專利名稱：具有dB線性增益特性的可變增益放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變增益放大器(Variable-GainAmplifier, VGA),特別是
涉及一種具有dB線性增益的可變增益放大器。
背景技術(shù)：
當(dāng)碼分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)系統(tǒng)的發(fā)射器和接收 器需要寬動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，對于使用者的方便性而言，dB線性增益是必須的。
圖1顯示可變增益放大器(VGA)的一范例，其是由現(xiàn)有電流控制的可變 增益放大器與現(xiàn)有的dB線性控制信號轉(zhuǎn)換器(Control Signal Converter, CSC) 所構(gòu)成。
信號電流Isig+與Isig-是輸入于由Ql至Q4所構(gòu)成的電流控制VGA的射 極。輸入信號電流是因Vy而流進(jìn)于Iout+與Iout-，藉以形成輸出或流進(jìn)于電 源。
流進(jìn)于Iout+與Iout-的電流量是決定于Vy，當(dāng)流進(jìn)于Iout+與Iout-的電流 量增加，則VGA 120的增益增加。此時(shí)，Vy與VGA增益A之間的關(guān)系是 表示于公式l中。
^ _ _ (Towf_) 1如公式1所示，僅在Vy大于零時(shí)，電流控制VGA 120具有dB線性增益 特性。
然而，在一范例中，Vy小于零是對應(yīng)于一大增益的。在此范例中，電流 控制VGA失去dB線性增益特性，因而無法達(dá)成電流控制VGA。在此范例 中，由于在此區(qū)域中電流控制VGA失去dB線性增益特性，而無法達(dá)成電流 控審UVGA，此VGA需進(jìn)行串聯(lián)，以補(bǔ)償所損失的dB線性，因而不利于電 力耗用。
為了對此進(jìn)行補(bǔ)償， 一控制信號轉(zhuǎn)換器110利用外部所提供的控制信號 VcNT來產(chǎn)生VY，藉以使VGA 120取得dB線性增益特性至最大增益。
對應(yīng)于VcNT所產(chǎn)生的電流lent造成了 Q21及Q20的基極之間的電壓降， 當(dāng)流經(jīng)Q20的電流為I。時(shí)，由于雙極晶體管Q21及Q20的dB特性，Q10及 Qll的集極電流是分別決定為1oexp(-gcRVcNT/VT)和IG(l-exp(-gcRVCNT/VT))。 而結(jié)果Vy可由公式2來表示。
& = -r卿。=^ M/o(1,(—gd/W
^ln(exp(gd/^)-1)
4 =-^""^ = TT~~7~~~7FVT = exP(_gc及/ ^)
1 + exp(^ l + exp(g,c虹/)^)-1
因此，電流增益Az是表示為如公式3所示的exp(-gcRVcwT/VT)，其利用 公式2來代入公式1的VY。因此，VGA可具有dB線性增益特性。
然而，若Vy是使用圏1的VGA的方法來產(chǎn)生，由于使用了大量的雙極 晶體管和電阻，因而面積較大。因此，難以整合雙極晶體管和電阻。此外，由于用以產(chǎn)生電流且容易影響增益的晶體管Q21及Q20并未設(shè)計(jì)成差分電 路，在實(shí)際上，晶體管容易敏感于共同噪聲(commonnoise),例如電源端。對 于整合許多組件于小面積中的整合電路，共同噪聲所造成的性能衰退會更嚴(yán)重。
此外部所提供的增益控制信號的增益曲線是由gc和R所決定，可使用開 關(guān)等組件來由外調(diào)整gc和R，以改變增益曲線的斜度。然而，當(dāng)斜度為固定 時(shí)，則無法向上或向下地改變總增益。此外，當(dāng)使用VGA時(shí)，由于VGA的 增益是根據(jù)在VGA前后區(qū)塊所使用的組件，而有所不同，因而需向上或向下 地改變總增益。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有dB線性增益的可變增 益放大器，其特征在于包括-
控制信號轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換輸入增益控制信號Vc成輸出增 益控制信號Vx= VTln((l/m)exp(-Vc/VT)-l)，其中m為常數(shù)，VT = kT/q，所述輸入增益控制信號Vc是被輸入，藉以使所述可變增 益放大器具有dB線性增益特性至最大增益；以及
可變增益放大單元，用以接收和轉(zhuǎn)換所述輸出增益控制信號 VX，其是由所述控制信號轉(zhuǎn)換器所輸出，藉以使增益具有dB線 性增益特性；
其中，增益曲線是由外部所控制。
本發(fā)明的VGA可實(shí)際地實(shí)施于一小面積中，藉以使電路整合更簡易，此 VGA可較不敏感于共同噪聲，并可具有dB線性增益特性，以及可根據(jù)VGA 的應(yīng)用來對應(yīng)調(diào)整增益曲線的形狀。為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所 附圖式，作詳細(xì)說明如下
圖1顯示可變增益放大器(VGA)的一范例，其是由現(xiàn)有技術(shù)的電流控制 VGA與控制信號轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成，電流控制VGA是進(jìn)行補(bǔ)償來具有dB線性 增益；
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有dB線性增益的可變增益放大器的 結(jié)構(gòu)示意圖3顯示根據(jù)在增益控制信號轉(zhuǎn)換器中的一增益控制晶體管的等效尺寸 變化來控制增益的關(guān)系曲線圖；以及
圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的增益控制晶體管Ml。
具體實(shí)施例方式
請參照圖2，其顯示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有dB線性增益的可變增 益放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。此可變增益放大器(VGA)具有控制信號轉(zhuǎn)換器210 和電流控制VGA單元220。
此控制信號轉(zhuǎn)換器210可轉(zhuǎn)換一輸入增益控制信號(input gain control signal)Vc成一輸出增益控制信號Vx，藉以使VGA單元220具有dB線性增 益特性。
此控制信號轉(zhuǎn)換器210包括第一雙極型晶體管(bipolar transistor) 201 、第 二雙極型晶體管202、第一金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor ， MOS)晶體管211、第一增益控制晶體管(first gain control transistor)205、第差分放大器206、第二MOS晶體管212、第三MOS晶體管213、第四MOS 晶體管214、第五MOS晶體管215、第六MOS晶體管、第七M(jìn)OS晶體管 217、第八MOS晶體管218、第三雙極型晶體管203及第四雙極型晶體管204。 第一雙極型晶體管201包括基極及射極，基極連接于輸入增益控制信號的(-) 端，射極連接于一電流源，其連接于地。第二雙極型晶體管202包括基極及 射極，基極連接于輸入增益控制信號的(+)端，射極連接于該電流源，其連接 于地。第一MOS晶體管211包括柵極、汲極及源極，柵極和汲極是共同連接 于第一雙極型晶體管201的集極，源極是連接于電源。第一增益控制晶體管 205包括第一端、第二端及第三端，第二端和第三端是共同連接于第二雙極 型晶體管202的集極，第一端是連接于電源。第一差分放大器206是由第一 雙極型晶體管201、第二雙極型晶體管202、第一 MOS晶體管211及第一增 益控制晶體管205所構(gòu)成，其中第一雙極型晶體管201的基極是應(yīng)用于輸入 增益控制信號的O端，第二雙極型晶體管202的基極是應(yīng)用于輸入增益控制 信號的(+)端，第一雙極型晶體管201的射極和第二雙極型晶體管202的射極 是相互連接，且連接于電流源，其連接于地。
第二 MOS晶體管212包括柵極和源極，第二 MOS晶體管212的柵極是 連接于第一MOS晶體管211的柵極，源極是連接于電源。第三MOS晶體管 213包括汲極、柵極及源極，汲極和柵極是共同連接于第二MOS晶體管212 的汲極，源極是接地。第四MOS晶體管214包括柵極和源極，第四MOS晶 體管214的柵極是連接于第三MOS晶體管213的柵極，源極是接地。第五 MOS晶體管215包括柵極和源極，柵極是連接于第一增益控制晶體管205的 第二輸入端，源極是連接于電源。第六MOS晶體管包括柵極、汲極及接地的 源極，柵極和汲極是共同連接于第五MOS晶體管215的汲極。第七M(jìn)OS晶體管217包括柵極和源極，第七M(jìn)OS晶體管217的柵極是連接于第六MOS晶體管216的柵極，源極是連接于地。第八MOS晶體管218包括柵極、源極及汲極，柵極是連接于第一增益控制晶體管205的第二端，源極是連接于電源，汲極是連接于第四MOS晶體管214。第三雙極型晶體管203包括集極，其連接于第八MOS晶體管218的汲極及第四MOS晶體管214的汲極。第四雙極型晶體管204包括集極，其連接于第七M(jìn)OS晶體管217的汲極。第三雙極型晶體管203和第四雙極型晶體管204的射極和基極是連接于電源。第三雙極型晶體管203的集極為輸出增益控制信號的(+)端，第四雙極型晶體管204的集極為輸出增益控制信號的(-)端，因而可此電流控制VGA的增益。
如圖2所示的電路，Vx是經(jīng)由以下公式4來轉(zhuǎn)換成Vc:
r,Vn(丄exp(-》)-1)
其中，m是一常數(shù)，其決定于第一增益控制晶體管的尺寸，VT = kT/q， q為庫侖常數(shù)1.6*10"9。
當(dāng)Vx為控制信號轉(zhuǎn)換器210的輸出信號且被施加時(shí)，此電流控制VGA單元220具有dB線性增益，其對應(yīng)于Vc，如公式5所示
<formula>formula see original document page 11</formula>
在圖2中，不同于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可使用最少數(shù)量的雙極型晶體管，并使用較多的CMOS，且未使用電阻。因此，本發(fā)明實(shí)際上所需的面積較小，且整合容易。此外，位于輸入端的第一雙極型晶體管201和第二雙極型晶體管202(Q1和Q2)是構(gòu)成一差分放大電路。因此，此電路較少受到共同噪聲的影響。
此外，圖2的VGA單元220包括第五雙極型晶體管221、第六雙極型晶體管222、第七雙極型晶體管223、第八雙極型晶體管224。第五雙極型晶體管221包括第一端、基極及第二端，第一端是連接于電源，基極是連接于輸出增益控制信號的(-)端，第二端是連接于信號輸入端(+)。第六雙極型晶體管222包括第一端、基極及第二端，第一端是連接于信號輸出端(+)，基極是連接于輸出增益控制信號的(+)端，第二端是連接于信號輸入端(+)。第七雙極型晶體管223包括第一端、基極及第二端，第一端是連接于信號輸出端(-)，基極是連接于輸出增益控制信號的(+)端，第二端是連接于信號輸入端(-)。第八雙極型晶體管224包括第一端、基極及第二端，第一端是連接于電源，基極是連接于輸出增益控制信號的(-)端，第二端是連接于信號輸入端(-)。
在公式4和5中，m值是通過調(diào)整增益控制晶體管205(Ml)的尺寸來改變。在圖3中，增益可通過調(diào)整增益控制晶體管205(Ml)的尺寸來向上或向下改變。
請參照圖3，其顯示增益由于常數(shù)m而變化的關(guān)系曲線圖。在一范例中，此VGA是被實(shí)際地實(shí)施，且應(yīng)用于整個(gè)系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)中
的VGA前后增益被改變時(shí)，通過調(diào)整增益控制晶體管Ml的尺寸可使用VGA
單元220于一理想狀況中。
當(dāng)此VGA是被實(shí)施為一整合電路時(shí)，可通過數(shù)字控制來輕易地調(diào)整增益
控制晶體管M1的尺寸。
請參照圖4，其顯示增益控制晶體管M1的等效晶體管電路。在圖4中，請參考標(biāo)號為420的第一增益控制晶體管，第一增益控制晶體管410包括第一端、第二端、第三端及開關(guān)組件，第一端是由共同連接的
PMOS晶體管的源極所構(gòu)成，第二端是由共同連接的PMOS晶體管的柵極所構(gòu)成，第三端是由共同連接的PMOS晶體管的汲極所構(gòu)成，開關(guān)組件包括第一端和第二端，開關(guān)組件的第一端是連接于第一增益控制晶體管的第三端，而每一開關(guān)組件的第二端是連接于另一開關(guān)組件的第二端。此些開關(guān)組件可由外部來進(jìn)行控制，以形成開啟或關(guān)閉。
特別是，可通過連接多個(gè)晶體管來控制晶體管的尺寸，其每一柵極是連接于另一柵極而形成并聯(lián)，其每一源極是連接于另一源極而形成并聯(lián)，且具有開關(guān)組件來調(diào)整開關(guān)。當(dāng)開關(guān)組件為開啟時(shí)，此等效晶體管的尺寸增加，且常數(shù)m減少。當(dāng)開關(guān)組件為關(guān)閉時(shí)，此等效晶體管的尺寸減小，且常數(shù)m增加。
請參考標(biāo)號為430的第一增益控制晶體管，開關(guān)組件的第一端為PMOS晶體管的源極，開關(guān)組件的第二端為PMOS晶體管的汲極。此些開關(guān)組件可容易地通過調(diào)整PMOS晶體管的柵極的電壓來進(jìn)行控制，以形成開啟或關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可通過輸入控制信號轉(zhuǎn)換器的輸出信號于電流控制VGA單元，來改善dB線性增益特性，控制信號轉(zhuǎn)換器的輸出信號是通過轉(zhuǎn)換 一 輸入增益控制信號Vc成 一 輸出增益控制信號Vx=VTln((l/m)exp(-Vc/VT)-l)，其中m為常數(shù)，VT = kT/q，來得到。因此，可整合組件于一小面積中。且此VGA可較不敏感于共同噪聲。當(dāng)此VGA應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，此VGA可通過外部控制增益曲線，而使用于理想狀況中。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，但所述優(yōu)選實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明，所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種具有dB線性增益的可變增益放大器，其特征在于包括控制信號轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換輸入增益控制信號Vc成輸出增益控制信號Vx＝VTln((1/m)exp(-Vc/VT)-1)，其中m為常數(shù)，VT＝kT/q，所述輸入增益控制信號Vc是被輸入，藉以使所述可變增益放大器具有dB線性增益特性至最大增益；以及可變增益放大單元，用以接收和轉(zhuǎn)換所述輸出增益控制信號Vx，其是由所述控制信號轉(zhuǎn)換器所輸出，藉以使增益具有dB線性增益特性；其中，增益曲線是由外部所控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于所 述控制信號轉(zhuǎn)換器包含-第一雙極型晶體管，包括連接于所述輸入增益控制信號的(-) 端的基極，以及連接于一電流源的射極，所述電流源接地；第二雙極型晶體管，包括連接于所述輸入增益控制信號的(+) 端的基極，以及連接于所述電流源的射極，所述電流源接地；第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括柵極、汲極及源極，所 述柵極和所述汲極是共同連接于所述第一雙極型晶體管的集極， 所述源極是連接于所述電源；第一增益控制晶體管，包括共同連接于所述第二雙極型晶體 管的集極的第二端和第三端，以及連接于所述電源的第一端；第一差分放大器，其是由所述第一雙極型晶體管、所述第二雙極型晶體管、所述第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及所述第一增 益控制晶體管所構(gòu)成，其中所述第一雙極型晶體管的基極是應(yīng)用 于所述輸入增益控制信號的(-)端，所述第二雙極型晶體管的基極 是應(yīng)用于所述輸入增益控制信號的(+ )端，所述第一雙極型晶體 管的射極和所述第二雙極型晶體管的射極是相互連接，且連接于 所述電流源，所述電流源接地；第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括柵極和源極，所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的所述柵極是連接于第一金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的柵極，所述源極是連接于電源；第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括汲極、柵極及源極，所 述第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的所述汲極和所述柵極是共同 連接于所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的汲極，所述源極是接 地；第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括柵極和源極，所述第四 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的所述柵極是連接于所述第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極，所述源極是接地；第五金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括連接于所述第一增益控 制晶體管的第二輸入端的柵極，以及連接于所述電源的源極；第六金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括柵極、汲極及接地的源 極，所述柵極和所述汲極是共同連接于所述第五金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管的汲極；第七金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括柵極和源極，所述第七 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的所述柵極是連接于所述第六金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管的柵極，所述源極是接地；第八金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括柵極、源極及汲極，所述柵極是連接于所述第一增益控制晶體管的第二端，所述源極是 連接于所述電源，所述汲極是連接于第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；第三雙極型晶體管，包括集極，其連接于所述第八金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管的汲極及所述第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的汲極；.第四雙極型晶體管，包括集極，其連接于所述第七金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管的汲極；其中，所述第三雙極型晶體管的射極和基極和所述第四雙極 型晶體管的射極和基極是連接于所述電源，所述第三雙極型晶體 管的集極為所述輸出增益控制信號的(+)端，所述第四雙極型晶 體管的集極為所述輸出增益控制信號的(-)端，藉以控制所述電流 控制的可變增益放大單元的增益。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于所 述可變增益放大單元包含第五雙極型晶體管，包括連接于電源的第一端、連接于所述 輸出增益控制信號的(-)端的基極、以及連接于信號輸入端(+)的 第一順；第六雙極型晶體管，包括連接于信號輸出端(+)的第一端、 連接于所述輸出增益控制信號的(+)端的基極、以及連接于所述 信號輸入端(+)的第二端；第七雙極型晶體管，包括連接于信號輸出端(-)的第一端、連 接于所述輸出增益控制信號的(+)端的基極，以及連接于所述信 號輸入端(-)的第二端；以及第八雙極型晶體管，包括連接于所述電源的第一端、連接于所述輸出增益控制信號的(-)端的基極、以及連接于所述信號輸入 端(-)的第二端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變增益放大器，其特征在于所 述第一增益控制晶體管包含第一端，其是由共同連接的PMOS晶體管的源極所構(gòu)成； 第二端，其是由共同連接的PMOS晶體管的柵極所構(gòu)成； 第三端，其是由共同連接的PMOS晶體管的汲極所構(gòu)成；以及開關(guān)組件，包括第一端和第二端，所述開關(guān)組件的所述第一 端是連接于所述第一增益控制晶體管的第三端，每一所述開關(guān)組 件的第二端是連接于另一所述開關(guān)組件的第二端；其中，所述開關(guān)組件是由外部來進(jìn)行控制，以形成開啟或關(guān)閉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可變增益放大器，其特征在于所述開關(guān)組件的所述第一端為所述PMOS晶體管的源極，所述開關(guān) 組件的第二端為所述PMOS晶體管的汲極，所述開關(guān)組件是通過 調(diào)整所述PMOS晶體管的柵極的電壓，而進(jìn)行控制，以形成開啟 或關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有dB線性增益的可變增益放大器。此可變增益放大器包括控制信號轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換一輸入增益控制信號V<sub>C</sub>成輸出增益控制信號V<sub>X</sub>＝V<sub>T</sub>ln((1/m)exp(-V<sub>C</sub>/V<sub>T</sub>)-1)，其中m為常數(shù)，V<sub>T</sub>＝kT/q，所述輸入增益控制信號V<sub>C</sub>是被輸入，藉以使所述可變增益放大器具有dB線性增益特性至最大增益；以及可變增益放大單元，用以接收和轉(zhuǎn)換所述輸出增益控制信號V<sub>X</sub>，其是由所述控制信號轉(zhuǎn)換器所輸出，藉以使增益具有dB線性增益特性；其中，增益曲線是由外部所控制。
文檔編號H03G3/10GK101485083SQ200780024332
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者白承昊 申請人:芯光飛株式會社