一種高穩定性可編程增益放大器結構的製作方法

2024-02-13 21:07:15 2

專利名稱：一種高穩定性可編程增益放大器結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可編程增益放大器，具體為一種應用電容陣列實現增益範圍內高穩定性的可編程增益放大器結構及實現電路。
背景技術：
在無線通信系統中，接收機收到的信號強度會隨著接收機離發射機的距離改變或障礙物等因素而改變。為了使接收機在不同的輸入信號強度下保持相對穩定的輸出信號幅度，需要在接收鏈路中設置增益調節功能，當信號較強時將接收機增益降低，而信號較弱時則增大增益。可編程增益放大器需要具有較大的增益調節範圍。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，以獲得較大的增益調節範圍。傳統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，從而導致整個級聯可編程增益放大器的穩定性降低。如何優化不同增益下級聯可編程增益放大器的穩定性，已經成為一個值得關注的問題。

實用新型內容本實用新型提出一種高穩定性可編程增益放大器結構，針對傳統結構可編程增益放大器因結構限制無法針對不同增益條件優化其穩定性的問題，提出一種在不同增益下實現穩定性優化的可編程增益放大器結構及電路實現實用新型，適用於無線通訊領域。為了達到上述目的，本實用新型提出一種高穩定性可編程增益放大器結構，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，並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。進一步的，所述輸入電阻為電阻陣列，通過數位訊號控制選擇不同的電阻值。進一步的，所述反饋電阻的電阻值恆定。進一步的，所述運算放大器為帶零點補償的兩級運算放大器。進一步的，所述直流消除電路包括有源RC低通濾波器與串聯電阻，所述串聯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。進一步的，所述電容陣列與反饋電阻並聯，其電容值依據數位訊號編碼可變。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點(I)電路結構簡單，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位訊號控制電容陣列構成，電路原 理清晰明了。(2)如圖I所示，電容陣列並接在運算放大器的輸入與輸出端，由數字編碼控制其電容值。根據不同的增益，選擇不同的電容值，達到優化可編程增益放大器穩定性的目的。[0016](3)電路中增加直流消除電路，消除直流失調電壓，保證後級電路不會應直流失調電壓過大而產生飽和失真。綜上所述，使用新型結構的相比於傳統結構的可編程增益放大器，在不同增益條件下工作穩定性方面更為優越。

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構示意圖。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內容，特舉具體實施例並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構示意圖。本實用新型提出一種高穩定性可編程增益放大器結構，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，並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構成。其中輸入電阻陣列Rs與電容陣列Cp均由數位訊號控制單元控制。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並聯跨接在運算放大器OPAM的兩端。可編程增益放大器的增益取決於反饋電阻Rf與輸入電阻陣列Rs的電阻值之比。輸入電阻陣列Rs的阻值根據數字控制信號而改變，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。可編程增益放大器的主模塊由運算放大器0ΡΑΜ、反饋電阻Rf以及輸入電阻Rs構成。其中，輸入電阻Rs為電阻陣列，通過數位訊號控制選擇不同的電阻值，達到增益可變的目的。直流消除電路於利用有源RC低通濾波器LPF的低通特性，在反饋電路中形成高通特性，消除直流失調電壓。為了優化可編程增益放大器在不同增益下的穩定性，本實用新型將由數位訊號控制的電容陣列Cp並接到運算放大器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變化引起的不穩定性，抑制帶內紋波，達到優化不同增益條件下可編程增益放大器穩定性的目的。該實用新型有助於解決傳統可編程增益放大器在不同增益下的穩定性問題。本實用新型的電路結構如圖I所示，詳細描述如下I.可編程增益放大器主電路使用電阻反饋結構；反饋電阻Rf的電阻值恆定，輸入電阻Rs為電阻陣列，其電阻值依據數位訊號編碼可變。2.可編程增益放大器主電路使用的運算放大器OPAM為全差分結構，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與串聯電阻Ro實現。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並聯，跨接在運算放大器OPAM輸入輸出端，其電容值依據數位訊號編碼可變。可以有效增強可編程增益放大器的穩定性。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 器的主要部分構成了反饋環路，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，達到了消除直流失調電壓的目的。可編程增益放大器所應用的運算放大器OPAM基本結構如附圖2所示。該運算放大器OPAM為帶零點補償的兩級運算放大器。第一級差分放大器由Ml至M5管構成，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，為放大器提供相對恆定的電流，其電流值主要取決於柵極的偏置電壓Vbias以及製造工藝。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管構成，其結構為共源結構。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的漏極相連構成兩級運算放大器的差分輸出端。密勒電容Ce與調零電阻Rz串聯，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，並保證在所需頻帶內運算放大器具有良好的穩定性。共模反饋電路由MlO至M14管以及電阻Re構成，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為二極體接法的負載，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，達到穩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的應用。電容陣列Cp的結構如附圖3所示，其中Sff. · · SW〈n>為MOS開關，Cp〈0>. · · Cp〈n>為與MOS開關相對應的電容。三角括號〈> 內數字相同的開關與電容相串聯構成一組。根據需要選擇多組開關與電容對，將它們按附圖3方式並聯。電容Cp〈0>. ..Cp〈n>對應著不同的電容值。根據增益的變化，即輸入電阻Rs電阻值的變化，通過數位訊號控制開關SW〈0>至SW〈n>的開啟與關閉，選擇不同的電容值來獲得恰當的極點，抑制帶內紋波，使得可編程增益放大器的穩定工作。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本實用新型。本實用新型所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求1.一種高穩定性可編程增益放大器結構，其特徵在於，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，並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.根據權利要求I所述的高穩定性可編程增益放大器結構，其特徵在於，所述輸入電阻為電阻陣列，通過數位訊號控制選擇不同的電阻值。
3.根據權利要求I所述的高穩定性可編程增益放大器結構，其特徵在於，所述反饋電阻的電阻值恆定。
4.根據權利要求I所述的高穩定性可編程增益放大器結構，其特徵在於，所述運算放大器為帶零點補償的兩級運算放大器。
5.根據權利要求I所述的高穩定性可編程增益放大器結構，其特徵在於，所述直流消除電路包括有源RC低通濾波器與串聯電阻，所述串聯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.根據權利要求I所述的高穩定性可編程增益放大器結構，其特徵在於，所述電容陣列與反饋電阻並聯，其電容值依據數位訊號編碼可變。
專利摘要本實用新型提出一種高穩定性可編程增益放大器結構，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消除電路。其中，運算放大器與電阻陣列實現閉環反饋控制構成可編程增益放大器的主體結構。直流失調消除電路由有源RC低通濾波器構成，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成的反饋迴路中形成高通特性，以達到消除直流失調的作用。跨接在運算放大器兩端的電容陣列，通過數位訊號控制電容值的變化，實現對不同增益下，對可編程增益放大器頻響特性帶內紋波的抑制，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 優先權日2011年12月30日
發明者孫翔, 方澤嬌, 楊暘 申請人:上海集成電路研發中心有限公司