[发明专利]低失真MOS衰减器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对于由相同发明人于2009年12月28日提交的名称为“Low Distortion CMOS Attenuator”、序列号为61/290,481的美国临时申请的优先权。本申请通过参考引入序列号为61/290,481的美国临时申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及低失真衰减器领域。更特别地，本发明涉及用于无线电接收器的低失真RF衰减器领域。

背景技术

低噪声放大器(LNA)是一种用于放大如由天线所捕获的射频(RF)信号等非常微弱信号的电子放大器。在示例性的应用中，LNA被包含在AM无线电接收器的前端。通过使用LNA，源自AM无线电接收器后续级的噪声的作用通过LNA的增益而被降低，然而LNA本身的噪声却被直接加入到接收到的信号中。因此，必须在LNA增强所需信号功率的同时尽可能少地增加噪声和失真。这一点通过使LNA在它的线性区域内进行工作得以实现。

自动增益控制(AGC)是用于将增益调整到适合输入信号强度级别范围的合适级别的一种自适应方式。在AM无线电接收器中，接收到的信号强度在从弱信号到强信号间变化。在没有AGC时，由AM无线电接收器发出的声音根据接收到的信号强度变化。AGC电路检测信号的总体强度并自动调整增益以维持接近不变的平均输出水平。对于非常微弱的信号AGC没有效果；随着信号的增强，AGC减小增益。

为了使LNA保持在线性区域内工作，具有过高信号强度的输入信号必须被衰减。如果没有这样的衰减，足够信号强度的输入信号会使LNA过载，使LNA处于非线性区域并使作为结果的经放大信号失真。一般而言，信号衰减应当在没有明显导致信号波形失真的情况下减小信号的幅度或功率。

在应用到输入给AM无线电接收器的LNA的RF信号时，目标在于通过可变衰减器，以不使输入给LNA的RF信号失真的方式改变LNA的增益。应当只有RF信号幅度被缩放，而不生成任何失真产物。

存在于常规AM无线电接收器前端的可变衰减功能通过将PIN二极管作为耦合到LNA输入的可变电阻器使用而得以实现。图1示出了常规AM无线电接收器前端的示例性示意图。PIN二极管起到电流控制的可变电阻器的作用。由于电流经过电流调整器后会增大，PIN二极管的电阻在电流为0时的几兆欧姆到电流为10mA时的例如几十欧姆的、相对小的值间变化。当PIN二极管的电阻减小时，更多的由天线接收到的RF信号被从LNA的输入中分流。从这点来说，可变电阻的PIN二极管起到信号衰减器的作用。可变电阻的PIN二极管减小输入的RF信号以阻止LNA的过载。如果没有可变电阻的PIN二极管，足够信号强度的RF信号会使LNA过载，使LNA处于会导致经放大信号失真的非线性区域。

尽管在提供信号衰减中有效果，但可变电阻的PIN二极管是一种外部元件，它不是无线电接收器集成电路的一部分，从而导致成本增加。除此之外，可变电阻的PIN二极管的工作需要非常大的直流电流。由此，可变电阻的PIN二极管会遇到成本和功率消耗的问题。作为可变电阻的PIN二极管的一种备选方案，可以直接通过改变LNA中的偏置电流来改变LNA的增益。然而，这种方案在LNA中引出失真。

发明内容

一种衰减电路，对于在0Hz到约30MHz范围内工作的接收器，使用配置成电压控制的可变电阻器的晶体管作为信号衰减器。所述晶体管在线性区域内工作以使用于信号衰减的晶体管电阻特性线性化。在示例性应用中，所述衰减电路用作用于具有自动增益控制的AM无线电广播接收器和放大器的RF衰减器。可以并联耦合多个衰减电路，每个衰减电路具有不同大小的可变电阻的晶体管，以构成可以在最小化失真的同时增大衰减范围的顺序触发级。