阅读说明：本技术 一种高线性可变增益放大器 (A kind of highly linear variable gain amplifier ) 是由 李翔宇 胡建平 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可变增益放大器,所述增益放大器包括输入PMOS差分晶体管MP1和MP2,负载电流源I<Sub>L1</Sub>、I<Sub>L2</Sub>和I<Sub>R</Sub>,负载晶体管MP3、MP4、MP5和MP6,共源共栅晶体管MN1、MN2、MN3和MN4。本发明采用负载跨导降低技术,使得输出阻抗显著增加,基于单级运放结构能够获得高增益的特性。本发明结合时间增益补偿技术,能够实现高线性的可变增益放大器。本发明相对于传统的可变增益放大器而言,电压增益范围更大,结构简单,功耗较低。(The invention discloses a kind of variable gain amplifier, the gain amplifier includes input PMOS difference transistor MP1 and MP2, load current source I L1 、I L2 And I R , load transistor MP3, MP4, MP5 and MP6, cascode transistors MN1, MN2, MN3 and MN4.The present invention, which reduces technology using load mutual conductance, can obtain the characteristic of high-gain based on single-stage amplifier structure so that output impedance is dramatically increased.Binding time gain compensation technology of the present invention, can be realized the variable gain amplifier of High Linear.The present invention is for traditional variable gain amplifier, and voltage gain range is bigger, and structure is simple, and power consumption is lower.)

一种高线性可变增益放大器

技术领域

本发明属于集成电路设计与制造技术领域，涉及一种单级线性高线性可变增益放大器电路。

背景技术

在无线通信接收机系统中，可变增益放大器的主要功能是放大微弱信号，以保持适当的信号功率水平，从而降低接收电路的动态范围。由于接收电路的采集信号大部分是指数衰减的，因此可变增益放大器需要具有线性增益特性。一般可变增益放大器的增益通常由电路参数的比率控制，例如一般开环结构由输入和负载晶体管的跨导比率控制，通过控制电流来调整电压增益，遵循近似的指数增益函数。一般结构的可变增益放大器一级可实现的增益范围在30dB左右。为了获取40dB以上的电压增益则需要级联多级结构，这会显著增加芯片功耗和面积。

发明内容

针对现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种具有简单电路结构的可变增益放大器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可变增益放大器，包括输入PMOS差分晶体管MP1和MP2，负载电流源I_L1、I_L2和I_R，负载晶体管MP3、MP4、MP5和MP6，共源共栅晶体管MN1、MN2、MN3和MN4，其中：

所述负载电流源I_L1的一端接电源VCC，另一端接输入PMOS差分晶体管MP1的源极，同时接输入PMOS差分晶体管MP2的源极；

所述输入PMOS差分晶体管MP1的栅极接输入信号Vip，漏极接共源共栅晶体管MN1的源极，同时接共源共栅晶体管MN3的漏极；

所述输入PMOS差分晶体管MP2的栅极接输入信号Vin，漏极接共源共栅晶体管MN2的源极，同时接共源共栅晶体管MN4的漏极；

所述共源共栅晶体管MN3的源极接地，栅极同共源共栅晶体管MN4的栅极相连，同时与共源共栅晶体管MN1的漏极、负载晶体管MP3的栅极和漏极、负载晶体管MP4的漏极和MP5的栅极相连；

所述共源共栅晶体管MN4的源极接地，漏极同共源共栅晶体管MN2的源极相连；

所述共源共栅晶体管MN1的栅极与共源共栅晶体管MN2的栅极相连，同时接偏置电压Vb；

所述共源共栅晶体管MN2的漏极接输出Vout，同时与负载晶体管MP6的栅极和漏极、负载晶体管MP5的漏极和MP4的栅极相连；

所述负载晶体管MP3的源极同负载晶体管MP6的源极相连，同时与负载电流源I_R的一端相连；

所述负载电流源I_R的另一端接电源VCC；

所述负载晶体管MP4的源极同负载晶体管MP5的源极相连，同时与负载电流源I_L2的一端相连；

所述负载电流源I_L2的另一端接电源VCC。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明采用负载跨导降低技术，使得输出阻抗显著增加，基于单级运放结构能够获得高增益的特性。

2、本发明结合时间增益补偿技术，能够实现高线性的可变增益放大器，线性增益范围约为40dB。

3、本发明相对于传统的可变增益放大器而言，电压增益范围更大，结构简单，功耗较低。

附图说明

图1为高线性可变增益放大器电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种高线性可变增益放大器，如图1所示，所述可变增益放大器包括输入PMOS差分晶体管MP1和MP2，负载电流源I_L1、I_L2和I_R，负载晶体管MP3、MP4、MP5和MP6，共源共栅晶体管MN1、MN2、MN3和MN4，其中：

所述负载电流源I_L1的一端接电源VCC，另一端接输入PMOS差分晶体管MP1的源极，同时接输入PMOS差分晶体管MP2的源极；

所述输入PMOS差分晶体管MP1的栅极接输入信号Vip，漏极接共源共栅晶体管MN1的源极，同时接共源共栅晶体管MN3的漏极；

所述输入PMOS差分晶体管MP2的栅极接输入信号Vin，漏极接共源共栅晶体管MN2的源极，同时接共源共栅晶体管MN4的漏极；

所述共源共栅晶体管MN3的源极接地，栅极同共源共栅晶体管MN4的栅极相连，同时与共源共栅晶体管MN1的漏极、负载晶体管MP3的栅极和漏极、负载晶体管MP4的漏极和MP5的栅极相连；

所述共源共栅晶体管MN4的源极接地，漏极同共源共栅晶体管MN2的源极相连；

所述共源共栅晶体管MN1的栅极与共源共栅晶体管MN2的栅极相连，同时接偏置电压Vb；

所述共源共栅晶体管MN2的漏极接输出Vout，同时与负载晶体管MP6的栅极和漏极、负载晶体管MP5的漏极和MP4的栅极相连；

所述负载晶体管MP3的源极同负载晶体管MP6的源极相连，同时与负载电流源I_R的一端相连；

所述负载电流源I_R的另一端接电源VCC；

所述负载晶体管MP4的源极同负载晶体管MP5的源极相连，同时与负载电流源I_L2的一端相连；

所述负载电流源I_L2的另一端接电源VCC。

本发明中，所述负载电流源I_R为固定电流值的电流源，一般由带隙基准电流源产生，任何形式的变种都属于本发明的保护范畴。

本发明中，所述负载电流源I_L1和I_L2均为可变电流值的电流源，一般由带负反馈的压控电流源结构组成，任何形式的变种都属于本发明的保护范畴。

本发明中，所述高线性可变增益放大器采用单级结构，核心电路由输入差分对晶体管、共源共栅晶体管、低跨导负载、可变尾电流源等组成。负载电流源I_L2随着放大器增益的增加而增加。二极管连接形式的负载电流源I_R为恒定电流源。该高线性可变增益放大器的增益可表示为：

需要说明的是，负载电流源I_L1＝I_L2，g_mp1为输入管的跨导，g_mp3为晶体管MP3的跨导，g_mp4为晶体管MP4的跨导。W_in为输入管的栅宽，W_out为输出晶体管的栅宽。输入晶体管和输出晶体管的栅长相等。负载晶体管MP3、MP4、MP5和MP6的宽长比相等，由上式可得到的增益由可变电流源I_L(I_L＝I_L1＝I_L2)控制，增益变化范围较大，A_V/I_L的曲线中间区域以dB为衡量单位时近似线性。结合时间增益补偿技术，能够实现高线性的可变增益放大器。时间增益补偿技术是较为成熟的非线性校准技术，不属于本发明的阐述内容。

本发明的高线性可变增益放大器可应用于超声成像系统中，在该应用中对于接收电路的动态范围要求较高，直接决定了成像系统的分辨率。在超声回波信号传输时会产生衰减，因此需要实时控制电压增益，以便补偿超声回波信号随时间变化所产生的衰减，而且该电压增益补偿应随着时间以对数的形式增加，符合本发明的高线性可变增益放大器的技术特征。