[发明专利]一种高增益精度可编程增益放大器

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路设计领域，具体涉及一种低功耗高精度的可编程增益放大器。

背景技术

在无线通信系统中，接受信号经过传播通道后往往具有较大的动态范围，例如，在GSM无线接收机中就需要大约80dB的增益变化。为了得到一个相对恒定的信号，需要一个自动增益控制系统来调节接收信号的幅度。其中，可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA）作为自动增益控制系统的核心模块，其性能优劣对无线通信系统至关重要。随着无线通信系统的高速发展，系统对PGA的功耗和增益精度的要求越来越高，因此，低功耗高精度的PGA逐渐成为研究热点。

通常有两种方式来实现PGA的增益调节，一种是开环工作方式，其增益一般可以表示为放大管的等效输入跨导和负载管的等效输出阻抗的乘积，通过改变跨导或者输出阻抗调节增益。这种方式结构简单，功耗较低，但增益精度叫差；另一种是闭环工作方式，其增益一般由反馈因子与输入阻抗的比值决定，通过改变反馈因子来调节增益。这种方式性能稳定，增益精度高，但功耗偏大。

图1所示为一种基于开环负载可变共源级放大器的可编程增益放大器。该可编程增益放大器选用MOS管为基础的开关电阻阵列作为其可变负载，具有占用面积小、压降小的优点，但是MOS管电阻受工艺影响较大。放大器的增益等于输入跨导与负载跨导的比值，当输入跨导保持不变时，改变负载跨导可以实现增益调节。负载跨导的改变是通过单刀双掷开关开启相应的负载MOS管来实现的，即当选择相应的MOS管工作时，通过开关的调整将该MOS管的栅极与漏极相连接，同时将其他负载MOS管的栅极与电源相连使其关断。

这种结构的可编程增益放大器通过改变负载跨导来实现增益调节，结构简单，功耗较低，但是难以精确控制增益，输出信号的动态范围也同样受限。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种低功耗高精度的可编程增益放大器，以满足通信系统对可编程增益放大器的低功耗高增益精度的要求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的低功耗高精度的可编程增益放大器由一个闭环电阻负反馈结构的增益细调级和一个开环负载可变共源级放大器结构的增益粗调级进行级联形成；该放大器电路有正、负两路输入、输出，该两路电路完全对称设计，其中负输入、输出信号处理电路为：

所述的闭环电阻负反馈结构的增益细调级中，第十一开关的两端分别接在信号负输入端与第一电阻之间，第一电阻的另一端接第一运算放大器的反向输入端，第一运算放大器的正输出端接第十二开关，第十二开关的另一端是本级的输出端；其中，在第一运算放大器的输入端与输出端之间并联连接6组由开关和电阻串联组成的负反馈开关电阻网络，第一组由第二一开关、第二电阻、第二二开关串联组成；第二组由第三一开关、第三电阻、第三二开关串联组成；第三组由第四一开关、第四电阻、第四二开关串联组成；第四组由第五一开关、第五电阻、第五二开关串联组成；第五组由第六一开关、第六电阻、第六二开关串联组成；第六组由第七一开关、第七电阻、第七二开关串联组成；反向第一开关的一端接在第十一开关与信号负输入端之间，另一端接在第十二开关与第八一开关之间；

所述的开环负载可变共源级放大器结构的增益粗调级中，第八一开关的两端分别接在第十二开关和第二运算放大器的反向输入端之间，第二运算放大器正输出端接第八二开关，第八二开关的另一端是本级放大器的信号负输出端；反向第二开关的一端接在第十二开关与第八一开关之间，另一端接在第八二开关与信号负输出端之间。