專利名稱：一種高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可編程增益放大器，具體為一種應(yīng)用電容陣列實現(xiàn)增益范圍內(nèi)高穩(wěn)定性的可編程增益放大器結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)電路。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，接收機(jī)收到的信號強度會隨著接收機(jī)離發(fā)射機(jī)的距離改變或障礙物等因素而改變。為了使接收機(jī)在不同的輸入信號強度下保持相對穩(wěn)定的輸出信號幅度，需要在接收鏈路中設(shè)置增益調(diào)節(jié)功能，當(dāng)信號較強時將接收機(jī)增益降低，而信號較弱時則增大增益?？删幊淘鲆娣糯笃餍枰哂休^大的增益調(diào)節(jié)范圍。在大部分情況下需要多級最大增益較低的可編程增益放大器級聯(lián)，以獲得較大的增益調(diào)節(jié)范圍。傳統(tǒng)的可編程增益放大器需要改變其反饋電阻與輸入電阻的電阻值之比來實現(xiàn)增益可變。電阻的變化會造成各級可編程增益放大器的輸入輸出阻抗的變化，從而導(dǎo)致整個級聯(lián)可編程增益放大器的穩(wěn)定性降低。如何優(yōu)化不同增益下級聯(lián)可編程增益放大器的穩(wěn)定性，已經(jīng)成為一個值得關(guān)注的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型提出一種高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)可編程增益放大器因結(jié)構(gòu)限制無法針對不同增益條件優(yōu)化其穩(wěn)定性的問題，提出一種在不同增益下實現(xiàn)穩(wěn)定性優(yōu)化的可編程增益放大器結(jié)構(gòu)及電路實現(xiàn)實用新型，適用于無線通訊領(lǐng)域。為了達(dá)到上述目的，本實用新型提出一種高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，包括可編程增益放大器主模塊，其包括運算放大器、反饋電阻以及輸入電阻；直流消除電路，并接在所述運算放大器輸入輸出兩端；以及，電容陣列，跨接在所述運算放大器輸入端與輸出端。進(jìn)一步的，所述輸入電阻為電阻陣列，通過數(shù)字信號控制選擇不同的電阻值。進(jìn)一步的，所述反饋電阻的電阻值恒定。進(jìn)一步的，所述運算放大器為帶零點補償?shù)膬杉夁\算放大器。進(jìn)一步的，所述直流消除電路包括有源RC低通濾波器與串聯(lián)電阻，所述串聯(lián)電阻的一端與所述運算放大器的輸入端相連，另一端與所述有源RC低通濾波器的輸出端相連，所述有源RC低通濾波器的輸入端與運算放大器的輸出端相連。進(jìn)一步的，所述電容陣列與反饋電阻并聯(lián)，其電容值依據(jù)數(shù)字信號編碼可變。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點(I)電路結(jié)構(gòu)簡單，本實用新型基本單元為由可編程增益放大器主電路、直流消除電路以及數(shù)字信號控制電容陣列構(gòu)成，電路原 理清晰明了。(2)如圖I所示，電容陣列并接在運算放大器的輸入與輸出端，由數(shù)字編碼控制其電容值。根據(jù)不同的增益，選擇不同的電容值，達(dá)到優(yōu)化可編程增益放大器穩(wěn)定性的目的。[0016](3)電路中增加直流消除電路，消除直流失調(diào)電壓，保證后級電路不會應(yīng)直流失調(diào)電壓過大而產(chǎn)生飽和失真。綜上所述，使用新型結(jié)構(gòu)的相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可編程增益放大器，在不同增益條件下工作穩(wěn)定性方面更為優(yōu)越。

圖I所示為本實用新型較佳實施例的可編程增益放大器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本實用新型較佳實施例的運算放大器的原理電路圖。圖3所示為本實用新型較佳實施例的電容陣列原理圖。
具體實施方式為了更了解本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。請參考圖1，圖I所示為本實用新型較佳實施例的可編程增益放大器電路結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型提出一種高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，包括可編程增益放大器主模塊，其包括運算放大器0ΡΑΜ、反饋電阻Rf以及輸入電阻Rs;直流消除電路，并接在所述運算放大器OPAM輸入輸出兩端；以及，電容陣列Cp，跨接在所述運算放大器OPAM輸入端與輸出端。參照附圖1，虛線以上的部分為本次可編程增益放大器的主體部分，虛線以下為直流消除電路。可編程增益放大器的主體部分由運算放大器0ΡΑΜ、反饋電阻Rf、輸入電阻陣列Rs以及電容陣列Cp構(gòu)成。其中輸入電阻陣列Rs與電容陣列Cp均由數(shù)字信號控制單元控制。輸入電阻陣列Rs與運算放大器OPAM的輸入端相連接，電容陣列Cp與反饋電阻Rf并聯(lián)跨接在運算放大器OPAM的兩端。可編程增益放大器的增益取決于反饋電阻Rf與輸入電阻陣列Rs的電阻值之比。輸入電阻陣列Rs的阻值根據(jù)數(shù)字控制信號而改變，從而得到增益可編程的目的。本實用新型設(shè)計的可編程增益放大器包括可編程增益放大器主模塊、直流消除電路以及電容陣列?？删幊淘鲆娣糯笃鞯闹髂K由運算放大器0ΡΑΜ、反饋電阻Rf以及輸入電阻Rs構(gòu)成。其中，輸入電阻Rs為電阻陣列，通過數(shù)字信號控制選擇不同的電阻值，達(dá)到增益可變的目的。直流消除電路于利用有源RC低通濾波器LPF的低通特性，在反饋電路中形成高通特性，消除直流失調(diào)電壓。為了優(yōu)化可編程增益放大器在不同增益下的穩(wěn)定性，本實用新型將由數(shù)字信號控制的電容陣列Cp并接到運算放大器OPAM兩端，配合可編程增益放大器增益的變化選擇不同的電容值，消除輸入電阻Rs變化引起的不穩(wěn)定性，抑制帶內(nèi)紋波，達(dá)到優(yōu)化不同增益條件下可編程增益放大器穩(wěn)定性的目的。該實用新型有助于解決傳統(tǒng)可編程增益放大器在不同增益下的穩(wěn)定性問題。本實用新型的電路結(jié)構(gòu)如圖I所示，詳細(xì)描述如下I.可編程增益放大器主電路使用電阻反饋結(jié)構(gòu)；反饋電阻Rf的電阻值恒定，輸入電阻Rs為電阻陣列，其電阻值依據(jù)數(shù)字信號編碼可變。2.可編程增益放大器主電路使用的運算放大器OPAM為全差分結(jié)構(gòu)，可以有效的抑制共模噪聲。3.直流消除電路由有源RC低通濾波器LPF與串聯(lián)電阻Ro實現(xiàn)。電阻Ro的一端與運算放大器OPAM的輸入端相連，另一端與有源RC低通濾波器LPF的輸出端相連；有源RC低通濾波器LPF的輸入端與運算放大器OPAM的輸出端相連。4.電容陣列與反饋電阻Rf并聯(lián)，跨接在運算放大器OPAM輸入輸出端，其電容值依據(jù)數(shù)字信號編碼可變?？梢杂行г鰪娍删幊淘鲆娣糯笃鞯姆€(wěn)定性。附圖I中虛線以下部分為直流消除電路，其目的是消除直流失調(diào)電壓。這樣直流消除電路與可編程增益放大 器的主要部分構(gòu)成了反饋環(huán)路，整個可編程增益放大器的傳輸特性為帶通特性，濾除了直流分量，達(dá)到了消除直流失調(diào)電壓的目的。可編程增益放大器所應(yīng)用的運算放大器OPAM基本結(jié)構(gòu)如附圖2所示。該運算放大器OPAM為帶零點補償?shù)膬杉夁\算放大器。第一級差分放大器由Ml至M5管構(gòu)成，其中Ml、M2和M3為PMOS管，M4與M5為NMOS管。Ml作為差分放大器的電流源，為放大器提供相對恒定的電流，其電流值主要取決于柵極的偏置電壓Vbias以及制造工藝。M2與M3作為輸入對管，其作用是放大電信號。M4與M5為電流源負(fù)載管，其柵極的偏置電壓由下文介紹共模反饋電路提供。M2、M3的漏極分別與M4、M5的漏極相連構(gòu)成第一級放大器的差分輸出端。第二級放大器由M6至M9管構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)為共源結(jié)構(gòu)。M6、M7為NMOS管，M8、M9為PMOS管。M6與M7作為第二級放大器的輸入對管，M8與M9為其電流源負(fù)載管，其柵極電壓同樣由Vbias提供。M6、M7的漏極分別與M8、M9的漏極相連構(gòu)成兩級運算放大器的差分輸出端。密勒電容Ce與調(diào)零電阻Rz串聯(lián)，跨接在第一級放大的輸出端與第二級放大器的輸出端，其作用是提供所需的單位增益帶寬積，并保證在所需頻帶內(nèi)運算放大器具有良好的穩(wěn)定性。共模反饋電路由MlO至M14管以及電阻Re構(gòu)成，其中M10、M11和M12為PMOS管，M13與M14為NMOS管。MlO作為共模反饋電路的電流源，其電流值同樣由其柵極的偏置電壓Vbias所決定。Mll與M12為輸入管，通過兩個完全相等的電阻Re串聯(lián)連接在兩級運算放大器的差分輸出端，在兩個Re相連端獲得兩級運算放大器的輸出共模電壓。Mll的柵極與兩個Re相連端相連，以運算放大器輸出共模電壓為偏置電壓，M12的柵極由參考電壓源Vref提供偏置。M13與M14為二極管接法的負(fù)載，其柵極分別與各自的漏極相接。M13的柵極與M4、M5的柵極相連，為它們提供柵極偏置電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出共模電壓的目的。本次實用新型的主要部分為電容陣列Cp的應(yīng)用。電容陣列Cp的結(jié)構(gòu)如附圖3所示，其中Sff<0>. · · SW〈n>為MOS開關(guān)，Cp〈0>. · · Cp〈n>為與MOS開關(guān)相對應(yīng)的電容。三角括號〈> 內(nèi)數(shù)字相同的開關(guān)與電容相串聯(lián)構(gòu)成一組。根據(jù)需要選擇多組開關(guān)與電容對，將它們按附圖3方式并聯(lián)。電容Cp〈0>. ..Cp〈n>對應(yīng)著不同的電容值。根據(jù)增益的變化，即輸入電阻Rs電阻值的變化，通過數(shù)字信號控制開關(guān)SW〈0>至SW〈n>的開啟與關(guān)閉，選擇不同的電容值來獲得恰當(dāng)?shù)臉O點，抑制帶內(nèi)紋波，使得可編程增益放大器的穩(wěn)定工作。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 可編程增益放大器主模塊，其包括運算放大器、反饋電阻以及輸入電阻； 直流消除電路，并接在所述運算放大器輸入輸出兩端；以及， 電容陣列，跨接在所述運算放大器輸入端與輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輸入電阻為電阻陣列，通過數(shù)字信號控制選擇不同的電阻值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反饋電阻的電阻值恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述運算放大器為帶零點補償?shù)膬杉夁\算放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述直流消除電路包括有源RC低通濾波器與串聯(lián)電阻，所述串聯(lián)電阻的一端與所述運算放大器的輸入端相連，另一端與所述有源RC低通濾波器的輸出端相連，所述有源RC低通濾波器的輸入端與運算放大器的輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電容陣列與反饋電阻并聯(lián)，其電容值依據(jù)數(shù)字信號編碼可變。
專利摘要本實用新型提出一種高穩(wěn)定性可編程增益放大器結(jié)構(gòu)，包括運算放大器以及與之相連的電阻陣列、電容陣列以及直流失調(diào)消除電路。其中，運算放大器與電阻陣列實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制構(gòu)成可編程增益放大器的主體結(jié)構(gòu)。直流失調(diào)消除電路由有源RC低通濾波器構(gòu)成，該濾波器的輸入端與可變增益放大器的輸出端相接，其主要作用是在直流消除電路構(gòu)成的反饋回路中形成高通特性，以達(dá)到消除直流失調(diào)的作用?？缃釉谶\算放大器兩端的電容陣列，通過數(shù)字信號控制電容值的變化，實現(xiàn)對不同增益下，對可編程增益放大器頻響特性帶內(nèi)紋波的抑制，從而提高可編程增益放大器在不同增益條件下的穩(wěn)定性。
文檔編號H03F1/32GK202488406SQ20112057067
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者孫翔, 方澤嬌, 楊旸 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司