[发明专利]一种超宽带高精度可变增益放大器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种超宽带高精度可变增益放大器，该可变增益放大器可以同时提供大带宽和高精度增益控制。

背景技术

可变增益放大器(VGA)在许多通讯系统和信号处理系统中都是不可或缺的重要组成部分。它作为自动增益控制环路(AGC)的核心部分，可以通过调整输入信号的增益来改善整个系统的动态范围。宽带信号处理系统，例如磁盘读写通道的结构如附图1所示。该系统一般包括可变增益放大器（101）、滤波器（102）、模数转换器（103）、数字信号处理模块（104）和自动增益控制模块（105）。宽带高精度可变增益放大器作为的增益由自动增益控制模块控制，用于将合适的信号幅度送入后续的电路模块中。

传统的闭环可变增益放大器可以实现高增益精度，但是闭环结构会严重限制可变增益放大器的带宽，从而使其不适用于现代的高速磁盘读写通道。运用了指数近似函数的开环可变增益放大器可以提供比较大的带宽，但是指数近似函数本身造成的系统误差限制了这类可变增益放大器的增益精度。

本发明提出了一种新型可变增益放大器，该可变增益放大器采用了两级增益控制来保证小增益步长和低增益误差，开环结构则保证了高带宽。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超宽带高精度可变增益放大器，以满足高速通信系统和信号处理系统对可变增益放大器带宽、增益步长和增益误差的要求。

本发明提出的超宽带高精度可变增益放大器，由三部分组成：(1)一个无缘电阻衰减器，该无缘衰减器根据输入信号强度选择合适的衰减强度，相当于将可变增益放大器的增益控制范围分割为几个连续的段落，从而实现对信号增益进行第一级控制；（2）一个高精度增益控制单元，该增益控制单元采用数字控制的可变跨导阵列和Charry-Hooper宽带放大器，通过控制该增益控制单元的跨导使可变增益放大器的增益在增益控制范围的某个段落内变化，从而实现第二级增益控制；（3）一个固定增益放大器，信号通过该放大器放大到合适的强度，从而得到所需的信号。 

这三个部分均为开环结构，即本发明的可变增益放大器为开环结构。信号依次通过无缘电阻衰减器和高精度增益控制单元进行两级增益控制，然后通过固定增益放大器将信号放大到所需的幅度。 

本发明所述的超宽带高精度可变增益放大器，其中所述的无缘电阻衰减器采用梯形电阻网络结构；组成该梯形电阻网络的电阻值一共有三种，其衰减步长由这三种电阻值的比值所决定，通过选通不同的开关来选择不同的衰减档位。由于没有有源器件的寄生参数影响，衰减器具有很高的带宽。所述的高精度增益控制单元包括一个Cherry-Hooper宽带放大器和数字控制的可变跨导阵列，高精度增益控制单元通过在Cherry-Hooper放大器的第一级并联一个数字控制的可变跨导阵列来实现精确的增益控制。该可变跨到阵列为二进制权重结构，每一位控制位对应控制的跨导值都为低一位控制位对应控制跨导值的两倍；增益控制位由查找表所决定，从而实现精确的增益控制。所述的固定增益放大器采用所述的固定增益放大器采用差分螺旋电感作为负载，并采用反相密勒补偿电容消除输入差分对的寄生电容，从而实现了大带宽。

因此本发明所述的超宽带高精度可变增益放大器具有大带宽的特性，能够处理高速的信号。 

本发明所述的无缘电阻衰减器，其具有固定的衰减步长，通过切换开关改变电阻分压来实现信号衰减。该衰减器的衰减步长由电阻之间的比值所决定，因此不随着工艺和温度的变化而变化，具有很高的增益控制精度。

本发明所述的高精度增益控制单元，其通过在Cherry-Hooper放大器的第一级并联一个可变跨导阵列来实现增益控制。可变跨导阵列的控制位通过查找表而不是指数近似函数来确定，从而实现指数线性增益控制和高增益控制精度。

附图说明

图1为简化的磁盘读写通道的结构示意图。

图2为本发明的可变增益放大器的结构图。

图3为图2中无缘电阻衰减器的电路图。

图4为图2中高精度增益控制单元的结构图。

图5为图2中高精度增益控制单元的电路图。

图6为图2固定增益放大器的电路图。

具体实施方式

本发明提出的超宽带高精度可变增益放大器，其结构如附图2所示。该可变增益放大器（200）包括一个无缘电阻衰减器（201）、一个高精度增益控制单元（202）和一个固定增益放大器（203）。信号首先经过所述无缘衰减器（201），