專利名稱：一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的制作方法
一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器

發(fā)明內容
本發(fā)明屬于射頻通信技術領域，涉及一種單端轉差分放大電路，尤其涉及一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，用于射頻接收機，它既可實現小信號的放大輸出，同時可以實現對強干擾信號的抑制，對輸入信號的放大和縮小是通過基帶數字處理模塊芯片來控制。
背景技術：
近年來隨著信息技術領域新技術的不斷出現和工藝的不斷進步，各種接收機系統(tǒng)的射頻前端和基帶數字處理模塊芯片都取得了較大的發(fā)展。具有固定小增益或大增益的芯片研發(fā)的日漸成熟，但因其功能單一，于是人們將注意力轉向具有高動態(tài)和高帶寬芯片的研發(fā)，包括支持多個工作頻段的多功能芯片和支持抑制干擾信號的多功能芯片的研發(fā)，可·以滿足射頻通信技術領域越來越高的需求。眾所周知，不同通信系統(tǒng)中的信號使用不相同的信號波段，而現有傳統(tǒng)的接收機系統(tǒng)的射頻前端的射頻增益放大器一般為窄帶接收模式，只能對其中一種信號波段的信號進行接收。同時，對于現在大多數通信系統(tǒng)射頻信號都是單端輸入，而芯片內部為了抑制共模信號都需要信號為差分信號，所以一般需要在片外添加額外的單端轉差分巴倫電路。同時，現在不同的通信系統(tǒng)之間干擾一般十分嚴重，一般的通信芯片都不能很好處理干擾信號。基于以上分析，現有的射頻接收電路的缺陷已經嚴重限制其應用，并且增加了許多額外的外圍電路?，F有技術射頻增益放大器存在諸多缺點第一，傳統(tǒng)結構的射頻放大器都是固定增益，不適合應用于有強干擾或弱信號的高動態(tài)輸入要求。第二，傳統(tǒng)結構的射頻放大器都是工作于窄帶環(huán)境，不能滿足不同波段信號同時輸入的場合。第三，傳統(tǒng)結構的射頻放大器都不能將單端信號轉變?yōu)椴罘蛛娐?，需要芯片外部額外增加一個單端轉為差分信號的巴倫部件，這樣既增加了整體方案的成本，同時還增加了輸入輸出的芯片管腳，降低了信號的穩(wěn)定性，增加了整體設計的難度。第四，輸出緩沖電路驅動能力存在局限性缺陷。如果有一種可配置射頻寬帶增益放大器可支持單端轉差分功能，并且可根據需要由基帶數字處理模塊芯片控制其增益大小，以配合不同輸入大小或者強干擾輸入的應用，不僅使得整個射頻前端的靈活性大大提高，而且更好適應信息技術領域新技術不斷增長的市場需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為解決現有技術傳統(tǒng)的射頻接受機前端構成的以上問題，提供一種可配置射頻寬帶增益放大器，同時支持將單端信號轉變成差分信號，可用于多頻的射頻接收機以及其他需要對寬帶信號進行放大處理的接收機中。它除具備傳統(tǒng)接收機的增益放大器的功能，還具有增益可控制的功能，可以更好的減少硬件和系統(tǒng)功率開銷，提高系統(tǒng)信噪比，優(yōu)化系統(tǒng)設計。
本發(fā)明改變上述兩種傳統(tǒng)結構中不能放大寬帶信號，也不能實現單端信號輸入差分信號輸出，需要外加單端轉差分器件以及增益可調范圍太窄的缺點，使得這種射頻芯片可以實現對大動態(tài)范圍寬帶射頻信號放大，省去了外部元件，減少了電路開銷和功耗，提高系統(tǒng)的性能，以及射頻接收機的靈敏度等，由此還能降低設備功耗和體積，節(jié)約成本。本發(fā)明的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，可適用于多頻寬帶的射頻芯片，尤其適合于需要減少外部器件，增加輸入信號的動態(tài)范圍的工作場合。本發(fā)明的上述目的是通過下面的技術方案來實現一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，它的電路構成包括增益可配置的單端轉差分電路，增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路；增益可配置的單端轉差分電路的輸入端接入射頻前端輸出的寬帶射頻信號，它的輸出端連接增益可配置寬帶放大電路的輸入端，增益可配置寬帶放大電路的差分輸出端連接增益可配置的緩沖驅動電路的差分輸入端，增益可配置的緩沖驅動電路的差分輸出端將放大的差分信號輸 出；所述的增益可配置的單端轉差分電路，增益可配置寬帶放大電路以及增益可配置的緩沖驅動電路都有增益控制端，上述各個電路的增益控制端均連接外部的增益控制信號，外部的增益控制信號來自數字基帶處理芯片，通過不同的增益控制信號值，控制上述各個電路的增益。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述的一個增益可配置的單端轉差分電路，一個增益可配置寬帶放大電路和一個增益可配置的緩沖驅動電路集成于可配置增益模塊，可配置增益模塊的組成包括單端的寬帶信號輸入端，差分的寬帶信號輸出端以及連接外部增益控制信號的增益控制信號端；電路結構使得外圍結構器件減小，更好的減少硬件成本，有利于提高系統(tǒng)信噪比。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述增益可配置的單端轉差分電路包括若干個單端轉差分放大電路及若干個輸出控制開關對；其中所述若干個單端轉差分放大電路為并聯連接，單端射頻輸入信號Vin同時連接所有單端轉差分放大電路的輸入端；若干個單端轉差分放大電路的每個單端轉差分放大電路差分輸出端經串聯的控制開關對構成同名差分輸出端并聯連接；用于實現若干個單端轉差分放大電路將單端輸入信號轉為增益可控的差分輸出信號；所述若干個輸出控制開關對，各自串聯連接在若干個單端轉差分放大電路中對應的一個單端轉差分放大電路的差分輸出端上；若干個輸出控制開關對受數字基帶處理模塊芯片的增益控制信號的控制，控制若干個單端轉差分放大電路的接入個數；接入的單端轉差分放大電路的個數決定增益可配置的單端轉差分電路的增益值，用以實現增益粗調。所述增益可配置的單端轉差分電路由多個相同的單端轉差分放大電路組成，每個單端轉差分放大電路的輸出端為選擇連接端，通過控制連接輸入端的增益放大模塊數目，實現增益可配置的單端轉差分電路的增益控制。所述增益可配置寬帶放大電路為多可以通過改變接入電路的負載來改變增益的大小。所述增益可配置的緩沖驅動電路為多輸入管并聯電路結構，可以通過增益控制開關，增益控制信號通過改變輸入管并聯數目來改變其增益的大小。單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益步進比較大是單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器中的增益粗調。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述增益可配置寬帶放大電路包括一個輸入放大差分對電路其及一對可配置的負載網絡和一個可配置的負反饋電阻，以及一個實現配置的控制開關組；可配置的負反饋電阻連接于輸入放大差分對管的源極，控制開關組的控制端連接基帶數字處理模塊芯片的外部增益控制信號端；用于通過開關控制負載網路配置和開關控制負反饋電阻配置實現對增益可配置寬帶放大電路增益的二級步進配置，并實現對單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益細調。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述一對可配置的負載網路和一個可配置的負反饋電阻為二級控制開關組電路結構，其中一對可配置負載網路分開接在輸入放大差分對管的漏極，一對可配置負載網路連 接第一級控制開關組，用于實現增益可配置寬帶放大電路的第一級等步距的增益步進配置；一個可配置的負反饋電阻連接第二級控制開關組，用于實現增益可配置寬帶放大電路的第二級等步距的增益步進配置，所述第二級等步距的步距值為第一級等步距的步距值的2倍，用于實現單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器增益的二級細調。通過外部增益控制信號對控制開關組的控制來調整輸入放大差分對負載網路的電阻大小和源極負反饋電阻的大小，實現增益可配置寬帶放大電路的增益步進配置，增益可配置寬帶放大電路的增益步進的步距值為固定值，小于單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，實現單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器中的細調節(jié)。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述增益可配置的緩沖驅動電路為差分的兩路多輸入管并聯電路結構，每路電路組成包括一個固定輸出緩沖驅動電路和二個可控制輸入緩沖驅動電路，每個可控制輸入緩沖驅動電路的輸入端串聯接入一個控制開關；控制開關的控制端連接基帶數字處理模塊芯片的控制信號端，用于接受基帶數字處理模塊芯片的控制信號，通過對控制開關的通斷控制，實現對增益可配置的緩沖驅動電路增益的步進配置，并實現對單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益精調；可配置的緩沖驅動電路差分輸出連接外部基帶數字處理模塊射頻電路，用于驅動和隔離下一級射頻電路。增益可配置的緩沖驅動電路的增益是通過改可控制輸入緩沖驅動電路的數目來改變增益的大小，基帶數字處理模塊芯片通過控制開關來控制其輸入管的數目，實現對增益可配置的緩沖驅動電路增益配置，增益可配置的緩沖驅動電路的增益步進值小于增益可配置寬帶放大電路的增益步進值，實現單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的精調節(jié)。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述增益可配置的單端轉差分電路、增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路的增益控制端分別連接外部的增益控制信號輸出端，用于控制上述三個增益可配置電路對各自的輸入信號實現無失真放大和增益調整；上述每個增益可配置電路的增益調整都在增益控制信號控制下，以各自固定步距實施步進增益調整；所述增益控制信號來自外部的基帶數字處理模塊芯片。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述增益可配置的單端轉差分電路的每個單獨的單端轉差分放大電路為共源共柵電路結構，每個單獨的單端轉差分放大 電路的兩路負載為可變電阻的LR負載網路，負載網路的可變電阻為可配置結構；用于調節(jié)放大量，實現增益可配置的單端轉差分電路中每個單端轉差分放大電路兩路差分輸出端的信號幅度和相位保持一致。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其在于所述單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益可配置為依次串聯連接的增益可配置的單端轉差分電路、增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路的增益步進配置組合構成，其增益控制范圍為上述三個增益可配置電路的最大增益控制范圍之和，其增益控制值由外部基帶處理模塊對輸入信號檢測生成的增益控制信號進行控制調節(jié)；用于控制單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器增益逐級步進精確調整，實現差分輸出寬帶信號幅度符合設定信號幅度值，有效抑制強干擾。單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益控制可以根據輸入的信號進行調節(jié)，具體是，由外部檢測單元檢測輸出信號大小，如果有強干擾輸入，信號強度超過設定值，這時系統(tǒng)會根據整體配置要求反饋控制單端轉差分電路的增益可調部分，調節(jié)增益減少，如果是弱信號輸入，信號強度低于設定值，這時系統(tǒng)會根據整體配置要求反饋控制單端轉差分電路的增益可調部分，調節(jié)增益增加，如果輸入信號的大小滿足設定要求，這時系統(tǒng)會根據整體配置要求反饋控制單端轉差分電路的增益可調部分增益不改變。不僅可以放大信號，當有強干擾信號輸入時，基帶數字處理模塊芯片可以控制以上電路的增益實現對強干擾信號的縮小，對強干擾信號有抑制作用。所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述增益可配置的單端轉差分電路、增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路均為寬帶結構的電路，所述寬帶結構包括源級負反饋結構和電感諧振結構，由器件結構和采用
0.18um CMOS集成工藝實現提高信號帶寬，用于對輸入寬帶信號的無失真放大。由于現在市場對輸入信號的帶寬和輸入范圍要求越來越高，同時要有穩(wěn)定的輸出電壓，為了減少電路復雜度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，引入增益可配置的單端轉差分電路，增益可配置寬帶放大電路，在滿足寬帶信號輸入前提下，極大的提高了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。使用基帶數字處理模塊芯片檢測輸出的信號，充分利用其DSP強大的處理能力，完成更加復雜的非線性算法，使得增益控制不受溫度、工藝、噪聲等的影響，通過編程使控制更加靈活，容易實現所需要的特性，實現更精確的增益控制。本發(fā)明的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，將單端的寬帶輸入信號轉為寬帶差分信號，同時接入時噪聲系數很低，并且根據基帶數字處理模塊芯片輸出信號的大小，配合改變增益配置模式，通過增益大步距、中步距、小步距的組合步進，實現增益的粗、細、精調節(jié)，獲得大動態(tài)范圍可控調整，使得動態(tài)范圍極寬的輸入信號都能穩(wěn)定的輸出信號，達到放大弱信號并抑制強信號和強干擾信號的作用。現在市場對在芯片小型化，集成度提出了越來越高的要求，本發(fā)明的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的集成模塊，能適應芯片小型化高集成度的要求，節(jié)省了大量面積，使系統(tǒng)的外圍器件達到最小化，最大程度減少了系統(tǒng)成本。本發(fā)明的實質性效果I、本發(fā)明單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，適合應用于有強干擾或弱信號的高動態(tài)輸入要求。2、本發(fā)明具有將單端信號轉為差分信號的功能，電路結構使得外圍結構器件減小，可以更好的減少硬件和系統(tǒng)成本開銷，有利于優(yōu)化提高系統(tǒng)信噪比。3、本發(fā)明電路加入的增益可配置的緩沖驅動電路驅動能力強，能很好滿足后級電路的驅動要求。4、本發(fā)明單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益數字控制模式得益于外部基帶數字處理模塊芯片強大的檢測和處理能力，使得增益控制不受溫度、工藝、噪 聲等的影響，可實現更精確更加靈活的控制。5、本發(fā)明的單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器能適應寬帶信號輸入，能應用于多種射頻輸入場合，尤其適合配合需要同時接收不同波段的多頻接收機。


圖I為已有技術的增益可配置射頻放大器電路原理框圖；圖中101-定增益放大器。圖2為已有技術的增益可配置緩沖電路原理框圖；圖中201-固定的輸出緩沖電路，202-開關控制接入的輸出緩沖電路。圖3a為本發(fā)明的單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器構成框圖；圖3a中31_可配置的單端轉差分電路，32-增益可配置寬帶放大電路，33-增益可配置的緩沖驅動電路，Vin-單端輸入信號，Votitp和Votn-差分輸出信號，Vrfl-增益控制信號。圖3b為圖3a本發(fā)明實施例的單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器電路結構框圖；圖3b中311 314-單端轉差分放大電路I 單端轉差分放大電路n，315 318-增益可配置單端轉差分電路的增益控制開關。圖4為本發(fā)明實施例的單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器與外部的數字基帶處理模塊芯片的連接框圖；圖4中41_單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，42-數字基帶處理模塊。圖5為本發(fā)明實施例的增益可配置單端轉差分電路的單端轉差分放大電路原理圖；圖5中M1、M2-輸入放大管，M3、M4-尾電流管，R1、R2_偏置電阻，R3、，R4-可變負載電阻，Cl、C2-隔直電容，LI、L2-負載電感，BiasU Bias2-偏置信號。圖6為采用本發(fā)明實施例的增益可配置寬帶放大電路構成原理圖；圖6中6_增益可配置寬帶放大電路；M5，M6-分別為輸入信號的正負輸出放大管，M7, M8-分別為M5，M6的尾電流管，R5, R6-分別為M5，M6的偏置電阻，R7，R8-分別為M5，M6管的可變負載電阻，R9-源極負反饋可變電阻，C3，C4-分別為M5，M6的隔直電容，L3，L4-負載電感。圖7為本發(fā)明實施例采用的增益可配置的緩沖驅動電路圖7中7-增益可配置的緩沖驅動電路；71_P路增益可配置的緩沖驅動電路，72-N路增益可配置的緩沖驅動電路;M7-固定輸出緩沖電路的放大晶體管，M8和M9-控制接入輸出緩沖電路的放大晶體管，MlO-尾電流管，RIO, Rll和R12-偏置電阻，Sffl, SW2-控制開關，C5-輸入隔直電容。圖8為本發(fā)明實施例的一個增益控制動態(tài)范圍為63dB的單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器電路原理圖；圖8中8_單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器；81_增益可配置單端轉差分電路；811-單端轉差分電路I，812-單端轉差分電路2，813-單端轉差分電路3，814-單端轉差分電路4 ;815-818_控制開關對；6_增益可配置寬帶放大電路；7_增益可配置的緩沖驅動電路；71_P路增益可配置的緩沖驅動電路，72-N路增益可配置的緩沖驅動電路。已有技術的增益可配置射頻放大器如圖I所示。11為固定增益放大器，RFl和RF2為可變阻值的電阻，開關SW1，SW2，SW3和SW4開合的多種組合，控制電阻Rll R16的多種 接入方式，實現射頻放大器的增益可配置。圖2為已有技術的增益可配置緩沖電路。201為固定輸出緩沖電路，202為開關控制接入輸出緩沖電路，Ml和M2分別為固定輸出和控制接入輸出緩沖電路的放大晶體管，開關SWl控制接入輸出緩沖電路，開關控制接入輸出緩沖電路202為一級，輸出緩沖電路驅動能力存在局限性缺陷。傳統(tǒng)的增益可配置的射頻放大器的電路原理框圖如圖I所示，增益可配置的射頻放大器由電阻可調網絡和增益可調射頻放大器組成，輸入信號首先通過電阻網絡在經過可調放大射頻放大器輸出，電阻可調網絡可以通過配置得到不同電阻值的，不同的電阻值可以使通過的輸入信號得到不同增益的衰減，或者選擇直接不衰減通過方式，通過電阻可調網絡的信號再經過增益可調的射頻放大器放大，增益可調射頻放大器可以通過改變反饋電阻RFl和RF2的值來改變射頻放大器的增益值。傳統(tǒng)的增益可配置驅動電路如圖2所示，射頻信號通過由晶體管Ml和電流源Isl組成的射級跟隨器輸出，開關SWl選擇M2是否工作，當SWl選擇M2時，M2正常工作，輸入信號經由晶體管M2和電流源Is2組成的射級跟隨器加入到輸出中，實現驅動電路的增益改變。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體說明。第一實施例圖3給出了本發(fā)明實施例的單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的電路構成框圖。結合圖3說明本發(fā)明中增益可配置結構實現構成輸入信號Vin進入增益可配置的單端轉差分電路31的單端輸入端，增益可配置的單端轉差分電路31由單端轉差分放大電路311 314并聯連接，單端轉差分放大電路311 314共同實現將輸入信號由單端轉為差分信號，開關315 418控制可變增益級311 314接入，差分輸出信號經過控制開關對35 318，接入增益可配置寬帶放大電路32的輸入端，增益可配置寬帶放大電路的輸出再通過增益可配置的緩沖驅動電路33，由增益可配置的緩沖驅動電路輸出給后級電路。第二實施例
圖4給出了本發(fā)明應用實施例的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器與基帶數字處理模塊芯片控制信號的電路連接框圖?；鶐酒峁┤M控制字控制單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器電路，分別為Vctll，Vctl2和Vctl3，Vctll控制增益可控制單端轉差分電路31，Vctl2控制增益可配置寬帶電路32，Vctl3控制增益可配置緩沖驅動電路33。單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器41的差分輸出信號，經由增益可配置的緩沖驅動電路33的差分輸出端送到外部的基帶數字處理模塊42，基帶數字處理模塊檢測增益可配置的緩沖驅動電路33的差分輸出信號的大小。當基帶數字處理模塊芯片檢測到送來的信號值小于設定信號值時，首先發(fā)送控制信號Vctll，控制增益可配置的緩沖驅動電路33以步進值0. 5dB增加增益可配置的緩沖驅動電路33的增益值，調整增益可配置單端轉差分射頻寬帶增益放大器41的增益后，基帶數字處理模塊芯片繼續(xù)檢測輸入端差分輸出信號值，若還是小于設定信號值，再次控制增益可配置的緩沖驅動電路33以步進值
0.5dB增加增益值，直到輸入端差分輸出信號值等于設定信號值，停止向增益可配置的緩沖驅動電路33發(fā)送控制信號，調整過程停止。如果基帶數字處理模塊芯片檢測到的最終輸出 信號值仍然還是小于設定信號值，則基帶數字處理模塊芯片向增益可配置寬帶放大電路32發(fā)送增益控制信號控制信號Vctl2，改變其負載電阻R7和R8的阻值，以2dB步進值增加增益可配置寬帶放大電路32的輸出增益，同理，直到調整后基帶數字處理模塊芯片檢測到的輸入信號大小如果等于設定信號值，調整過程停止。如果基帶數字處理模塊芯片檢測到的其輸入信號值還是小于設定信號值，則基帶數字處理模塊芯片繼續(xù)發(fā)送控制信號Vctl2，改變增益可配置寬帶放大電路32的源極負反饋電阻R9的阻值，增益將以4dB步進值增加，調整后基帶數字處理模塊芯片檢測到的最終輸出信號大小如果等于設定信號值，調整過程停止。如果基帶數字處理模塊芯片檢測到的最終輸出信號值還是小于設定信號值，則基帶數字處理模塊芯片發(fā)送增益控制信號Vctl3，送到增益可配置的單端轉差分電路，改變每個單端轉差分放大電路的負載電阻，以8dB的步進值增加增益，同理，直到調整后基帶數字處理模塊芯片檢測到的最終輸出信號值如果等于設定信號值，調整過程停止。如果基帶數字處理模塊芯片檢測到的最終輸出信號大小還是小于設定值，則基帶數字處理模塊芯片繼續(xù)發(fā)送增益控制信號Vctl3，使控制開關416 418中一個控制開關的接通，逐步控制單端轉差分放大電路接入輸出的數目，使增益可配置的單端轉差分電路31以16dB步進值增加增益，直到增益配置達到最佳值。如果基帶數字處理模塊芯片檢測到的射頻寬帶增益放大器41的輸出信號值或稱總輸出信號值大于設定信號值，那么，基帶數字處理模塊芯片繼續(xù)發(fā)送反向控制的增益控制信號，按照增益遞減步距值由大到小逐一反向控制單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器41的增益調整，直到單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器41的輸出信號值為最佳值，最佳值與設定信號值的允許增益偏差為0. 5dB。單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器41的增益調整范圍，即增益控制的最大動態(tài)范圍為(精調步距a) +(細調步距b+細調步距c) +(粗調步距d+粗調步距e)=(0. 5a)+ (2. Ob+4. 0c)+ (8. 0d+16e)dB, a、b、C、d、e為設計值。式中a為可配置的緩沖驅動電路的數目，b為增益可配置寬帶放大電路負載電阻的變阻次數，c為增益可配置寬帶放大電路負反饋電阻的變阻次數，d為單端轉差分放大電路負載電阻的變阻次數，e為單端轉差分放大電路的數目。第三實施例圖5 7給出本發(fā)明實施例的增益可配置的單端轉差分放大電路，增益可配置寬帶放大電路以及增益可配置的緩沖驅動電路的原理圖。圖5中給出增益可配置的單端轉差分電路中單端轉差分放大電路原理圖，單端轉差分放大電路為放大量可調整的共源共柵電路結構，輸入信號Vin通過隔直電容Cl、C2分別輸入到輸入放大管M1、M2,輸入放大管Ml和M2以相同放大量放大輸入信號的幅度,并以相反的相位調整輸入信號的相位，在輸入放大管M1、M2的LI和R3并聯負載、L2和R4并聯負載的差分輸出端Vottn和VOTTP，得到幅度相同、相位相反的差分放大輸出信號。單端轉差分放大電路的放大量為可調，可以通過改變可變負載電阻R3和R4的大小實現差分信號輸出幅度大小的調整。每個單端轉差分放大電路的差分輸出端連接一個控制開關對，控制開關對受增益控制信號的控制，控制開關對閉合時，該單端轉差分放大電路的差分輸出端受控接入，為增益可配置的單端轉差分電路的增益實現步進增加。偏置信號Vbiasl和Vbias2分別來自偏置電壓電路所產生的電壓。圖6中給出了增益可配置寬帶放大電路結構，輸入信號VinN2、VinP2通過隔直電容C3、C4分別輸入到輸入放大管M5、M6,晶體管M5和M6以相同大小放大輸入信號,在并聯負載L3和R7、并聯負載L4和R8的輸出端VOTN2和VOTP2得到放大的差分信號。改變負載電阻R7和R8或者源極負反饋電阻R9的大小可以改變差分信號輸出幅度大小。受基帶數字處理模塊芯片發(fā)送的增益控制信號Vctl2的控制，可以控制兩級輸入放大器M5的并聯負載的可變電阻R7、M6的并聯負載的可變電阻R8值，先以2. OdB的增益步距調整增益可配置的寬帶放大電路的增益值，每次輸出增益增加2. OdB，可多次細調整，輸出增益增調整范圍為
2.0 6. OdB，然后，受基帶數字處理模塊芯片發(fā)送的增益控制信號Vctl2的控制，調整源極負反饋電阻R9的大小，從而參與實現對差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益可配置的細調。增益可配置寬帶放大電路采用大電阻R5，R6和電感L3，L4并聯輸出負載，利用電阻增加由電感尖峰產生的諧振帶寬，提高信號的諧振頻率，獲得帶寬放大性能。增益可配置是首先通過改變負載電阻R5和R6，提供步進為2dB的增益調節(jié)能力，之后可以通過改變源級負反饋電阻R9，改變增益，提供步進為4dB的增益調節(jié)能力。圖7給出了單路的增益可配置的緩沖驅動電路原理圖，P路增益可配置的緩沖驅動電路51的電路結構包括一級固定增益的緩沖驅動電路501以及兩級可控接入的緩沖驅動電路502和503，輸入信號VinP3通過隔直電容C5接入到輸入放大管M7、M8，M9，輸入放大管M7，M8，M9的工作電流由尾電流管MlO提供，輸入放大管M7，M8和M9的輸出端并聯連接在一起，形成P路一個輸出信號端即轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器輸出信號端VqutP3。兩級可控接入的的緩沖驅動電路502和503的信號輸入端各連接一個控制開關SWl和SW2，開關SWl和SW2受基帶數字處理模塊芯片發(fā)送的增益控制信號Vctl3的控制，可以控制兩級可控接入的緩沖驅動電路502和503的接入，以0. 5dB的增益步距改變增益可配置的緩沖驅動電路的增益值，接入一級緩沖驅動電路，輸出增益增加0. 5dB，接入兩級緩沖驅動電路，輸出增益增加I. OdB，其調整范圍為0 I. OdB，從而參與實現對差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益可配置的精細調整。N路增益可配置的緩沖驅動電路52的電路結構與P路完全相同，N路的輸入信號端為VinN3，N路的輸出信號端即轉差分增益可配置射、頻寬帶增益放大器輸出信號端VottN3。P路與N路的輸出信號幅度相同，相位相反?？膳渲玫木彌_驅動電路輸出連接外部下一級射頻電路，驅動和隔離下一級射頻電路。增益可配置的緩沖驅動電路的增益是通過改可控制輸入緩沖驅動電路的數目來改變增益的大小，基帶數字處理模塊芯片通過控制開關來控制其輸入管的數目，實現對增益可配置的緩沖驅動電路增益配置，增益可配置的緩沖驅動電路的增益步進小于增益可配置寬帶放大電路，實現單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器中的細調節(jié)。第四實施例圖8為一個增益控制動態(tài)范圍為63dB的單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的電路原理圖。單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器8由增益可配置單端轉差分電路81、增益可配置寬帶放大電路6和增益可配置緩沖驅動電路7組成。本實施例設定a為2、b為I、c為I、d為I、e為3,即增益可配置緩沖驅動電路7包括P路增益可配置緩 沖驅動電路71和N路增益可配置緩沖驅動電路72，P路和N路的增益可配置緩沖驅動電路完全相同，每路都包括一個固定的緩沖驅動電路和可配置緩沖驅動電路的數目a為2。增益可配置寬帶放大電路6的負載電阻的可變阻次數b為1，增益可配置寬帶放大電路6的負反饋電阻的變阻次數c為I。增益可配置單端轉差分電路81包括4個相同的單端轉差分放大電路811 814，其變阻次數d為I。單端轉差分放大電路811 814的兩個差分輸出端串接一個控制開關對815 818。單端轉差分放大電路811為固定增益單端轉差分電路，其控制開關對815為常閉，812 814是3個增益可配置的單端轉差分放大電路，增益可配置的單端轉差分放大電路的數目e為3。4個單端轉差分放大電路811 814的兩路并聯差分輸出端連接增益可配置寬帶放大電路6的兩路差分輸入端，增益可配置寬帶放大電路6的兩路差分輸出端連接增益可配置緩沖驅動電路的P路增益可配置緩沖驅動電路71和N路增益可配置緩沖驅動電路72的輸入端，P路增益可配置緩沖驅動電路71的輸出端VotP和N路增益可配置緩沖驅動電路72的輸出端VottN各自連接外部基帶信號處理模塊42的信號輸入端。外部基帶信號處理模塊42動態(tài)檢測單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器8送到其信號輸入端的信號幅度，與設定的信號幅度值作比較，并作非線性計算，動態(tài)生成三路增益控制信號U、Vctl2, VctlS,以控制字方式將三路數字的增益控制信號分送到單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器8的增益可配置緩沖驅動電路7、增益可配置寬帶放大電路6和增益可配置單端轉差分電路81。單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器8增益控制動態(tài)范圍為0. 5 63dB，增益控制動態(tài)調整精度為0. 5dB?；鶐底痔幚砟K通過發(fā)送控制字的增益控制信號，控制單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益可配置的單端轉差分電路，增益可配置寬帶放大電路以及增益可配置的緩沖驅動電路的增益控制動態(tài)范圍總共為63dB，使得動態(tài)極大的輸入信號都能得到穩(wěn)定的最佳輸出信號。本領域技術人員可以理解，在不背離本發(fā)明廣義范圍的前提下，對上述實施例作出若干改動。因而，本發(fā)明并不僅限于所公開的特定實施例。其范圍應當涵蓋所附權利要求書限定的本發(fā)明核心及保護范圍內的所有變化。
權利要求
1.一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，它的電路構成包括依次串聯的增益可配置的單端轉差分電路，增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路；增益可配置的單端轉差分電路的輸入端接入射頻前端輸出的寬帶射頻信號，它的輸出端連接增益可配置寬帶放大電路的輸入端，增益可配置寬帶放大電路的差分輸出端連接增益可配置的緩沖驅動電路的差分輸入端，增益可配置的緩沖驅動電路的差分輸出端將放大的差分信號輸出； 所述的增益可配置的單端轉差分電路，增益可配置寬帶放大電路以及增益可配置的緩沖驅動電路都有增益控制端，上述各個電路的增益控制端均連接外部的增益控制信號，夕卜部的增益控制信號來自數字基帶處理芯片，通過不同的增益控制信號值，控制上述各個電路的增益。
2.根據權利要求I所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述的一個增益可配置的單端轉差分電路，一個增益可配置寬帶放大電路和一個增益可配置的緩沖驅動電路集成于可配置增益模塊，可配置增益模塊的組成包括單端的寬帶信號輸入端，差分的寬帶信號輸出端以及連接外部增益控制信號的增益控制信號端。
3.根據權利要求I或2所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述增益可配置的單端轉差分電路包括若干個單端轉差分放大電路及若干個輸出控制開關對；其中 所述若干個單端轉差分放大電路為并聯連接，單端射頻輸入信號Vin同時連接所有單端轉差分放大電路的輸入端；若干個單端轉差分放大電路的每個單端轉差分放大電路差分輸出端經串聯的控制開關對構成同名差分輸出端并聯連接；用于實現若干個單端轉差分放大電路將單端輸入信號轉為增益可控的差分輸出信號； 所述若干個輸出控制開關對，各自串聯連接在若干個單端轉差分放大電路中對應的一個單端轉差分放大電路的差分輸出端上；若干個輸出控制開關對受數字基帶處理模塊芯片的增益控制信號的控制，控制若干個單端轉差分放大電路的接入個數；接入的單端轉差分放大電路的個數決定增益可配置的單端轉差分電路的增益值，用以實現增益粗調。
4.根據權利要求I或2所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述增益可配置寬帶放大電路包括一個輸入放大差分對電路其及一對可配置的負載網絡和一個可配置的負反饋電阻，以及一個實現配置的控制開關組；可配置的負反饋電阻連接于輸入放大差分對管的源極，控制開關組的控制端連接基帶數字處理模塊芯片的外部增益控制信號端；用于通過開關控制負載網路配置和開關控制負反饋電阻配置實現對增益可配置寬帶放大電路增益的二級步進配置，并實現對單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益細調。
5.根據權利要求4所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述一對可配置的負載網路和一個可配置的負反饋電阻為二級控制開關組電路結構，其中 一對可配置負載網路分開接在輸入放大差分對管的漏極，一對可配置負載網路連接第一級控制開關組，用于實現增益可配置寬帶放大電路的第一級等步距的增益步進配置； 一個可配置的負反饋電阻連接第二級控制開關組，用于實現增益可配置寬帶放大電路的第二級等步距的增益步進配置，所述第二級等步距的步距值為第一級等步距的步距值的2倍，用于實現單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器增益的二級細調。
6.根據權利要求I或2所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述增益可配置的緩沖驅動電路為差分的兩路多輸入管并聯電路結構，每路電路組成包括一個固定輸出緩沖驅動電路和二個可控制輸入緩沖驅動電路，每個可控制輸入緩沖驅動電路的輸入端串聯接入一個控制開關；控制開關的控制端連接基帶數字處理模塊芯片的控制信號端，用于接受基帶數字處理模塊芯片的控制信號，通過對控制開關的通斷控制，實現對增益可配置的緩沖驅動電路增益的步進配置，并實現對單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益精調；可配置的緩沖驅動電路差分輸出連接外部基帶數字處理模塊射頻電路，用于驅動和隔離下一級射頻電路。
7.根據權利要求I或2所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述增益可配置的單端轉差分電路、增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路的增益控制端分別連接外部的增益控制信號輸出端，用于控制上述三個增益可配置電路對各自的輸入信號實現無失真放大和增益調整；上述每個增益可配置電路的增益調整都在增益控制信號控制下，以各自固定步距實施步進增益調整；所述增益控制信號來自外部的基帶數字處理模塊芯片。
8.根據權利要求I或2所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述增益可配置的單端轉差分電路的每個單獨的單端轉差分放大電路為共源共柵電路結構，每個單獨的單端轉差分放大電路的兩路負載為可變電阻的LR負載網路，負載網路的可變電阻為可配置結構；用于調節(jié)放大量，實現增益可配置的單端轉差分電路中每個單端轉差分放大電路兩路差分輸出端的信號幅度和相位保持一致。
9.根據權利要求1-8所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益可配置為依次串聯連接的增益可配置的單端轉差分電路、增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路的增益步進配置組合構成，其增益控制范圍為上述三個增益可配置電路的最大增益控制范圍之和，其增益控制值由外部基帶處理模塊對輸入信號檢測生成的增益控制信號進行控制調節(jié)；用于控制單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器增益逐級步進精確調整，實現差分輸出寬帶信號幅度符合設定信號幅度值，有效抑制強干擾。
10.根據權利要求1-8所述的一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，其特征在于所述增益可配置的單端轉差分電路、增益可配置寬帶放大電路和增益可配置的緩沖驅動電路均為寬帶結構的電路，所述寬帶結構包括源級負反饋結構和電感諧振結構，由器件結構和采用0. ISumCMOS集成工藝實現提高信號帶寬，用于對輸入寬帶信號的無失真放大。
全文摘要
本發(fā)明公開一種單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器，包括依次串聯的增益可配置的單端轉差分電路，增益可配置寬帶放大電路以及增益可配置的緩沖驅動電路，上述各個電路的增益控制端均連接來自外部數字基帶處理模塊的增益控制信號，組合構成單端轉差分增益可配置射頻寬帶增益放大器的增益值，通過控制上述各個電路以各自設定的固定步距實施精細的增益調整，實現差分輸出寬帶信號幅度符合設定信號幅度值，有效抑制強干擾。增益控制模式得益于外部基帶數字處理模塊芯片強大的檢測和處理能力，使得增益控制不受溫度、工藝、噪聲等的影響，可實現更精確更加靈活的控制。其增益控制范圍為上述三個增益可配置電路的最大增益控制范圍之和，本發(fā)明適合應用于有強干擾或弱信號的高動態(tài)輸入要求，適用于單端寬帶射頻信號輸入的多頻多模射頻芯片。
文檔編號H03G3/20GK102790595SQ20111017670
公開日2012年11月21日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權日2011年5月20日
發(fā)明者何曉豐, 莫太山 申請人:杭州中科微電子有限公司