專(zhuān)利名稱(chēng)：用于自動(dòng)增益控制和可變?cè)鲆娣糯笃鞯墓潭ㄔ鲆娣糯笃鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
5 本發(fā)明系關(guān)于通訊系統(tǒng)，具體為射頻(RF)接收器中的信號(hào)放大電路和增
益控制方法。
背景技術(shù)：
通訊技術(shù)中通常將數(shù)據(jù)調(diào)制到一個(gè)信號(hào)中并通過(guò)一個(gè)傳輸通道來(lái)傳輸。接
10 收端將接收到的信號(hào)還原成數(shù)據(jù)。視傳輸路徑的長(zhǎng)短，傳輸?shù)男盘?hào)振幅會(huì)衰減。 由于傳輸路徑的長(zhǎng)度和信號(hào)的振幅衰減一般是未知的，所接收到的信號(hào)的振幅也 就不確定。為了將接收到的信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的數(shù)據(jù)，接收器中通常配備一個(gè)可變 增益放大(VGA)電路用于放大接收到的信號(hào)。傳統(tǒng)的VGA電路工作于自動(dòng)增 益控制(AGC)環(huán)路中，以生成振幅恒定的信號(hào)，其振幅不由接收到的信號(hào)決定。
15 圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的一種典型的接收器100的電路。接收器100主要包
括一個(gè)天線101、 一個(gè)低噪聲放大器(LNA) 103、 一個(gè)混頻器105、 一個(gè)本地振 蕩器電路(OSC) 107、 一個(gè)帶通濾波器(BPF) 108、 一個(gè)VGA電路109、 一 個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 111以及一個(gè)解調(diào)器113。首先由天線101接收由需要傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)制而成的高頻信號(hào)，LNA103進(jìn)行放大，混頻器105將其與一個(gè)來(lái)自
20 OSC 107的參考波形混合，最后由BPF 108進(jìn)行濾波。BPF 108提供一個(gè)中頻信 號(hào)IF一IN給VGA電路109。VGA再放大中頻信號(hào)并提供一個(gè)經(jīng)過(guò)放大的IF—OUT 信號(hào)。ADC 111將來(lái)自VGA 109的經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，解調(diào)器113 從數(shù)字信號(hào)中解調(diào)出通訊數(shù)據(jù)。
圖2為圖1中的VGA電路109的電路圖。VGA電路109包括一個(gè)放大單
25 元102，該放大單元102由VGA 110和一個(gè)固定增益放大器112組成，VGA電 路109還包括一個(gè)AGC環(huán)路104，該AGC環(huán)路104由一個(gè)峰值檢測(cè)器114、 一 個(gè)比較器116和一個(gè)環(huán)路濾波器118組成。來(lái)自BPF 108的中頻信號(hào)IFJN在放 大單元102中首先通過(guò)VGA 110，然后通過(guò)固定增益放大器112。中頻信號(hào)IF IN
通過(guò)放大單元102獲得預(yù)設(shè)大小的增益，轉(zhuǎn)換成輸出頻率IF_OUT。另外，輸出 信號(hào)IFJ3UT的值也由AGC環(huán)路104進(jìn)一步穩(wěn)定。這樣，輸出信號(hào)IF—OUT就 獲得了恒定的最佳電壓值，該電壓值可滿(mǎn)足ADClll的動(dòng)態(tài)范圍的要求。
如圖2所示，AGC環(huán)路104的一種配置是峰值檢測(cè)器114從固定增益放大 5 器112的輸出端接收輸出信號(hào)IFJXJT，并提供一個(gè)表明輸出信號(hào)IF—OUT的峰 值的峰值信號(hào)。該峰值信號(hào)隨后由比較器116與一個(gè)參考信號(hào)Vref相比，根據(jù) 比較結(jié)果生成一個(gè)控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)由環(huán)路濾波器118進(jìn)行濾波以后用于調(diào)節(jié) VGA 110的增益。在峰值信號(hào)與參考信號(hào)Vref相等之前，AGC環(huán)路104將持續(xù) 調(diào)節(jié)該增益。增益調(diào)節(jié)結(jié)束后，輸出信號(hào)IF—OUT變得恒定。 10 考慮到峰值檢測(cè)器114的輸入電壓范圍的要求，AGC環(huán)路可采用另一種配
置(圖中未示出)。在此配置中，峰值檢測(cè)器114連接到固定增益放大器112的 輸入端。AGC電路的其余部分與圖2所示相同。
然而，由于工藝、電壓和溫度(PVT)的差異，峰值檢測(cè)器114的性能也會(huì) 變化。因此，上述的兩種AGC環(huán)路的配置都無(wú)法確保輸出信號(hào)IF—OUT的精確 15控制。另外，傳統(tǒng)的固定增益放大器對(duì)于PVT差異的適應(yīng)能力也差，因而輸出 信號(hào)IF_OUT的恒定沒(méi)有保證。
綜上所述，需要有一種電路和方法可以克服PVT差異并保持輸出信號(hào)的恒 定和優(yōu)化。本發(fā)明的主旨即在于提供這種電路和方法。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種具有自動(dòng)增益控制的可變?cè)鲆娣糯笃?。?可變?cè)鲆娣糯笃靼ㄒ粋€(gè)放大單元和一個(gè)自動(dòng)增益控制環(huán)路。放大單元具有一個(gè) 預(yù)設(shè)的增益，可接收一個(gè)輸入信號(hào)并生成一個(gè)輸出信號(hào)，輸出信號(hào)具有一個(gè)第一 峰值。自動(dòng)增益控制環(huán)路連接到放大單元，可接收上述輸出信號(hào)和一個(gè)具有第二 25 峰值的參考信號(hào)、檢測(cè)上述第一峰值和第二峰值、將兩個(gè)峰值相比較并生成一個(gè) 控制信號(hào)，該控制信號(hào)由放大單元用于預(yù)設(shè)增益的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于放大一個(gè)輸入信號(hào)并生成恒定輸出信 號(hào)的方法。該方法的步驟包括接收輸入信號(hào)，生成具有預(yù)設(shè)增益的輸出信號(hào)、生 成表明輸出信號(hào)峰值的第一峰值信號(hào)、生成表明參考信號(hào)峰值的第二峰值信號(hào)、
根據(jù)第一峰值信號(hào)和第二峰值信號(hào)的比較結(jié)果生成一個(gè)控制信號(hào)、由控制信號(hào)控 制調(diào)節(jié)上述的預(yù)設(shè)增益以確保輸出信號(hào)恒定。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于檢測(cè)信號(hào)峰值的峰值檢測(cè)器。該峰值 檢測(cè)器包括一個(gè)整流器、 一個(gè)電流鏡和一個(gè)低通濾波器。整流器可接收信號(hào)并提 5 供一個(gè)電流信號(hào)。電流鏡與整流器相連，電流鏡可為電流信號(hào)生成一個(gè)鏡像電流 信號(hào)，該鏡像電流信號(hào)具有一個(gè)直流電平。低通濾波器與電流鏡相連，可接收鏡 像電流信號(hào)并提供一個(gè)電壓輸出信號(hào)。低通濾波器包括一個(gè)與電容并聯(lián)的電阻， 輸出電壓信號(hào)表明了電流信號(hào)的峰值。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種固定增益的放大電路。該放大電路包括一 10 個(gè)跨導(dǎo)電路、 一個(gè)電流鏡電路和一個(gè)跨阻電路?？鐚?dǎo)電路可將一對(duì)差分輸入信號(hào) 轉(zhuǎn)換成一對(duì)電流信號(hào)，該電路包括一個(gè)電阻，具有一個(gè)第一跨導(dǎo)。電流鏡電路與 跨導(dǎo)電路相連，可生成上述一對(duì)電流信號(hào)的鏡像信號(hào)?？缱桦娐愤B接到電流鏡，
可將一對(duì)鏡像電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)差分輸出信號(hào)，該跨阻電路包括一個(gè)電阻，該 電阻具有一個(gè)第二阻值。
15 本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種具有固定增益的放大電路。該放大電路包
括一個(gè)跨導(dǎo)電路、 一個(gè)跨導(dǎo)調(diào)諧電路和一個(gè)跨阻電路?？鐚?dǎo)電路可將一對(duì)差分輸 入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)電流信號(hào)，跨導(dǎo)電路具有一個(gè)第一跨導(dǎo)。跨導(dǎo)調(diào)諧電路與跨導(dǎo) 電路相連，包括一個(gè)跨導(dǎo)跟蹤環(huán)路和一個(gè)共?；仞伃h(huán)路，跨導(dǎo)跟蹤環(huán)路可提供一 個(gè)調(diào)諧信號(hào)，該調(diào)協(xié)信號(hào)對(duì)第一跨導(dǎo)進(jìn)行調(diào)諧，共?；仞伃h(huán)路可提供一個(gè)回饋信
20 號(hào)，回饋信號(hào)確保跨導(dǎo)電路正常工作?？缱桦娐放c跨導(dǎo)電路相連，可將一對(duì)電流 信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)輸出信號(hào)，跨阻電路包括一個(gè)電阻，該電阻具有一個(gè)第二阻值。 本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種具有可編程增益的放大器。該放大器包括 一個(gè)固定增益放大器和一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。固定增益放大器包括一個(gè)跨導(dǎo)電路和一個(gè) 跨阻電路，跨導(dǎo)電路具有一個(gè)第一跨導(dǎo)，跨阻電路具有一個(gè)第二阻值。電阻網(wǎng)絡(luò)
25 與固定增益放大器相連，可接收數(shù)字信號(hào)并由接收到的數(shù)字信號(hào)控制提供一個(gè)預(yù) 設(shè)的負(fù)載給跨阻電路，該預(yù)設(shè)的負(fù)載決定上述的第二阻值。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于獲取RF信號(hào)編碼的通訊數(shù)據(jù)的接收 器。該接收器包括一個(gè)用于接收RF信號(hào)的天線，包括一個(gè)用于放大接收到的 RF信號(hào)的低噪聲放大器，包括一個(gè)混頻器，用于將來(lái)自LNA的經(jīng)過(guò)放大的RF
信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)，包括一個(gè)BPF，用于對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行濾波，包括一個(gè)具有 自動(dòng)增益控制的VGA電路，用于將中頻信號(hào)放大成為恒定和優(yōu)化的信號(hào)，包括 一個(gè)ADC，用于將上述恒定和優(yōu)化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，還包括一個(gè)解調(diào)器， 用于從數(shù)字信號(hào)中解調(diào)出通訊數(shù)據(jù)。VGA電路包括一個(gè)放大單元和一個(gè)AGC環(huán) 5 路。放大單元可以以預(yù)設(shè)的增益將中頻信號(hào)放大，AGC環(huán)路包括一對(duì)峰值檢測(cè) 器，可檢測(cè)經(jīng)過(guò)放大的中頻信號(hào)的峰值和一個(gè)參考信號(hào)的峰值，AGC環(huán)路還包 括一個(gè)比較器，可比較檢測(cè)到的一對(duì)峰值并提供一個(gè)控制信號(hào)給放大單元，控制 信號(hào)用于調(diào)節(jié)上述的預(yù)設(shè)增益。
10


后文典型實(shí)施例的具體實(shí)施方式
結(jié)合以下附圖進(jìn)行，將使得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 顯而易見(jiàn)。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的接收器的一種典型電路圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)的一種具有自動(dòng)增益控制的VGA電路。 15 圖3為本發(fā)明提供的一種具有自動(dòng)增益控制的VGA電路的塊圖。
圖4為本發(fā)明提供的一種峰值檢測(cè)器的示意圖。
圖5為圖4中峰值檢測(cè)器的波形曲線。
圖6曲線說(shuō)明了圖3中峰值檢測(cè)器的特性。
圖7為本發(fā)明提供的一種固定增益放大器的示意圖。 20 圖8為圖7所示的固定增益放大器的波特曲線。
圖9為本發(fā)明提供的另一種固定增益放大器的示意圖。
圖10為圖9中的跨導(dǎo)調(diào)諧電路的示意圖。
圖11為圖9所示的差分輸入放大器的示意圖。
圖12為圖9所示的固定增益放大器的波特曲線。 25 圖13為本發(fā)明提供的一種可編程增益放大器。
具體實(shí)施例方式
圖3為本發(fā)明提供的一種VGA電路200的塊圖。VGA電路200包括一個(gè) 由可變?cè)鲆娣糯笃?01和固定增益放大器203組成的放大單元202，包括一個(gè)由
第一峰值檢測(cè)器205—1和第二峰值檢測(cè)器205—2組成的AGC環(huán)路204，包括 一個(gè)比較器207和環(huán)路濾波器209。中頻信號(hào)IF一IN進(jìn)入放大單元202，通過(guò)可 變?cè)鲆娣糯笃?01和固定增益放大器203，獲得具有預(yù)設(shè)增益的輸出信號(hào) IF—OUT。隨后第一峰值檢測(cè)器205 — 1檢測(cè)輸出信號(hào)IF_OUT并生成第一峰值信 5 號(hào)Vpeak一l，該信號(hào)表明了輸出信號(hào)IFJDUT的峰值。同時(shí)，第二峰值檢測(cè)器205 一2(該峰值檢測(cè)器與峰值檢測(cè)器205 — 1完全相同)檢測(cè)由帶隙電壓參考電路(圖 中未示出)生成的參考信號(hào)Vref并生成表明參考信號(hào)Vref峰值的第二峰值信號(hào) Vpeak—2。比較器207將兩個(gè)峰值信號(hào)相比并根據(jù)比較結(jié)果生成一個(gè)控制信號(hào)。 由環(huán)路濾波器209進(jìn)行濾波后，控制信號(hào)提供給可變?cè)鲆娣糯笃?01用于調(diào)節(jié)上
10 述的預(yù)設(shè)增益。
由于峰值檢測(cè)器205 — 1和205—2對(duì)于PVT差異的響應(yīng)完全相同，輸出信 號(hào)IF—OUT可在不同的PVT條件下保持恒定。而且，考慮到第一峰值檢測(cè)器205 一l和第二峰值檢測(cè)器205—2的輸入電壓范圍，自動(dòng)增益控制電路也可連接到 固定增益放大器203的輸入端。
15 圖4為圖3所示的峰值檢測(cè)器205 — 1的示意圖。峰值檢測(cè)器205 — 1包括
全波整流器310、電流鏡320和低通濾波器(LPF) 330。
全波整流器310由晶體管301、 303、 301'和303'組成。晶體管301和303 形成第一個(gè)差分輸入對(duì)，晶體管30r和303'形成第二差分輸入對(duì)。兩個(gè)差分輸 入對(duì)在VINP和VINN端互聯(lián)。全波整流器310具有超強(qiáng)的共模抑制能力和抗噪
20 聲能力，因此在此得以應(yīng)用。兩個(gè)差分輸入對(duì)的靜態(tài)電流由電流源305生成。來(lái) 自電流源305的電流通過(guò)晶體管307和309組成的電流鏡生成鏡像電流，鏡像電 流提供給第一差分輸入對(duì)的晶體管301;通過(guò)晶體管307和311組成的另一個(gè)電 流鏡生成鏡像電流，鏡像電流提供給第二差分輸入對(duì)的晶體管301'。全波整流 器310的輸出電流13是第一差分輸入對(duì)的輸出電流II和第二差分輸入對(duì)的輸出
25 電流I2之和。
輸出電流13再通過(guò)由晶體管315和317形成的電流鏡320生成鏡像電流， 該鏡像電流提供給晶體管317。另外，由晶體管313提供的電流I—BIAS也提供 給晶體管317以提高電流鏡320的輸出電流的直流值。最后，流經(jīng)晶體管317的 電流Iout是I3禾QI—BIAS之和。與之類(lèi)似，電流1—BIAS也是通過(guò)電流源305和
由晶體管307和313形成的電流鏡獲得。電流lout再流經(jīng)與晶體管317串聯(lián)的電 阻，以提供峰值信號(hào)Vpeak—1 ，該峰值信號(hào)代表檢測(cè)到的信號(hào)IF一OUT的峰值。 另外，電容321與電阻319并聯(lián)以形成LPF330。
在不背離圖示典型實(shí)施例的發(fā)明精神的前提下，峰值檢測(cè)器也可由其它電 5路構(gòu)成。例如，差分輸入對(duì)的靜態(tài)電流可由單獨(dú)的電流源提供，而不由電流源 305生成。流經(jīng)晶體管313的電流也可由獨(dú)立的電流源生成。應(yīng)該理解此類(lèi)改動(dòng) 都在本發(fā)明的發(fā)明精神范圍內(nèi)。
圖5為典型的峰值檢測(cè)器205 — 1的波形曲線。波形50、 51、 53和55分別 為電流Iout、 13 、 12和11以時(shí)間的函數(shù)表示的電流波形。
10 圖6所示的曲線(A)和(B)分別表明了第一峰值檢測(cè)器205 — 1和第二
峰值檢測(cè)器205 — 2的特性。曲線(A)為第一峰值信號(hào)Vpeak一l對(duì)輸出信號(hào) IFJ)UT振幅的曲線。輸出信號(hào)IF一OUT的振幅是指的均方根(RMS)電壓值。 曲線(B)為峰值信號(hào)Vpeak一2對(duì)參考信號(hào)Vref電壓值的曲線。通過(guò)曲線(A) 和(B)可以看出，可通過(guò)將參考信號(hào)Vref設(shè)定為0.81V或者0.99V使得信號(hào)
15 IF—OUT的振幅為0.1Vrms。這樣，檢測(cè)到的信號(hào)IF_OUT的峰值和參考信號(hào)Vref 的峰值都為0.539V。由于示例的峰值檢測(cè)器具有良好的共模抑制特性，第一和 第二峰值檢測(cè)器的共模電壓輸入并不需要完全相同。例如，圖6所示的第二峰值 檢測(cè)器的共模輸入電壓為0.9V，如果該輸入電壓發(fā)生小的變化，只要其差分輸 入保持在90mv或-90mv，信號(hào)IF—OUT的振幅仍可保持在O.lVrms。 一般說(shuō)來(lái)，
20 第一和第二峰值檢測(cè)器的工模輸入電壓相差不超過(guò)0.2V時(shí)，信號(hào)IF—OUT峰值 檢測(cè)的精度都不會(huì)受影響。
圖7為一種示例性的固定增益放大器203A。固定增益放大器203A包括一 個(gè)跨導(dǎo)電路410、 一個(gè)由晶體管409、 409'、 411、 4U'、 413、 413'、 415和415 '組成的電流鏡電路、電流源417和417'、 一個(gè)由晶體管421、 421'、 425和425
25 '組成的跨阻電路、電阻423和423'、以及電流源419和419'?？鐚?dǎo)電路410包 括晶體管401和401'、電流源403和403'、電阻405和405'，以及電流源407 和407'。晶體管401和401'的柵極接收差分輸入Vin+和Vin—,晶體管401和 401'的漏極分別通過(guò)電流源407和407'接地。晶體管401和401'的源極分別通 過(guò)電流源403和403'連接到電壓VDD。另外，晶體管401和401'的源極通過(guò)電
阻405和405'相連。
電流源407和407'提供的電流被強(qiáng)制分別流經(jīng)晶體管401和401'，晶體管 401和401'的柵一源極電壓Vgs保持恒定。這樣，晶體管401和401'形成一個(gè) 電壓跟隨器，該電壓跟隨器緩沖電阻405和405'兩端的差分輸入Vin+和Vin-并 5 生成一個(gè)小信號(hào)電流對(duì)?？鐚?dǎo)電路410的跨導(dǎo)等于1/R1，其中R1為電阻405或 405'的阻值。上述小信號(hào)電流對(duì)在分別流經(jīng)晶體管409和409'，并由電流鏡電 路生成鏡像電流，鏡像電流流入跨阻電路。電流鏡電路的一個(gè)分支由晶體管409、 411、 413和415以及電流源417組成，負(fù)責(zé)生成來(lái)自晶體管409的小信號(hào)電流 的鏡像電流。電流鏡電路的另一分支由晶體管409'、 411'、 413'和415'以及電
10流源417'組成，負(fù)責(zé)生成來(lái)自晶體管409'的小信號(hào)電流的鏡像電流。
鏡像電流最終由跨阻電路接收。跨阻電路的一個(gè)分支由晶體管421和425、 電阻423和電流源419組成，負(fù)責(zé)接收流經(jīng)晶體管409的電流的鏡像?？缱桦娐?的一個(gè)分支由晶體管421'和425'、電阻423'和電流源419'組成，負(fù)責(zé)接收流經(jīng) 晶體管409'的電流的鏡像。當(dāng)小信號(hào)電流對(duì)的鏡像電流對(duì)流經(jīng)電阻423和423'
15 時(shí)，就獲得了差分輸入Vout+和Vout-。跨阻電路的阻值等于Rf，即電阻423或 423'的阻值?？梢缘弥?，固定增益放大器203A的增益可通過(guò)下列等式(1)得 出
AG = Rf/Rl (1)
其中Ac為固定增益放大器203A的增益。等式(1)中，假定電流鏡電路中 20 不存在電流放大。然而，電流鏡電路通過(guò)放大流經(jīng)晶體管409和409'的小信號(hào) 電流可向固定增益放大器203A提供鏡像增益M。在此情況下，固定增益放大器 203A的增益就可通過(guò)下列等式(2)得出
AG = M*Rf/Rl (2)
根據(jù)上述等式(2)，增益AG由鏡像增益M和兩個(gè)阻值Rf與Rl的比決定。 25 因此，如果電阻423和405為同一類(lèi)型的電阻并互相匹配，增益AG將無(wú)視PVT 差異而保持恒定。
圖8為固定增益放大器203A的波特曲線。增益Ac的單位為dB，圖中為 Ao相對(duì)頻率(單位為Hz)的曲線。當(dāng)溫度從一4(TC變化為125'C時(shí)，曲線(A) 為因溫度差異而引起的增益變化，其中實(shí)線部分為固定增益放大器203A的波特
曲線，虛線部分為傳統(tǒng)的固定增益放大器的波特曲線?？梢钥吹剑潭ㄔ鲆娣糯?器203A的增益變化為80，而傳統(tǒng)固定增益放大器的增益變化為82，固定增益 放大器203A的增益變化遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)固定增益放大器的增益變化。當(dāng)工藝變化使 得阻值在±20%范圍內(nèi)變化時(shí)，波特曲線(B)說(shuō)明了因阻值變化引起的增益差 5 異?？梢钥吹剑潭ㄔ鲆娣糯笃?03A的增益變化為84，而傳統(tǒng)固定增益放大器 的增益變化為86，固定增益放大器203A的增益變化遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)固定增益放大器 的增益變化。
圖9為另一示例性的固定增益放大器203B。固定增益放大器203B包括一 個(gè)跨導(dǎo)電路、 一個(gè)跨阻電路和一個(gè)跨導(dǎo)調(diào)諧電路510。
10 跨導(dǎo)電路包括晶體管501、 501'、 503、 503'和505。晶體管501和501'的
柵極接收差分輸入Vin+和Vin-。晶體管501和501'的漏極分別通過(guò)晶體管503 和503'連接到電壓VDD。晶體管501和501'的源極相連并通過(guò)晶體管505接地。 另外，晶體管503和503'的柵極相連并從跨導(dǎo)調(diào)諧電路510接收一個(gè)回饋信號(hào) CMFB。晶體管505的柵極由一個(gè)來(lái)自跨導(dǎo)調(diào)諧電路510的調(diào)諧信號(hào)TUNE控制。
15 回饋信號(hào)CMFB確?？鐚?dǎo)電路正常工作，調(diào)諧信號(hào)TUNE決定跨導(dǎo)電路的跨導(dǎo)。 正常工作狀態(tài)下，跨導(dǎo)電路接收差分輸入Vin+和Vin-并在晶體管501和501'的 漏極輸出一個(gè)電流對(duì)。
跨阻電路有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的分支。 一個(gè)分支由晶體管509和513、電阻511以及 一個(gè)電流源507組成，電流源507用于接收上述來(lái)自跨導(dǎo)電路的電流對(duì)中的一個(gè)
20 電流。另一個(gè)分支由晶體管509'和513'、電阻511'以及電流源507'組成，電流 源507'用于接收上述來(lái)自跨導(dǎo)電路的電流對(duì)中的另一個(gè)電流。當(dāng)電流對(duì)分別流 經(jīng)電阻511和511'時(shí)就獲得了差分輸出Vout+和Vout-?？缱桦娐返淖柚档扔赗f， Rf即為電阻511或511'的阻值?？梢缘弥?，固定增益放大器203B的增益可通過(guò) 下列等式(3)得出
25 AG = GM*Rf (3)
其中GM為跨導(dǎo)電路的跨導(dǎo)，Ac即為固定增益放大器203B的增益。 圖10為圖9所示的跨導(dǎo)調(diào)諧電路510的示意圖。跨導(dǎo)調(diào)諧電路510包括一 個(gè)共?；仞伃h(huán)路和一個(gè)圖9所示的跨導(dǎo)電路的復(fù)制電路，后者由晶體管601、 601 '、603、 603'和605組成。晶體管601和601'的漏極通過(guò)兩個(gè)完全相同的電阻
607和607'相連。共?；仞伃h(huán)路可由折疊級(jí)聯(lián)運(yùn)放(OPA) 610構(gòu)成，并連接在 節(jié)點(diǎn)609和611之間。折疊級(jí)聯(lián)運(yùn)放610的反相端接收一個(gè)參考信號(hào)CMREF， 非反相端接收一個(gè)來(lái)自節(jié)點(diǎn)611的檢測(cè)信號(hào)CMSENSE。隨后折疊級(jí)聯(lián)運(yùn)放610 提供回饋信號(hào)CMFB給復(fù)制跨導(dǎo)電路使得晶體管601、 601' 、 603和603'保持工 5 作在飽和區(qū)。
跨導(dǎo)跟蹤環(huán)路由差分輸入放大器620構(gòu)成，連接在晶體管601和601'的柵 極和漏極之間?？鐚?dǎo)跟蹤環(huán)路提供調(diào)諧信號(hào)TUNE使得晶體管601和601'的漏 極的差分輸出V—out+和V—out-等于2*Vin，其中Vin為晶體管601和601'的柵 極的差分輸入Vin+和Vin-之間的電壓差。因此，可以推斷復(fù)制跨導(dǎo)電路的跨導(dǎo) 10 等于1/R1， Rl即為電阻607或607'的阻值。圖9所示的跨導(dǎo)電路由同一回饋信 號(hào)和調(diào)諧信號(hào)控制，其跨導(dǎo)Gm也等于1/Rl。根據(jù)等式(3)，固定增益放大器 203B的增益也可改寫(xiě)為下列等式(4)
AG = Rf/Rl (4)
圖11為圖10所示的差分輸入放大器620的示意圖。差分輸入放大器620 15 包括第一差分輸入對(duì)、第二差分輸入對(duì)、 一個(gè)有源負(fù)載、 一個(gè)RC電路、晶體管 719以及電流源713、 715和717。晶體管701和703形成第一差分輸入對(duì)。晶體 管705和707形成第二差分輸入對(duì)。兩個(gè)差分輸入對(duì)共用同一有源負(fù)載并形成第 一放大級(jí)，該有源負(fù)載由晶體管709和711組成。來(lái)自圖10所示的復(fù)制跨導(dǎo)電 路的信號(hào)Vin+、 Vin-、 V—out+和V—out-分別由INP、 INN、 OUTP和OUTN四個(gè) 20 端接收，隨后由第一放大級(jí)放大成中間電壓信號(hào)。中間電壓信號(hào)隨后傳輸給晶體 管719。晶體管719再將中間電壓信號(hào)放大成為調(diào)諧信號(hào)TUNE并在漏極輸出該 調(diào)諧信號(hào)。RC電路由電容721和電阻723組成，并連接在晶體管719的柵極和 漏極之間以確?？鐚?dǎo)跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定。
圖12為固定增益放大器203B的波特曲線。增益A(i以dB為單位，圖示為 25 增益Ag相対于頻率(以Hz為單位)變化的曲線。當(dāng)溫度從一40'C變化為125 'C時(shí)，曲線(A)所示為因溫度變化而引起的增益差異?？梢钥吹剑潭ㄔ鲆娣?大器203B的增益差異為90，而傳統(tǒng)的固定增益放大器的增益差異為92，遠(yuǎn)大 于固定增益放大器203B。當(dāng)工藝變化使得阻值在±20%范圍內(nèi)變化時(shí)，曲線(B) 所示為阻值變化引起的增益差異?？梢钥吹剑潭ㄔ鲆娣糯笃?03B的增益差異
為94，而傳統(tǒng)固定增益放大器的增益差異為96，遠(yuǎn)大于固定增益放大器203B 的增益差異。
上述固定增益放大器203A和203B也可用于組成一個(gè)可編程增益放大器 (PGA)。圖13所示為一種示例性的PGA 800的示意圖。PGA 800包括固定增 5 益放大器203A和一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)810。電阻網(wǎng)絡(luò)810的阻值是可編程的。電阻網(wǎng) 絡(luò)810可通過(guò)使用圖13所示的多個(gè)電阻和開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電阻網(wǎng)絡(luò)從控制端DO 和D1接收控制數(shù)位并控制開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)。根據(jù)各個(gè)開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)的狀態(tài) 可以確定電阻網(wǎng)絡(luò)810的阻值。在PGA 800中，電阻網(wǎng)絡(luò)810取代了圖7所示 的電阻423和423'以確定固定增益放大器203A的總體增益。使用可編程的電阻 10網(wǎng)絡(luò)810后，放大器800的增益也可編程。在具體設(shè)計(jì)中也可根據(jù)不同的應(yīng)用要 求將PGA級(jí)聯(lián)以形成多級(jí)PGA。
實(shí)際工作中，VGA電路300可接收中頻輸入信號(hào)并輸出最佳電平的恒定信 號(hào)。VGA電路300包括一個(gè)放大單元和一個(gè)自動(dòng)增益控制環(huán)路。放大單元包括 一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?01和固定增益放大器203。固定增益放大器203可保持增 15 益恒定而無(wú)視PVT差異。自動(dòng)增益控制環(huán)路可提供一個(gè)控制信號(hào)給可變?cè)鲆娣?大器201，該控制信號(hào)調(diào)節(jié)可變?cè)鲆娣糯笃?01的增益，由此獲得具有最佳電平 的恒定信號(hào)。
固定增益放大器203的增益由兩個(gè)電阻阻值的比例決定。兩個(gè)電阻為同一 類(lèi)型的電阻且阻值互相匹配，這樣當(dāng)PVT條件變化時(shí)固定增益放大器203的增 20益可保持恒定。而且，PGA800也可由多個(gè)固定增益放大器級(jí)聯(lián)形成。
自動(dòng)增益控制環(huán)路包括第一峰值檢測(cè)器205 — 1、第二峰值檢測(cè)器205—2和 比較器207，其中第二峰值檢測(cè)器與第一峰值檢測(cè)器完全相同。第一峰值檢測(cè)器 205 — 1從固定增益放大器203接收輸出信號(hào)，第二峰值檢測(cè)器接收一個(gè)參考信 號(hào)Vref。當(dāng)輸出信號(hào)的峰值等于參考信號(hào)Vref的峰值時(shí)就可獲得最佳電平的恒 25 定信號(hào)。由于第一和第二峰值檢測(cè)器對(duì)于PVT差異的響應(yīng)完全相同，可以保證 在各種PVT條件下輸出信號(hào)的峰值都等于參考信號(hào)Vref的峰值。換言之，輸出 信號(hào)可無(wú)視PVT差異而保持恒定。
上述附圖和具體實(shí)施方式
僅為本發(fā)明的常用實(shí)施例，在不背離本發(fā)明的發(fā)明 精神和后附的權(quán)利要求書(shū)所界定的發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明可以有各種增補(bǔ)、
修改和替代。因此，上述實(shí)施例系用于說(shuō)明例證本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍， 本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書(shū)及其合法等同物來(lái)界定，而不限于此前之描 述。權(quán)利要求書(shū)旨在涵蓋所有此類(lèi)等同物。
權(quán)利要求
1.一種具有自動(dòng)增益控制的可變?cè)鲆娣糯笃?，其特征在于，包括一個(gè)放大單元，所述放大單元具有一個(gè)預(yù)設(shè)的增益，放大電路可接收輸入信號(hào)并生成輸出信號(hào)，輸出信號(hào)具有一個(gè)第一峰值；一個(gè)自動(dòng)增益控制環(huán)路，自動(dòng)增益控制環(huán)路與放大單元相連，可接收上述輸出信號(hào)和一個(gè)參考信號(hào)，參考信號(hào)具有一個(gè)第二峰值，自動(dòng)增益控制環(huán)路可檢測(cè)第一峰值和第二峰值、將兩個(gè)峰值相比并生成一個(gè)控制信號(hào)，控制信號(hào)由放大單元用于調(diào)節(jié)上述的預(yù)設(shè)增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之可變?cè)鲆娣糯笃鳎涮卣髟谟?，所述放大單元還包括一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃骱鸵粋€(gè)固定增益放大器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述之可變?cè)鲆娣糯箅娐?，其特征在于，所述固定增益?大器具有一個(gè)固定增益，固定增益的大小由兩個(gè)電阻決定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之可變?cè)鲆娣糯笃?，其特征在于，所述自?dòng)增益控制 環(huán)路還包括一個(gè)與放大單元相連的第一峰值檢測(cè)器，第一峰值檢測(cè)器可檢測(cè)第一峰值并 提供一個(gè)代表第一峰值的第一峰值信號(hào)； 20 第二峰值檢測(cè)器，可檢測(cè)第二峰值并提供一個(gè)代表第二峰值的第二峰值信號(hào)；一個(gè)比較器電路，與第一和第二峰值檢測(cè)器以及放大單元相連，比較器可比 較第一峰值信號(hào)和第二峰值信號(hào)、根據(jù)比較的結(jié)果生成所述的控制信號(hào)并將控制 信號(hào)提供給放大單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述之可變?cè)鲆娣糯笃?，其特征在于，所述第二峰值檢測(cè)器與第一峰值檢測(cè)器完全相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之可變?cè)鲆娣糯笃?，其特征在于，所述自?dòng)增益控制 環(huán)路還包括一個(gè)濾波器，用于所述控制信號(hào)濾波。
7. —種用于將輸入信號(hào)放大成為恒定的輸出信號(hào)的方法，其特征在于，步驟 包括 接收輸入信號(hào)；生成具有預(yù)設(shè)增益的輸出信號(hào)；生成代表輸出信號(hào)峰值的第一峰值信號(hào)；輸出表明一個(gè)參考信號(hào)峰值的第二峰值信號(hào)；根據(jù)第一峰值信號(hào)和第二峰值信號(hào)比較的結(jié)果生成一個(gè)控制信號(hào)； 10 由控制信號(hào)控制調(diào)節(jié)上述的預(yù)設(shè)增益以確保輸出信號(hào)恒定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述之方法，其特征在于，所述輸出信號(hào)的峰值和參考信 號(hào)的峰值由完全相同的峰值檢測(cè)器檢測(cè)得來(lái)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述之方法，其特征在于，當(dāng)輸出信號(hào)的峰值等于參考信號(hào)的峰值時(shí)輸出信號(hào)恒定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述之方法，其特征在于，所述步驟還包括在調(diào)節(jié)所述 的預(yù)設(shè)增益之前對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行濾波。
11. 一種用于檢測(cè)峰值信號(hào)的峰值檢測(cè)器，其特征在于，包括 一個(gè)整流器，用于接收上述信號(hào)并提供一個(gè)電流信號(hào)；一個(gè)與整流器相連的電流鏡，電流鏡可生成上述電流信號(hào)的鏡像信號(hào)并生成 一個(gè)鏡像電流信號(hào)，所述鏡像電流信號(hào)具有一個(gè)直流電平； 25 —個(gè)與電流鏡相連的低通濾波器，所述低通濾波器可接收上述的鏡像電流信號(hào)并提供一個(gè)輸出電壓信號(hào)，所述低通濾波器包括一個(gè)電容和一個(gè)與電容并聯(lián)的 電阻，輸出電壓信號(hào)表明了上述信號(hào)的峰值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述之峰值檢測(cè)器，其特征在于，還包括一個(gè)與電流鏡 相連的電流源，用于提高鏡像電流信號(hào)的電流值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述之峰值檢測(cè)器，其特征在于，所述整流器為全波整 流器。
14. 一種具有固定增益的放大電路，其特征在于，包括一個(gè)跨導(dǎo)電路，用于將一對(duì)差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)電流信號(hào)，所述跨導(dǎo)電 路包括一個(gè)第一電阻，跨導(dǎo)電路具有第一跨導(dǎo)；一個(gè)與跨導(dǎo)電路相連的電流鏡電路，所述電流經(jīng)電路可生成上述一對(duì)電流信 10 號(hào)的鏡像信號(hào)；一個(gè)與電流鏡電路相連的跨阻電路，所述跨阻電路可將一對(duì)鏡像電流信號(hào)轉(zhuǎn) 換成一對(duì)差分輸出信號(hào)，跨阻電路包括一個(gè)第二電阻，跨阻電路具有一個(gè)第二阻 值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述之放大電路，其特征在于，所述第一跨導(dǎo)的大小由第一電阻決定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述之放大電路，其特征在于，所述第二阻值由第二電 阻決定。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述之放大電路，其特征在于，所述放大電路的固定增 益由第一跨導(dǎo)和第二阻值共同決定。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述之放大電路，其特征在于，所述電流鏡電路可提供 25 —個(gè)鏡像增益。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述之放大電路，其特征在于，所述放大電路的固定增 益由鏡像增益決定。
20. —種具有固定增益的放大電路，其特征在于，包括一個(gè)跨導(dǎo)電路，用于將一對(duì)差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)電流信號(hào)，所述跨導(dǎo)電 路具有一個(gè)第一跨導(dǎo)；一個(gè)與上述跨導(dǎo)電路相連的跨導(dǎo)調(diào)諧電路，所述跨導(dǎo)調(diào)諧電路包括一個(gè)跨導(dǎo) 5 跟蹤環(huán)路和一個(gè)共?；仞伃h(huán)路，跨導(dǎo)跟蹤環(huán)路可提供一個(gè)調(diào)諧信號(hào)，所述調(diào)諧信 號(hào)可調(diào)節(jié)第一跨導(dǎo)，共模回饋環(huán)路可提供一個(gè)回饋信號(hào)，回饋信號(hào)可確?？鐚?dǎo)電 路處于正常工作狀態(tài)；一個(gè)與上述跨導(dǎo)電路相連的跨阻電路，所述跨阻電路可將上述的一對(duì)電流信 號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)輸出信號(hào)，所述跨阻電路包括一個(gè)第二電阻，跨阻電路具有一個(gè)第 10 二阻值。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述之放大電路，其特征在于，所述固定增益由第一跨 導(dǎo)和第二阻值共同決定。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述之放大電路，其特征在于，所述跨導(dǎo)調(diào)諧電路還包括一個(gè)復(fù)制電路，所述復(fù)制電路與所述的跨導(dǎo)電路完全相同，復(fù)制跨導(dǎo)電路具有 一個(gè)參考跨導(dǎo)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述之放大電路，其特征在于，所述第一跨導(dǎo)和參考跨 20導(dǎo)相等，并由調(diào)諧信號(hào)同步進(jìn)行調(diào)節(jié)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述之放大電路，其特征在于，所述跨導(dǎo)調(diào)諧電路還包 括一個(gè)電阻電路，電阻電路與復(fù)制電路相連，調(diào)節(jié)參考跨導(dǎo)直至參考跨導(dǎo)與電阻 電路的阻值相等。
25. —種具有可編程增益的放大器，其特征在于，包括一個(gè)固定增益放大器，所述固定增益放大器還包括一個(gè)跨導(dǎo)電路和一個(gè)跨阻 電路，跨導(dǎo)電路具有一個(gè)第一跨導(dǎo)，跨阻電路具有一個(gè)第二阻值；一個(gè)與固定增益放大器的跨阻電路相連的電阻網(wǎng)絡(luò)，所述電阻網(wǎng)絡(luò)可接收數(shù) 字信號(hào)并由接收到的數(shù)字信號(hào)控制向跨阻電路提供預(yù)設(shè)的負(fù)載，預(yù)設(shè)負(fù)載決定上 述的第二阻值。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述之放大器，其特征在于，所述的可編程增益由所述 的第一跨導(dǎo)和第二阻值共同決定。
27. —種用于接收使用射頻信號(hào)編碼的通訊數(shù)據(jù)的接收器，其特征在于，包括一個(gè)用于接收射頻信號(hào)的天線； 一個(gè)低噪聲放大器，用于放大接收到的射頻信號(hào)； 10 —個(gè)混頻器，用于將來(lái)自上述低噪聲放大器的經(jīng)過(guò)放大的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)；一個(gè)帶通濾波器，用于中頻信號(hào)濾波；一個(gè)具有自動(dòng)增益控制的可變?cè)鲆娣糯?VGA)電路，用于將中頻信號(hào)放大 成恒定和優(yōu)化的信號(hào)，所述VGA電路包括一個(gè)放大單元和一個(gè)自動(dòng)增益控制 15 (AGC)環(huán)路，放大單元可根據(jù)預(yù)設(shè)的增益將中頻信號(hào)放大，AGC環(huán)路包括一 對(duì)相同的峰值檢測(cè)器和一個(gè)比較器，這對(duì)峰值檢測(cè)器可檢測(cè)經(jīng)過(guò)放大的中頻信號(hào) 的峰值和一個(gè)參考信號(hào)的峰值，比較器可將檢測(cè)到的峰值信號(hào)相比較并提供一個(gè) 控制信號(hào)給放大單元，控制信號(hào)用于調(diào)節(jié)上述的預(yù)設(shè)增益；一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將恒定和優(yōu)化的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 20 —個(gè)解調(diào)器，用于從數(shù)字信號(hào)中解調(diào)出通訊數(shù)據(jù)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述之接收器，其特征在于，當(dāng)經(jīng)過(guò)放大的中頻信號(hào)的 峰值等于參考信號(hào)的峰值時(shí)獲得所述的恒定和優(yōu)化的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可變?cè)鲆娣糯箅娐泛妥詣?dòng)增益控制方法?？勺?cè)鲆娣糯箅娐钒ㄒ粋€(gè)放大單元和一個(gè)自動(dòng)增益控制電路。放大電路根據(jù)預(yù)設(shè)的增益將輸入信號(hào)放大成輸出信號(hào)，自動(dòng)增益控制電路與放大電路相連，用于調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)增益。自動(dòng)增益控制電路還包括一個(gè)峰值檢測(cè)器用于檢測(cè)輸出信號(hào)的峰值，包括一個(gè)完全相同的復(fù)制峰值檢測(cè)器用于檢測(cè)參考信號(hào)的峰值，還包括一個(gè)比較器用于將輸出信號(hào)的峰值與參考信號(hào)的峰值相比并提供控制信號(hào)給放大電路以調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)增益。
文檔編號(hào)H04B7/005GK101102097SQ20071012287
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者羅小勇, 陳斯德 申請(qǐng)人:美國(guó)凹凸微系有限公司