一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器的制作方法
- 国知局
- 2024-08-02 15:07:04
本发明涉及无线通信,具体涉及一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器。
背景技术:
1、可变增益放大器vga作为射频收发机关键模块,其功能在于对接收和发射信号的幅度进行调整,是将信号功率控制在最佳水平的重要模块;作为增益控制单元,可变增益放大器需要尽可能大的增益调节范围为信号提供合适的增益,使其达到基带的处理水平,但是可变增益放大器本身的附加相移会影响整体电路的性能。具体存在以下问题:
2、1、由于不同增益状态的偏置不同,晶体管的跨导也会随之改变,因此放大器的输入输出阻抗会发生极大变化,在调节增益时可能还会引入额外的相移,影响电路的最佳性能;
3、2、在较高的频段下,版图的寄生参数对电路的整体性能影响将变大,端口间、金属线上的寄生电容和寄生电感将产生反馈环路,引入额外的附加相移;
4、3、典型的180°毫米波无源移相器会带来插入损耗,而180°有源移相器将消耗额外的直流功率并引入带宽变化,并且影响整系统的线性度。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中存在的问题,本发明提供了一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,解决现有可变增益放大器在调节增益时会引入相移影响电路性能的问题。
2、一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,包括依次连接的输入级、放大电路与输出级,所述放大电路包括:第一开关阵列、第二开关阵列、第三开关阵列和第四开关阵列,所述第一开关阵列和第三开关阵列以相同方式连接第一控制信号组,所述第二开关阵列和所述第四开关阵列以相同方式连接第二控制信号,所述第一控制信号组、所述第二控制信号组的控制信号位数相同且控制信号互补,所述第一开关阵列、第二开关阵列、第三开关阵列和第四开关阵列均包括多个晶体管,所述输入级的输出端连接所述晶体管的基极。
3、优选的,所述晶体管的集电极与同一开关阵列中的其他晶体管的集电极连接,所述晶体管的发射级均接到地,所述晶体管的基极与对应控制信号组中的控制信号一一对应连接。
4、优选的,所述放大电路和输出级之间设置有电流跟随器。
5、优选的,所述电流跟随器包括晶体管q21和晶体管q22,所述第一开关阵列和第四开关阵列中晶体管的集电极均接入到晶体管q22的发射极,所述第二开关阵列和第三开关阵列中晶体管的集电极均接入到晶体管q21的发射极,所述晶体管q21和晶体管q22的集电极均接入到输出级,所述晶体管q21和晶体管q22的基极均连接bias偏置电压。
6、优选的,所述第一开关阵列、第二开关阵列、第三开关阵列和第四开关阵列中晶体管数量均为5个,所述第一控制信号组和第二控制信号组中控制信号数量均为5个。
7、优选的,所述晶体管工作在放大区。
8、优选的,同一开关阵列中晶体管的尺寸分别按二进制选择。
9、优选的,通过控制第一控制信号组和第二控制信号组即可实现最高增益,具体包括两种情况:
10、a、所述第一控制信号组中控制信号均为0v且第二控制信号组中控制信号均为3.3v;
11、b、所述第一控制信号组中控制信号均为3.3v且第二控制信号组中控制信号均为0v。
12、本发明的有益效果包括:
13、本发明使用的基于电流复用的vga不仅表现出较大的增益调节范围和调节增益状态引起的低附加相移,而且实现了180°的相移,典型的180°毫米波无源移相器会引入超过5db的插入损耗,本发明设计的可变增益放大器vga将射频移相器所需的相位范围从360°降至180°,因此有助于降低系统对放大器的高要求并大大提高带宽。晶体管电流开关阵列选用共射极放大器结构,提供可观的增益及线性度;电流跟随器可以降低加在共射极放大器两端的电压。通过控制晶体管电流开关阵列的导通或关闭,可以改变晶体管电流开关阵列的等效跨导,实现电路增益的调节,此外,调节控制信号的极性可以实现180°相移的变化。
14、在晶体管电流开关阵列中,5位的晶体管开关阵列被用作电流复用级,而不是单个晶体管拓扑以避免控制电压va和vb的变化范围对总的增益调节范围的限制。输入信号由共射放大器放大,输出的差分电流通过耦合到阵列的集电极输出。5个晶体管组成一个开关阵列,同一阵列中晶体管的尺寸为二进制以实现精细的控制精度,因此,通过使用5位控制字,通过简单地控制开关的on状态和off状态,所提出的可变增益放大器结构避免了传统拓扑结构的缺点。
15、此外本发明使用电流复用结构,显著提高了放大器的可调增益范围;同时,本发明版图设计通过对称金属走线、匹配排列器件、叠加金属线形成寄生去耦电容以避免引入额外的相位偏移,能够在版图中显著降低各端口寄生参数对于放大器相位的影响,降低可变增益放大器的附加相移。
技术特征:1.一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,包括依次连接的输入级、放大电路与输出级,所述放大电路包括:第一开关阵列、第二开关阵列、第三开关阵列和第四开关阵列,所述第一开关阵列和第三开关阵列以相同方式连接第一控制信号组,所述第二开关阵列和所述第四开关阵列以相同方式连接第二控制信号,所述第一控制信号组、所述第二控制信号组的控制信号位数相同且控制信号互补,所述第一开关阵列、第二开关阵列、第三开关阵列和第四开关阵列均包括多个晶体管,所述输入级的输出端连接所述晶体管的基极。
2.根据权利要求1所述的一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,所述晶体管的集电极与同一开关阵列中的其他晶体管的集电极连接,所述晶体管的发射级均接到地,所述晶体管的基极与对应控制信号组中的控制信号一一对应连接。
3.根据权利要求1所述的一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,所述放大电路和输出级之间设置有电流跟随器。
4.根据权利要求3所述的一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,所述电流跟随器包括晶体管q21和晶体管q22,所述第一开关阵列和第四开关阵列中晶体管的集电极均接入到晶体管q22的发射极,所述第二开关阵列和第三开关阵列中晶体管的集电极均接入到晶体管q21的发射极,所述晶体管q21和晶体管q22的集电极均接入到输出级,所述晶体管q21和晶体管q22的基极均连接bias偏置电压。
5.根据权利要求1所述的一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,所述第一开关阵列、第二开关阵列、第三开关阵列和第四开关阵列中晶体管数量均为5个,所述第一控制信号组和第二控制信号组中控制信号数量均为5个。
6.根据权利要求1所述的一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,所述晶体管工作在放大区。
7.根据权利要求1所述的一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,同一开关阵列中晶体管的尺寸分别按二进制选择。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,其特征在于,通过控制第一控制信号组和第二控制信号组即可实现最高增益,具体包括两种情况:
技术总结本发明公开一种宽可变增益且低附加相移的可变增益放大器,涉及无线通信技术领域,解决现有可变增益放大器在调节增益时会引入相移影响电路性能的问题;本发明包括依次连接的输入级、放大电路与输出级,放大电路包括:第一开关阵列、第二开关阵列、第三开关阵列和第四开关阵列,第一开关阵列和第三开关阵列连接第一控制信号组,第二开关阵列和第四开关阵列连接第二控制信号,第一控制信号组、第二控制信号组的控制信号位数相同且控制信号互补,开关阵列均包括多个晶体管,所述输入级的输出端连接所述晶体管的基极。本发明显著提高了放大器的可调增益范围能够在版图中显著降低各端口寄生参数对于放大器相位的影响,降低可变增益放大器的附加相移。技术研发人员:张鸿祥受保护的技术使用者:张鸿祥技术研发日:技术公布日:2024/7/15本文地址:https://www.jishuxx.com/zhuanli/20240801/244964.html
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