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专利号: 2013102940784
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电子电路
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低功耗可变增益放大器,其特征在于:包括差分共源极放大单元、可变负载电阻阵列Rd1~Rd(n-1)、第一数字控制开关阵列A1~An-1、第二数字控制开关阵列 可变电流源阵列I1~In-1、可变源级反馈电阻阵列Rs1~Rs(n-1)、开关阵列K1~Kn-1、固定电流源I0和ISS、固定电阻Rd0和Rs0,所述差分共源极放大单元,包括并联的第一差分放大管M1和第二差分放大管M2,用于接收并放大差分信号,

所述可变负载电阻阵列Rd1~Rd(n-1)和固定电阻Rd0串联后连接在电源电压VDD和差分共源极放大单元的漏极之间,可变负载电阻阵列Rd1~Rd(n-1)中的有效接入电阻值由第一数字控制开关阵列A1~An-1所控制,所述可变电流源阵列I1~In-1,连接在电源电压VDD和差分共源极放大单元的漏极之间,该可变电流源阵列I1~In-1的电流源由第二数字控制开关阵列 所控制,第二数字控制开关阵列 与第一数字控制开关阵列A1~An-1开关状态相反,即若开关A1导通,则开关 断开;若开关A1断开,则开关 导通,所述可变源级反馈电阻阵列Rs1~Rs(n-1)中每个电阻和固定电阻Rs0并联后连接在第一差分放大管M1的源极和第二差分放大管M2的源极之间,可变源级反馈电阻阵列Rs1~Rs(n-1)中的有效接入电阻值由开关阵列K1~Kn-1所控制,所述固定电流源I0连接在电源电压VDD和差分共源极放大单元的漏极之间,所述固定电流源ISS连接在差分共源极放大单元的源极和接地电压之间,

所述可变增益放大器输出共模电压满足以下条件式:

其中 为第一数字控制开关阵列A1,A2…An-1的开关状态,若第一数字控制开关

阵列A1,A2…An-1全部导通,则 的值均为0;若第一数字控制开关阵列A1,A2…

An-1全部断开,则 的值均为1;B1,B2…Bn-1为第二数字控制开关阵列

的开关状态,若第二数字控制开关阵列 全部导通,则B1,B2…

Bn-1的值均为1;若第二数字控制开关阵列 全部断开,则B1,B2…Bn-1的值均为

0;且 和A1,A2…An-1互为逻辑相反信号,即A1若导通,则 关断,A1若关断,则导通;VC表示设计所期望的输出共模电压值。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗可变增益放大器,其特征在于:所述可变负载电阻阵列Rd1~Rd(n-1)由n-1个电阻串联,由所述数字控制开关阵列A1~An-1来控制使对应的每个电阻Rd1,Rd2……,Rd(n-1)被短路或被接入负载,从而改变负载的电阻值。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗可变增益放大器,其特征在于:所述可变源级反馈电阻阵列Rs1~Rs(n-1)由n-1个电阻并联,其中每一个电阻的一端连接到所述第一差分放大管M1的源极,所述每一个电阻的另一端连接到所述第二差分放大管M2的源极,开关阵列K1~Kn-1中的开关K1与电阻Rs1串联,开关K2与电阻Rs2串联,……,开关Kn-1与电阻Rs(n-1)串联,从而通过开关阵列K1~Kn-1中的开关K1,K2……,Kn-1断开和导通,来改变接入源极的电阻值。

4.根据权利要求3所述的一种低功耗可变增益放大器,其特征在于:取n=2,则可变负载电阻阵列Rd1~Rd(n-1)包括电阻Rd1,则负载电阻包括电阻Rd0和电阻Rd1,所述电阻Rd0包括对称的两部分,分别为电阻A_Rd0和电阻B_Rd0,且电阻Rd0电阻值=电阻A_Rd0电阻值=电阻B_Rd0电阻值,所述电阻A_Rd0为电阻R5,所述电阻B_Rd0为电阻R6,所述电阻Rd1包括对称的两部分,分别为电阻A_Rd1和电阻B_Rd1,且电阻Rd1电阻值=电阻A_Rd1电阻值=电阻B_Rd1电阻值,所述电阻A_Rd1为电阻R7,所述电阻B_Rd1为电阻R8,所述电阻R7和电阻R5串联,电阻R7的另一端与电源电压VDD连接,电阻R5的另一端与第一差分放大管M1的漏极连接,所述电阻R8和电阻R6串联,电阻R8另一端与电源电压VDD连接,电阻R6另一端与第二差分放大管M2的漏极连接,所述第一数字控制开关阵列A1~An-1包括数字控制开关A1,所述数字控制开关A1由开关管M13和开关管M14组成,所述开关管M13、开关管M14的源极分别与电源电压VDD连接,所述开关管M13、开关管M14的栅极分别外接数字控制信号AD1,所述开关管M13的漏极接于电阻R5和电阻R7的共同连接端,所述开关管M14的漏极接于电阻R6和电阻R8的共同连接端,所述第二数字控制开关阵列 包括数字控制开关 所述数字控制开关 由开关管M12和COMS传输门组成,所述开关管M12的源极与电源电压VDD连接,所述开关管M12漏极分别与电流源管M10和电流源管M11的栅极连接,同时与CMOS传输门一端连接,所述COMS传输门由开关管M19和开关管M20并联构成,所述COMS传输门一端与晶体管M9的栅极连接,另一端与开关管M12的漏极、电流源管M10和电流源管M11的栅极连接,所述开关管M12、COMS传输门开关管M20的栅极均外接数字控制信号AD1,所述COMS传输门开关管M19的栅极外接数字控制信号AD1_N,数字控制信号AD1和数字控制信号AD1_N互为逻辑相反信号,所述可变电流源阵列I1~In-1包括电流源I1,所述电流源I1包括对称的两部分,分别为电流A_I1和电流B_I1,且电流I1电流值=电流A_I1电流值=电流B_I1电流值,所述电流A_I1由电流源管M10与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流IREF构成,所述电流B_I1由电流源管M11与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流IREF构成,所述晶体管M7和M8的源极接地,所述晶体管M7的栅极以及晶体管M8的漏极和栅极接镜像基准电流IREF,所述晶体管M7的漏极接晶体管M9的漏极和栅极,所述晶体管M9的源极接电流源管M10和M11的源极,所述电流源管M10和电流源管M11的栅极均与所述COMS传输门一端连接,所述电流源管M10和电流源管M11的源极均与电源电压VDD连接,所述电流源管M10和电流源管M11的漏极分别与所述电流源管M3和电流源管M4的漏极连接,所述固定电流源I0包括对称的两部分分别为电流A_I0和电流B_I0,且电流I0电流值=电流A_I0电流值=电流B_I0电流值,所述电流A_I0由电流源管M3与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流IREF构成,所述电流B_I0由电流源管M4与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流IREF构成,所述电流源管M3和电流源管M4的源极均与电源电压VDD连接同时均与晶体管M9的源极连接,所述电流源管M3和电流源管M4的栅极通过所述CMOS传输门与电流源管M9的栅极和漏极连接, 此时,所述可变增益放大器输出共模电压满足以下条件式:

当数字控制信号AD1=0,AD1_N=1时,开关管M13和开关管M14导通,即数字控制开关A1导通,电阻R7和电阻R8被短路,即可变负载电阻阵列Rd1~Rd(n-1)中的负载Rd1被短路,此时总的负载电阻为Rd0,总的负载电阻值=电阻R5的电阻值=电阻R6的电阻值;同时,开关管M12导通,CMOS传输门断开,电流源管M10、电流源管M11的栅极通过开关管M12连接到电源电压VDD而被拉高到电源电压VDD,因此电流源管M10、电流源管M11断开,即数字控制开关 断开,可变电流源阵A_I1和B_I1断开,并且由于固定电流源A_I0和B_I0接入电路,所以流过负载电阻R5、电阻R6的电流分别为Iss-A_I0和Iss-B_I0,并且Iss-A_I0=Iss-B_I0;

此时,数字控制开关A1导通,即 数字控制开关 断开,即B1=0,代入到上述条件式 中得到:

VC=VDD-[(ISS-I0)×(Rd0)]

当数字控制信号AD1=1,AD1_N=0时,开关管M13和开关管M14断开,即数字控制开关A1断开,此时可变负载电阻阵列Rd1~Rd(n-1)中的有效接入电阻Rd1,总的负载电阻为电阻Rd1与电阻Rd0串联,总的负载电阻值=电阻R5电阻值+电阻R7电阻值=电阻R6电阻值+电阻R8电阻值;同时,开关管M12断开,CMOS传输门导通,电流源管M10、电流源管M11的栅极与晶体管M9的栅极相连,构成电流镜,即数字控制开关 导通,可变电流源阵列A_I1和B_I1被接入电路,此时流过负载电阻Rd1与电阻Rd0的电流分别为为Iss-A_I0-A_I1和Iss-B_I0-B_I1,且有Iss-A_I0-A_I1=Iss-B_I0-B_I1;

此时,数字控制开关A1断开,即 数字控制开关 导通,即B1=1,代入到上述条件式 中得到:

VC=VDD-[(ISS-I0-I1)×(Rd0+Rd1)]

从而VDD-[(ISS-I0-I1)×(Rd0+Rd1)]=VDD-[(ISS-I0)×(Rd0)]=Vc,通过设计合理的电流源I1和电阻Rd1的值,保证可变增益放大器输出共模电压保持恒定。