[发明专利]数字增益控制方法及电路

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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Vop、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R1、R2、…、Rn并联构成，其阻值分别为R、R/2、…R/2^n-1，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2^N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R1为R，为了使得下一个电阻R2和R1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R2＝(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。

发明内容

本发明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，本发明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。