算法往往 是通过二分法插值实现，为保证插值不出现错误，所以放大器的增益必须 随着数字控制码的增大(减小)而增大(减小)，也就是说增益的变化和 数字控制码的变化必须满足单调性。附图1所示是一个典型的数字控制增益放大器原理图，两只MOS晶体 管的源极分别接在可调节电阻Rs两端并通过恒流Idc接地，漏极分别通 过漏极电阻Rd接电源，栅极分别接差模输入信号Vip、 Vin，漏极接差模 输出V叩、Von，在晶体管跨导足够大的情况下，放大器的增益近似为 2Rd/Rs，因此即可通过调节可调节电阻Rs达到调节增益的目的。现有的 数字控制方案中电阻Rs往往由排成阵列形式的多个电阻Rl、 R2、…、Rn 并联构成，其阻值分别为R、 R/2、…R/2"—、通过数字控制码控制多个电 阻R1、 R2、…、Rn的接入以调节可调节电阻Rs的大小从而调节增益。以 调节范围55dB和调节精度0.5dB为例，大约需要7位的数字控制码，为 留有一定的设计裕度，控制码需要取到8位甚至9位。对于现有的CMOS 工艺而言，如果电阻阵列以纯二进制码的方式实现，数字控制码为N位时， N位数字控制码元分别控制N个电阻R1、 R2、…、RN的并联接入，将很 难达到这样的精度，并且因并联接入的电阻阻值是跳跃式的，二进制码实 现还无法保证增益控制的单调性，所以往往需要采用温度计码或者温度计 码与二进制码混用的形式。温度译码的真值表如图6所示，单纯采用温度 计码将会使得电阻增至^个(N为二进制数字控制码的位数)，由于电阻 值(也就是增益)的变化需要达到较高的精度(仍以0.5dB为例，即约为 6%)，单纯采用温度计码通常是采用逐次并联的方式达到改变电阻值的效 果，如果增益最低时接入的电阻值Rl为R，为了使得下一个电阻R2和 Rl并联得到的电阻值应为(1-6%) R，即为0.94R，利用电阻并联公式可 以得到1 2= (1-6%) R/6%=15.6R，这样逐次迭代就可以得到总的电阻值， 而单纯采用二进制码如果最大的电阻即为R，以后依次递减，利用等比级 数公式得到总的电阻值也不会超过2R，可见单纯采用温度计码和单纯采 用二进制码的电阻阵列相比，除了会增加电阻的个数以外，电阻的取值也 会增加，这在精度高的情况下将会体现得更为明显，这会带来非常大的面积代价;采用温度计码和二进制码混用控制电阻阵列可以在一定程度上节 省电阻阵列的面积，但是为了保证增益调节的单调性，只能在低位(一般不超过4位)采用二进制码的形式，而高位仍必须采用温度计码，对于精 度要求很高的场合，这样的混用方式仍然需要较大的面积，无法完全解决 温度计码带来的电阻元件大大增加的问题，另外前面所述的采用温度计码 使得电阻值增加的问题也仍然存在。需要说明的是，附图1中的数字增益 控制放大器只是一种原理性的实现，具体的实现还需要根据其他一些指标 来确定，但是基本的思路一般都是通过改变电阻来改变增益，而电阻的改 变则是通过使用数字控制码控制开关的电阻阵列来实现。总之，为了同时达到大范围和高精度的增益控制要求，采用电阻阵 列的形式实现数字控制增益放大器会带来较大的电阻面积，使得芯片成本 上升。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在满足大范围和高精度的增益控制要求 的同时，有较小的芯片面积。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种数字增益控制方法，采用的 技术方案是，通过N位二进制数字增益控制码控制可变增益放大器中的可变电阻的阻值进行可变增益放大器的增益调节，其特征在于，用M0S晶体 管阵列作为可变电阻，利用晶体管的源漏极间的导通电阻和栅极电压的关 系来控制可变电阻值，由增益控制模块根据N位二进制数字增益控制码产 生M0S晶体管阵列的各个晶体管的栅极电压。由增益控制模块根据N位二进制数字增益控制码产生MOS晶体管阵列的各个晶体管的栅极电压的方法可以是，增益控制模块利用模数转换器将 N位二进制数字增益控制码中的低m位用数模转换器转换为输出控制电压，高(N-m)位变换为的温度计码；所述温度计码的2(N—")个码元分别控 制2(N—")个多路选择器的电压输出，各多路选择器的第一个输入为所述模数 转换器的输出控制电压，第二个输入为所述数模转换器的最大输出电压， 第三个输入为所述数模转换器的最小输出电压，2(N—"个多路选择器的输出 电压控制所述晶体管阵列的相应2(N—"行晶体管的栅极电压;如果该温度计 码的码元为0，则该码元相对应的多路选择器的输出电压为数模变换器的 最小输出电压，如果该码元为l,则进一步判断低m位是否已经发生了溢 出，如果己经发生了溢出，则该码元相对应的多路选择器的输出电压为数 模变换器的最的输出电压，如果还未发生溢出，则该码元相对应的多路选 择器的输出电压为所述模数转换器的输出控制电压。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种数字增益控制电路，采用 的技术方案是， 一种数字增益控制电路，包括一可变增益放大器，所述可 变增益放大器中接有可变电阻，调节所述可变电阻的阻值可调节可变增益 放大器的增益，其还包括数模转换器、温度计译码器、多路选择器、选择 控制电路、MOS晶体管阵列，数模转换器将N位二进制数字增益控制码的 低m位转换为输出控制电压，温度计译码器将N位二进制数字增益控制码 的高(N-m)位变换为的温度计码，选择控制电路根据低m位溢出判断和 2(N—")个温度计码码元值输出选择控制信号分别接2(N——个多路选择器的选 择控制端，多路选择器第一个输入端接数模转换器的输出控制电压，第二 个输入端接数模转换器的最大输出电压，第三个输入端接数模转换器的最 小输出电压，2(N—")个多路选择器的输出端分别接2(N—")行M0S晶体管的栅极， 2^行M0S晶体管的源极、漏极并接，源漏极间的导通电阻作为所述可变增益放大器中的可变电阻。由于本专利技术采用了增益控制模块来控制晶体管阵列，利用数模转换器 来产生可变的控制栅压，晶体管阵列的规模可以由采用纯温度计码控制的电阻阵列的^下降为2(N—n>，也就是说一个晶体管承担了m位的增益变化 范围，而在原有的电阻阵列方案中需要^个电阻来实现，而且一般而言 晶体管的面积也比多晶硅电阻小很多，因此芯片面积可以大大降低。增益 控制模块利用模数转换器将N位二进制数字增益控制码中的低m位用数模 转换器转换为输出控制电压，高(N-m)位变换为的温度计码，所述温度 计码的2 (N—"个码元以及低m位溢出判断机制分别控制2 (^个多路选择器的 电压输出，保证了增益控制随增益控制码变化的单调性。 附图说明下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字增益控制方法，通过Ｎ位二进制数字增益控制码控制可变增益放大器中的可变电阻的阻值进行可变增益放大器的增益调节，其特征在于，用ＭＯＳ晶体管阵列作为可变电阻，利用晶体管的源漏极间的导通电阻和栅极电压的关系来控制可变电阻值，由增益控制模块根据Ｎ位二进制数字增益控制码产生ＭＯＳ晶体管阵列的各个晶体管的栅极电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜定坤，魏述然，
申请(专利权)人：锐迪科创微电子北京有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]