[发明专利]用于可变增益放大器的具有宽可调谐范围的负载电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变增益放大器的负载电路，更具体地，涉及包括采用二极管连接的MOS对管实现负载网络以及在负载网络中引入源极退化结构，有效地提高了可变增益放大器的增益动态范围，且该结构引入的额外静态功耗极低。

背景技术

在现代通信系统中，由于移动台用户的随机移动，它离基站的距离是不确定的，因此接收到基站的信号的强弱变化很大，形成所谓的“远近效应”。在电波传播过程中由于大建筑物的阻挡，形成“阴影”效应，也使得接收机天线接收到的有用信号强度随机变化。为了保证解调器和A/D变换器的最佳工作，即保证它们的输入端电平的恒定，则需要对有用信号进行放大和衰减，可变增益放大器（Variable Gain Amplifier,VGA，以下统称为VGA）是实现这一功能的重要模块。VGA的增益可以随控制信号变化，在无线通信和收发系统中，起着至关重要重要的作用。此外，VGA还被广泛应用于磁盘读取驱动电路、磁盘数据存储系统、电视调谐器、电磁计量器、高频滤波器、医疗电子设备等领域。

目前，在第三代移动通信系统中，VGA要求具有较宽的增益控制变化范围，使得接收机在接收很强或极弱信号时，不会产生饱和而过载或使信号淹没在噪声中而接收不到信号的现象，从而保证系统的正常工作。现今，基于有源MOS负载可变的VGA结构是较为常见的结构之一。该结构是通过控制尾电流变化来实现等效负载阻抗的变化，能实现不同的增益，但在器件尺寸确定后增益动态范围比较有限。

经过专利检索，提高VGA的增动态范围有很多实现方法，但对于这种针对提高二极管连接的MOS负载电路的可调谐范围的实现方法，鲜有发表的专利和文献。传统的采用多个单级VGA级联来提高整体VGA增益动态范围的方法，不仅引入较大的额外功耗，而且多个单级VGA的采用还会消耗大量的芯片面积，不符合低功耗、低成本的系统发展趋势。因此，提出一种用于可变增益放大器的具有宽可调谐范围的负载电路。该结构的负载电路能够在其相同的尾电流变化范围内，有效地提高VGA的增益动态范围，且相较于传统的改善VGA增益动态范围的方法，该结构引入的额外功耗很低。

参考文献

[1]Paul R.Gray，Paul J.Hurst等著，张晓林等译.模拟集成电路的分析与设计.北京：高等教育出版社，2008.6。

[2]A.I.A.Cunha,M.C.Schneider,C.G.Muntoro,An MOS Transistor Model for Analog Circuit Design,IEEE J.of Solid-State Circuits,Vol.33,No.10,pp.1510-1519,October1998。

[3]C.T.Fu,H.Luong,CMOS Linear-in-dB High-Linearity Variable Gain Amplifier for UWB Receivers,IEEE Asian Solid-State Circuits Conf.,pp.103-106,November2007。

[4]《低功耗、高线性CMOS可编程放大器》王自强，池保勇，王志华；清华大学学报，2006，46：519-522。

发明内容

针对上述现有技术，为了确保在接收信号很强或极弱的条件下，系统仍能保持正常工作，同时为了保证芯片长期稳定工作及低成本使用，该电路结构在实现VGA宽的增益动态范围时必须尽可能避免引入额外的功耗。传统的提高基于负载可变的VGA的增益动态范围的方法存在较大的静态功耗，因此，本发明提供一种用于可变增益放大器的具有宽可调谐范围的负载电路。当采用基于带源极退化结构的负载可变的方法实现可变增益放大器VGA时，能够有效地提高VGA的增益动态范围，而且该源极退化结构引入的额外功耗极低。

为了解决上述技术问题，本发明用于可变增益放大器的具有宽可调谐范围的负载电路予以实现的一个技术方案是：包括可变增益放大器的负载对管，所述负载对管是由两个二极管连接形成的MOS管M6和MOS管M7构成；还包括两个源漏对应短接的、并联的MOS管M8和MOS管M9，所述MOS管M8和MOS管M9并接在负载对管的源极，所述MOS管M8的栅极接入有固定电平VR1，所述MOS管M9的栅极接入有固定电平VR2。