[发明专利]一种对数放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种对数放大器，特别涉及半导体集成技术构成的对数放大器。

背景技术

常用的对数放大器分为基本对数放大器、基带对数放大器、解调对数放大器，他们各有优缺点。

基本对数放大器也称跨导线性对数放大器，它基于双极性三极管(BJT)的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态范围，缺点是交流特性差。

基带对数放大器也称视频对数放大器，它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的输入，交流特性好，但动态范围较小。

解调对数放大器也称逐级检波对数放大器，可以得到很好的对数传递特性，但往往功耗较大，基本上大于30mA。

因此上述对数放大器无法满足移动基站、宽动态信息处理、电子测量等领域对于高精度、低功耗、大动态对数放大器的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、功耗低、动态范围宽，且对数斜率可调的对数放大器集成电路。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种对数放大器，包括电压电流转换输入级、电流电压转换输出级以及恒流源，其特征在于电压电流转换输入级由五级线性对数放大器级联方式组成，每级线性对数放大器带有放大级和跨导级，每个跨导级的输出电流通过电流电压转换输出级转换为输出电压。

本发明的核心是用多个相同的线性放大器级联来分段线性逼近对数函数。设有一理想的开关电流源，当输入电压小于L时输出电流为零；当输入电压大于等于L时，输出电流I1。如果N级理想开关电流源组成一电压电流转换输入级，除了第一级外，其余每级都带有电压放大器，电压放大倍数为A。N级电流源串联后将输入电压逐级放大，则当输入电压为X(n)＝L/An时，有N-n级输出电流为(N-n)*I₁。这样，在每个饱和点上，输出电流Y(n)为输入电压X(n)的函数。推导输出和输入电流电压之间的关系式：

由：Y(n)＝(N-n)*I₁，X(n)＝L/Aⁿ

得Y＝(N-n)I₁＝[N+(lnX-lnL)/lnA]*I₁

   ＝I₁*[N-1/lnA*lnL+1/lnA*lnX]＝P+Q*lnX

即

Y＝P+Q*lnX

这样就完成了对数功能，如图6所示。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1.双电源供电优化电路性能且功耗低：6～9V，≤14mA；

2.上升时间快：≤15ns；

3.动态范围宽：≥60dB；

4.输入电压范围宽：0.6mV～250mV

5.对数精度高：≤1dB；

6.带宽范围宽：≥67Mhz

7.噪声低：≤50μV

8.增益可调整、可补偿失调电压。

附图说明

图1是本发明对数放大器电路框图；

图2是本发明对数放大器电路中电压电流转换输入级的原理图；

图3是本发明对数放大器电路中放大级的电路图；

图4是本发明对数放大器电路中恒流源的电路结构图；

图5是本发明对数放大器电路中电流电压转换输出级的电路结构图；

图6是开关电流源输入电压和输出电流关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

结合图1，由框图可以看出电路主要由电压电流转换输入级、电流电压转换输出级、恒流源、频率补偿电路等部分组成。

电压电流转换输入级电路实现线性电压到非线性电流的转换，即大动态范围的电压转换为小动态范围的电流。电压电流转换输入级电路的输入级中第一级带有平衡调节功能，可改善小信号下的输出特性。

电流电压转换输出级电路实现电流到电压的转换，电流电压转换输出级电路中采用威尔逊电流镜，抑制输出电压变化对电流镜的对称性影响。恒流源为电路提供稳定的偏置电流，恒流源电路中的基准影响到输出的最大值、输出曲线的十倍频程斜率。要保证电路的温度特性良好，恒流源必须不随温度变化。恒流源电路由电流基准产生部分和温度补偿部分组成。

频率补偿电路采用外补偿，电路实现上，在图5中的P13和输出间引入了密勒电容滞后补偿。