一种可变增益放大器制造技术

本发明专利技术属于射频微波放大器技术领域，公开了一种可变增益放大器，包括输入级放大器、可变增益级放大器和输出级放大器；输入级放大器使用串联电感

【技术实现步骤摘要】
一种可变增益放大器


[0001]本专利技术属于射频微波放大器
，涉及一种可变增益放大器。

技术介绍

[0002]传统的射频微波可变增益放大器增益控制的方式是直接在射频微波放大器中添加开关晶体管，例如，Y.Yi,D.Zhao和X.You于2018年在美国宾夕法尼亚州费城召开的IEEE射频集成电路研讨会发表的名称为“A Ka
‑
band CMOS Digital
‑
Controlled Phase
‑
Invariant Variable Gain Amplifier with 4
‑
bit Tuning Range and 0.5
‑
dB Resolution”的文章公开了一种应用在5G相控阵中的宽带数字控制型可变增益放大器，该可变增益放大器直接在射频放大器中添加开关晶体管，通过数字信号控制射频放大器中开关晶体管的导通与关断来控制可变增益放大器的增益。然而直接在射频微波放大器中添加开关晶体管会在射频微波放大器中引入额外的寄生电阻和寄生电容，从而恶化射频放大器的性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的，是要提供一种可变增益放大器，其将可变增益级放大器的增益控制部分与射频放大器分开，避免增益控制部分影响射频放大器的性能，最终实现了在不影响可变增益放大器射频放大部分性能的同时对可变增益放大器的增益进行高精度、宽范围的控制。
[0004]本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
[0005]一种可变增益放大器，包括输入级放大器、可变增益级放大器和输出级放大器；
[0006]其中，输入级放大器使用串联电感
‑
电容
‑
电阻模型对带源极负反馈电感的差分放大器的输入阻抗进行建模，并在此基础上进行具有双谐振峰的输入阻抗匹配；
[0007]输入级放大器的输出端与可变增益级放大器的输入端之间通过第一级间匹配电路相连；可变增益级放大器的输出端与输出级放大器的输入端之间通过第二级间匹配电路相连；
[0008]可变增益级放大器的增益控制端通过偏置电压产生电路进行控制；偏置电压产生电路采用分段式的电流型数模转换器生成可变增益级放大器的偏置电压。
[0009]作为限定，所述可变增益级放大器包括第一～第四晶体管、第一～第四交流耦合电容、第一～第四直流偏置电阻；
[0010]第一晶体管的栅极一方面通过第一直流偏置电阻接入第一直流偏置电压、另一方面通过第一交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端正极，第一晶体管的源极接地，第一晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端负极；
[0011]第二晶体管的栅极一方面通过第二直流偏置电阻接入第一直流偏置电压、另一方面通过第二交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端负极，第二晶体管的源极接地，第二晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端正极；
[0012]第三晶体管的栅极一方面通过第三直流偏置电阻接入第二直流偏置电压、另一方面通过第三交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端正极，第三晶体管的源极接地，第三晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端正极；
[0013]第四晶体管的栅极一方面通过第四直流偏置电阻接入第二直流偏置电压、另一方面通过第四交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端负极，第四晶体管的源极接地，第四晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端负极；
[0014]作为进一步限定，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管均相同；
[0015]所述偏置电压产生电路由三部分组成；
[0016]其中，第一部分由第一镜像晶体管和第二镜像晶体管组成，第一镜像晶体管为第一晶体管和第二晶体管的镜像晶体管，第二镜像晶体管为第三晶体管和第四晶体管的镜像晶体管；
[0017]第二部分由一个基准电流源、第一～第十八电流源晶体管与一个恒定电流源组成；
[0018]第三部分由VGA增益控制编码器组成，VGA增益控制编码器输入七位二进制VGA增益控制编码；
[0019]第一～第三电流源晶体管的电流流向采用二进制码控制，第四～第十八电流源晶体管的电流流向采用温度计码控制；基准电流源的输出电压与第一～第十八电流源晶体管的栅极分别相连；第一～第十八电流源晶体管的源极均与电源电压相连；第一～第十八电流源晶体管的漏极分别一一对应与第一～第十八控制开关连接；
[0020]所述第一～第十八控制开关由VGA增益控制编码器输出的增益控制编码信号控制，VGA增益控制编码器将VGA增益控制编码的高四位转换为十五位温度计码并一一对应输入第四～第十八控制开关的控制端口，VGA增益控制编码的低三位原封不动输出后一一对应输入第一～第三控制开关的控制端口；
[0021]第二部分和第三部分共同组成了一个电流型数模转换器，第一镜像晶体管接收来自电流型数模转换器的第一偏置电流I
bias1
并产生第一直流偏置电压，第二镜像晶体管接收来自电流型数模转换器的第二偏置电流I
bias2
并产生第二直流偏置电压；
[0022]恒定电流源的电流固定流向第二镜像晶体管，I
bias2
＞I
bias1
。
[0023]作为更进一步限定，所述第一～第十八控制开关结构相同；
[0024]第N控制开关包括第一传输门和第二传输门，第一传输门和第二传输门均设置有第一端口、第二端口和控制端口，N∈[1,18]；
[0025]第一传输门的控制端口接入对应的VGA增益控制编码器输出的增益控制编码信号，第二传输门的控制端口通过一个反向器接入对应的VGA增益控制编码器输出的增益控制编码信号；第一传输门和第二传输门的第一端口均与对应的电流源晶体管的漏极相连；第一传输门的第二端口接入第一直流偏置电压，第二传输门的第二端口接入第二直流偏置电压；
[0026]当第一传输门/第二传输门控制端口接收到高电平时，与之对应的第一端口与第二端口在传输门内部连接在一起；当第一传输门/第二传输门控制端口接收到低电平时，与之对应的第一端口与第二端口在传输门内部断开。
[0027]作为再进一步限定，第一～第四晶体管的小信号电流表示为
[0028][0029][0030][0031][0032]其中，IM11为第一晶体管的小信号电流,IM12为第二晶体管的小信号电流，IM21为第三晶体管的小信号电流,IM22为第四晶体管的小信号电流，Vin为可变增益级放大器的输入端正极端口正向小信号电压幅度,Vin为可变增益级放大器的输入端负极端口负向小信号电压幅度；g
m1
为第一晶体管和第二晶体管的小信号跨导,g
m2
为第三晶体管和第四晶体管的小信号跨导；
[0033]流出可变增益级放大器的输出端正极端口的小信号电流Iout+、流入可变增益级放大器的输出端负极端口的小信号电流Iout
‑
分别表示为
[0034][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变增益放大器，其特征在于，包括输入级放大器、可变增益级放大器和输出级放大器；其中，输入级放大器使用串联电感
‑
电容
‑
电阻模型对带源极负反馈电感的差分放大器的输入阻抗进行建模，并在此基础上进行具有双谐振峰的输入阻抗匹配；输入级放大器的输出端与可变增益级放大器的输入端之间通过第一级间匹配电路相连；可变增益级放大器的输出端与输出级放大器的输入端之间通过第二级间匹配电路相连；可变增益级放大器的增益控制端通过偏置电压产生电路进行控制；偏置电压产生电路采用分段式的电流型数模转换器生成可变增益级放大器的偏置电压。2.根据权利要求1所述的一种可变增益放大器，其特征在于，所述可变增益级放大器包括第一～第四晶体管、第一～第四交流耦合电容、第一～第四直流偏置电阻；第一晶体管的栅极一方面通过第一直流偏置电阻接入第一直流偏置电压、另一方面通过第一交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端正极，第一晶体管的源极接地，第一晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端负极；第二晶体管的栅极一方面通过第二直流偏置电阻接入第一直流偏置电压、另一方面通过第二交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端负极，第二晶体管的源极接地，第二晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端正极；第三晶体管的栅极一方面通过第三直流偏置电阻接入第二直流偏置电压、另一方面通过第三交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端正极，第三晶体管的源极接地，第三晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端正极；第四晶体管的栅极一方面通过第四直流偏置电阻接入第二直流偏置电压、另一方面通过第四交流耦合电容接可变增益级放大器的输入端负极，第四晶体管的源极接地，第四晶体管的漏极接可变增益级放大器的输出端负极。3.根据权利要求2所述的一种可变增益放大器，其特征在于，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管均相同；所述偏置电压产生电路由三部分组成；其中，第一部分由第一镜像晶体管和第二镜像晶体管组成，第一镜像晶体管为第一晶体管和第二晶体管的镜像晶体管，第二镜像晶体管为第三晶体管和第四晶体管的镜像晶体管；第二部分由一个基准电流源、第一～第十八电流源晶体管与一个恒定电流源组成；第三部分由VGA增益控制编码器组成，VGA增益控制编码器输入七位二进制VGA增益控制编码；第一～第三电流源晶体管的电流流向采用二进制码控制，第四～第十八电流源晶体管的电流流向采用温度计码控制；基准电流源的输出电压与第一～第十八电流源晶体管的栅极分别相连；第一～第十八电流源晶体管的源极均与电源电压相连；第一～第十八电流源晶体管的漏极分别一一对应与第一～第十八控制开关连接；所述第一～第十八控制开关由VGA增益控制编码器输出的增益控制编码信号控制，VGA增益控制编码器将VGA增益控制编码的高四位转换为十五位温度计码并一一对应输入第四～第十八控制开关的控制端口，VGA增益控制编码的低三位原封不动输出后一一对应输入
第一～第三控制开关的控制端口；第二部分和第三部分共同组成了一个电流型数模转换器，第一镜像晶体管接收来自电流型数模转换器的第一偏置电流I
bias1
并产生第一直流偏置电压，第二镜像晶体管接收来自电流型数模转换器的第二偏置电流I
bias2
并产生第二直流偏置电压；恒定电流源的电流固定流向第二镜像晶体管，I
bias2
＞I
bias1
。4.根据权利要求3所述的一种可变增益放大器，其特征在于，所述第一～第十八控制开关结构相同；第N控制开关包括第一传输门和第二传输门，第一传输门和第二传输门均设置有第一端口、第二端口和控制端口，N∈[1,18]；第一传输门的控制端口接入对应的VGA增益控制编码器输出的增益控制编码信号，第二传输门的控制端口通过一个反向器接入对应的VGA增益控制编码器输出的增益控制编码信号；第一传输门和第二传输门的第一端口均与对应的电流源晶体管的漏极相连；第一传输门的第二端口接入第一直流偏置电压，第二传输门的第二端口接入第二直...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕子豪，甄建宇，徐军，
申请(专利权)人：三微电子科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：