專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)握{(diào)可變?cè)鲆娣糯笃骱妥詣?dòng)增益控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃骱鸵环N自動(dòng)增益控制電路， 以及操作該放大器和電路的方法。
背景技術(shù)：
在輸出控制電壓的外部電子設(shè)備的控制下單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃?具有可在下限G幽和上限Gmax之間連續(xù)單調(diào)變化的增益。
術(shù)語(yǔ)"單調(diào)"的含義是當(dāng)控制連續(xù)增大或備選地連續(xù)減小時(shí)， 增益在[G"G,]之間連續(xù)增大。
術(shù)語(yǔ)"連續(xù)"的含義是[Gn^;GmJ之間的增益變化不存在階躍 或不連續(xù)。
單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆姹欢x為周期性輸出電流IOUT與周期
性輸入電壓V^或電流I^的幅度比。
現(xiàn)有的單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃骶哂?br> -至少一個(gè)輸入端，用于接收要放大的周期性電子輸入信號(hào)，
-至少一個(gè)輸出端，用于輸出結(jié)合有DC (直流)電壓的具有放大
的幅度的周期性電流。
一些單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃魇褂每鐚?dǎo)放大器(例如參考授予Prentice 等人的US 2002/0086651)。優(yōu)選地，這些單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鲬?yīng)當(dāng)使 用固定增益跨導(dǎo)放大器而不是可變?cè)鲆婵鐚?dǎo)放大器，因?yàn)榭勺冊(cè)鲆婵?導(dǎo)放大器噪聲較大且線性度較低。
然而，固定增益跨導(dǎo)放大器在其中流過(guò)高偏置電流時(shí)出現(xiàn)更大的 噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有較小噪聲的單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 考慮上述和其他目的，提供了一種根據(jù)本發(fā)明的單調(diào)可變?cè)鲆娣?大器，包括
-至少兩個(gè)放大器級(jí)，并聯(lián)在輸入與輸出端子之間，每一個(gè)放大器 級(jí)包括
固定增益跨導(dǎo)放大器，具有用于接收輸入信號(hào)的至少一個(gè)輸 入點(diǎn)以及周期性電流輸出端，偏置電流受輸入信號(hào)的控制而流過(guò) 該輸出端，
*可控分流器，具有第一和第二輸出點(diǎn)，分別與輸出端子和 電壓源相連；以及輸入點(diǎn)，與固定增益跨導(dǎo)放大器的周期性電流 輸出端相連，該分流器可被控制以改變從第一輸出點(diǎn)汲取的偏置 電流的量與從第二輸出點(diǎn)汲取的偏置電流的量的比率，以及 -控制回路，用于使結(jié)合有輸出的放大周期性電流的DC電壓保持 為恒定電平。
在上述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃髦?，流過(guò)每一個(gè)固定增益跨導(dǎo)放大器 的DC偏置電流小于在僅使用一個(gè)放大器級(jí)來(lái)獲得相同的增益的情況 下的電流。較小的偏置電流使得分流器產(chǎn)生較小的噪聲。因此，單調(diào) 可變?cè)鲆娣糯笃鞯目傇肼暅p小。
上述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯娜缦聦?shí)施例可以包括一個(gè)或若干個(gè) 下列特征
-至少一個(gè)放大器級(jí)包括可控開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)可以從偏置電流能夠流 經(jīng)固定增益跨導(dǎo)放大器的導(dǎo)通狀態(tài)切換至偏置電流不能夠流經(jīng)固定增 益跨導(dǎo)放大器的非導(dǎo)通狀態(tài)，以及
-該單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃靼刂茊卧?，如果可以?xún)H使用其中的每 一級(jí)都具有小于預(yù)定閾值的偏置電流的其他放大器級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的增 益，那么該控制單元自動(dòng)地將可控開(kāi)關(guān)切換至非導(dǎo)通狀態(tài)；
-該固定增益跨導(dǎo)放大器具有使其增益保持恒定的反饋回路； -選擇該跨導(dǎo)放大器的固定增益值，以形成公比大于2的幾何級(jí)數(shù)； -該單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃骶哂杏糜诮邮詹罘种芷谛噪娸斎胄盘?hào)的 兩個(gè)輸入端子，以及輸出差分放大的周期性電流的兩個(gè)輸出端子，而且該控制回路的-3dB帶寬與電流控制回路的DC增益之積大于3.fo，其
中fo是所述差分輸入信號(hào)的頻率；
-該分流器包括左晶體管，具有與第一輸出點(diǎn)相連的集電極和通 過(guò)電阻器與輸入點(diǎn)相連的發(fā)射極；以及右晶體管，具有與電壓源相連 的集電極和通過(guò)具有相等值的另一電阻器與輸入點(diǎn)相連的發(fā)射極。
單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯纳鲜鰧?shí)施例表現(xiàn)出如下優(yōu)點(diǎn)
-如果不需要某個(gè)放大器級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的增益，則切斷該放大器級(jí) 的偏置電流，減小了單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯碾娏飨模?br> -使用具有反饋回路的固定增益跨導(dǎo)放大器，增強(qiáng)了單調(diào)可變?cè)鲆?放大器的線性度，
-使用具有固定增益的跨導(dǎo)放大器減小了實(shí)現(xiàn)期望增益所需的級(jí)
數(shù)，該跨導(dǎo)放大器形成了公比大于2的幾何級(jí)數(shù)，
-控制回路中的帶寬-增益積大于輸入信號(hào)頻率fo的三倍，這使得共 模抑制至少提高了10dB，
-具有電阻性衰減的分流器減小了來(lái)自應(yīng)用于該分流器的控制信 號(hào)的噪聲對(duì)輸出信號(hào)幅度的調(diào)制。
本發(fā)明還涉及一種自動(dòng)增益控制電路，包括
-單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃?，具有用于接收周期性電信?hào)的至少一個(gè)輸 入端子以及用于輸出放大的周期性電流的至少一個(gè)輸出端子，該單調(diào) 可變?cè)鲆娣糯笃魇侨缟纤龅姆糯笃?，以?br> -檢測(cè)器，用于調(diào)諧該單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?，以便即使周?性電輸入信號(hào)發(fā)生變化，也能夠保持放大的周期性電流信號(hào)的幅度為 恒定。
本發(fā)明還涉及一種用于控制上述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆椒?，?中，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的期望增益，自動(dòng)地觸發(fā)該可控開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)操作。 用于控制單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆椒ǖ膶?shí)施例可以包括一個(gè)或
若干個(gè)下列特征
-步驟在相應(yīng)的分流器被控制為不從其第一輸出點(diǎn)汲取放大器級(jí) 的任意量的偏置電流時(shí)，將該放大器級(jí)的可控開(kāi)關(guān)切換至導(dǎo)通狀態(tài)， 以及-步驟當(dāng)從另一放大器級(jí)的第一輸出點(diǎn)汲取的放大器級(jí)的偏置電 流的量達(dá)到偏置電流的預(yù)定百分?jǐn)?shù)時(shí)，自動(dòng)地將放大器級(jí)的可控開(kāi)關(guān) 切換至導(dǎo)通狀態(tài)，該預(yù)定百分?jǐn)?shù)至少大于80%。
該控制方法的上述實(shí)施例表現(xiàn)出下列優(yōu)點(diǎn)
-在放大器級(jí)開(kāi)始從其第一輸出點(diǎn)汲取大量偏置電流之前，將該級(jí) 的可控開(kāi)關(guān)切換至導(dǎo)通狀態(tài)，由于可控開(kāi)關(guān)的切換，從而限制了以放 大的周期性電流輸出的DC電壓中的電壓峰值的幅度，以及
-當(dāng)從另一放大器級(jí)的第一輸出點(diǎn)汲取的偏置電流達(dá)到該級(jí)的偏 置電流的至少80%時(shí)，自動(dòng)地切換至導(dǎo)通狀態(tài)，這允許在不引起DC電 壓中的峰值的情況下啟動(dòng)放大器級(jí)，并且還限制了單調(diào)可變?cè)鲆娣糯?器的功耗，這是因?yàn)榉糯笃骷?jí)不會(huì)在變得有用之前過(guò)早地啟動(dòng)。
根據(jù)下文的說(shuō)明書(shū)、附圖和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的這些和其他方 面將會(huì)變得顯而易見(jiàn)。


圖l是具有自動(dòng)增益控制電路的電視調(diào)諧器的示意圖，
圖2是圖1的自動(dòng)增益控制電路中使用的單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯?示意圖，
圖3是用于控制圖2的單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆椒ǖ牧鞒虉D， 圖4是根據(jù)控制電壓Vcna而流過(guò)圖2的放大器的放大器級(jí)的電流 1。i的強(qiáng)度的圖，
圖5是根據(jù)控制電壓VcT!a而流過(guò)圖2的放大器的放大器級(jí)的電流 Ibi的強(qiáng)度的圖，
圖6是要在圖2的放大器中使用的分流器的另一實(shí)施例的示意圖， 圖7是可以用于圖2的放大器中的具有反饋回路的固定增益跨導(dǎo) 放大器的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了與天線4相連的電視調(diào)諧器2，例如用于接收無(wú)線信號(hào)。 在下文的描述中，沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知的功能或構(gòu)造。
調(diào)諧器2具有與數(shù)字信號(hào)處理器8相連的AGC (自動(dòng)增益控制)電路6。
例如，電路6具有用于接收差分電壓V證、V,nn的輸入端子10和12，
以及用于輸出差分電壓VouTP、 VouTN的兩個(gè)輸出端子14、 16。
電壓V證、VINN、 VouTP和VouTN是周期性電壓，而且優(yōu)選地是交
流或AC電壓。
電路6的增益自動(dòng)地調(diào)整，使得無(wú)論接收電壓V酵、V!nn的幅度如 何，都使輸出電壓VouTP、 VouTN的幅度保持為恒定電平。
電路6具有單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃?0以及用于對(duì)放大器20進(jìn)行調(diào)諧 的檢測(cè)器22。
更具體地，放大器20具有分別直接連接至端子10、 12的兩個(gè)輸入 端子24、 26。放大器20還具有通過(guò)電流-電壓變換器級(jí)31而分別直接連 接至輸出端子14和16的兩個(gè)輸出端子28、 30。
輸出端子28和30還通過(guò)變換器級(jí)31分別連接至檢測(cè)器20的輸入 端子32和34。檢測(cè)器22具有與放大器20的輸入控制端子38相連的輸出 端子36。端子38接收控制電壓VcTRL。
放大器20被設(shè)計(jì)用于對(duì)電壓V!np、 V!nn進(jìn)行放大，并通過(guò)端子28 和30分別輸出結(jié)合有DC電壓Vo的放大的周期性電流IouTP和IouTN。典
型地，電流IouTP和IouTw是交流或AC電流。根據(jù)端子38上接收的電壓
VcTRL來(lái)調(diào)諧放大器20的增益。
檢測(cè)器22被設(shè)計(jì)用于將電壓VouTP、 Voutn的功率與固定的參考功 率進(jìn)行比較。根據(jù)該比較的結(jié)果，檢測(cè)器22增大或減小電壓VcTRL，以 使得直接取決于電流IOUTP和IOUTN的幅度的電壓V0UTP 、 V0UTN的幅度保
持為恒定電平。
處理器8執(zhí)行的信號(hào)處理超出了本說(shuō)明書(shū)的范圍，因此不予描述。 圖2示出了放大器20的實(shí)施例。
放大器20中的已在圖1中描述的元件具有相同的附圖標(biāo)記。 放大器20具有并聯(lián)在端子24、 26之間以及端子28和30之間的至少 兩個(gè)放大器級(jí)。例如，在圖2中，放大器20具有從左至右的6個(gè)放大器級(jí)40至45。級(jí)40是固定增益放大器級(jí)，而級(jí)41-45是可變?cè)鲆娣糯笃骷?jí)。 在圖2中，可以根據(jù)對(duì)電壓V,進(jìn)行處理以獲得電壓VouTP的電路
來(lái)推演出用于對(duì)電壓V!麗進(jìn)行處理以獲得電壓VouTO的電路。因此，下 文僅詳細(xì)描述與電壓Vwp和V()UTP有關(guān)的電路。 級(jí)40包括
-一個(gè)差分跨導(dǎo)放大器，具有兩個(gè)固定增益跨導(dǎo)放大器50、 52;以
及
-一個(gè)差分分流器，具有兩個(gè)可控分流器54、 56。
術(shù)語(yǔ)"固定增益"的含義是增益是恒定、且不可控的。
放大器50具有
-輸入點(diǎn)60，直接連接至端子24;以及
-周期性電流輸出端62，與點(diǎn)60上接收的電壓V麼成比例的DC偏 置電流Ib,流過(guò)該輸出端62。
放大器50包括晶體管66，該晶體管66的集電極連接至輸出端62， 而且晶體管66的發(fā)射極通過(guò)電阻器68接地。"R"是電阻器68的值。
晶體管66的柵極直接連接至點(diǎn)60。
放大器50具有大約等于1/R的固定增益。
放大器52具有
-輸入點(diǎn)70,直接連接至端子26;以及 -周期性電流輸出端72。
放大器52等同于放大器50。它們一同作為差分放大器。 分流器54具有兩個(gè)AC電流輸出點(diǎn)80和82以及一個(gè)AC電流輸入點(diǎn)84。
點(diǎn)80連接至輸出端子28并接收DC電流I(H。 點(diǎn)82連接至電壓源Vdd，以從電壓源汲取DC電流In。 點(diǎn)84連接至輸出端62。
分流器54包括左晶體管86，該晶體管86的集電極直接連接至點(diǎn) 80，而發(fā)射極直接連接至點(diǎn)84。晶體管86的基極連接至恒壓源S8。
分流器54還具有右晶體管90，該晶體管90的集電極直接連接至點(diǎn) 82，而發(fā)射極直接連接至點(diǎn)84。晶體管90的基極連接至恒壓源92。分流器54連同分流器56形成了差分分流器。
源88和92分別輸出恒定電壓V,和V2。電壓V,和V2的值確定了DC 電流Io,與DC電流In的比率，并設(shè)置了放大器20的增益下限G^n。例如， 電壓V、等于1.8V且電壓V2等于1.4V。
分流器56具有兩個(gè)AC電流輸出點(diǎn)94和96以及一個(gè)AC輸入點(diǎn)98。 點(diǎn)94直接連接至源Vdd，而點(diǎn)96連接至輸出端子30。
點(diǎn)98直接連接至輸出端72。
例如，分流器56等同于分流器54。更具體地，與分流器54的方式 類(lèi)似，分流器56的晶體管的基極連接至源88和92。
級(jí)41還具有兩個(gè)固定增益跨導(dǎo)放大器100和102，其構(gòu)成了差分 固定增益跨導(dǎo)放大器；以及兩個(gè)分流器104、 106，其構(gòu)成了差分分流 器。如同在級(jí)40中所披露的那樣，級(jí)41連接在端子24、 26、 28和30以 及源Vdd與地之間。
例如，放大器100和102等同于放大器50和52，并具有相同的固定 增益1/R。
分流器104和106也等同于級(jí)40中的分流器54和56。DC電流Io2流過(guò) 左晶體管，而DC電流I,2流過(guò)右晶體管。DC偏置電流Ib2流過(guò)放大器100。
級(jí)41具有分流器控制器110，該控制器110取代了級(jí)40中的恒壓源 88和92，以控制增益。
更具體地，控制器110具有與端子38和參考電勢(shì)VREF2相連的兩個(gè)
輸入端112和114。例如，電勢(shì)V醇2等于0.6V。
輸入端112接收電壓VcTRL。
電勢(shì)VREF2和電壓VcTRL確定了DC電流lQ2與DC電流I2的比率。例 如，當(dāng)電壓VcT紅等于電壓V旺F2時(shí)，電流1()2等于電流112。
控制器110還具有兩個(gè)差分輸出端116和118，這兩個(gè)輸出端以相同 斜率在相反方向上變化。該斜率始終小于50dB/V,而且優(yōu)選地在 20dB/V和30dB/V之間，以降低放大器20對(duì)電壓Vcr壯中存在的噪聲的 敏感度。使用如下關(guān)系式來(lái)計(jì)算分貝電平x犯=20 Log (V0UTP/VINP)， 其中x是分貝數(shù)。
輸出端116 、 11 8與電壓Vct壯和電勢(shì)Vref2之間的差成比例。輸出端116、 118分別直接連接至分流器104中的左和右晶體管的基極。
級(jí)41與能夠啟動(dòng)和停止后續(xù)級(jí)(即，級(jí)42)的控制單元120相關(guān)聯(lián)。
單元120具有分別接收電壓VcTRL和電勢(shì)VREF2的兩個(gè)輸入端122和
124。單元120還具有輸出能夠啟動(dòng)和停止級(jí)42的控制信號(hào)的一個(gè)輸出 端126。
單元120被設(shè)計(jì)用于自動(dòng)輸出控制信號(hào)，當(dāng)電流Io2變得大于偏置
電流It)2的預(yù)定百分?jǐn)?shù)P時(shí)，控制信號(hào)能夠啟動(dòng)級(jí)42;當(dāng)電流I。/變得小
于偏置電流Ib2的預(yù)定百分?jǐn)?shù)P時(shí)，控制信號(hào)能夠停止級(jí)42。選擇百分 數(shù)P大于80。/。，以使得級(jí)42恰好在變?yōu)榭捎糜谶_(dá)到由電壓VcT禮所設(shè)置 的期望增益之前而啟動(dòng)。類(lèi)似地，選擇百分?jǐn)?shù)P大于80。/。，以使得級(jí)42
在級(jí)42變?yōu)椴豢捎糜谶_(dá)到由電壓VcT壯所設(shè)置的期望增益的時(shí)刻之后
而停止。
例如，選擇百分?jǐn)?shù)P等于或大于900/0。
百分?jǐn)?shù)P嚴(yán)格小于100。/。，以避免當(dāng)啟動(dòng)或停止級(jí)42時(shí)在DC電壓 Vo中出現(xiàn)峰值。
單元120根據(jù)電壓VcTRL和電勢(shì)VREF2來(lái)確定I()2相對(duì)于電流Ib2的值。
級(jí)42具有與級(jí)41等同的結(jié)構(gòu)，但級(jí)42具有兩個(gè)額外的可控開(kāi)關(guān) 130和132，這兩個(gè)開(kāi)關(guān)用于啟動(dòng)和停止級(jí)42。
級(jí)42中的固定增益跨導(dǎo)放大器、分流器和控制器分別標(biāo)記為134、 136、 138、 140和142。
跨導(dǎo)放大器134和136中的電阻器的值等于R/2，以獲得等于2/R的
固定增益。
控制器142的輸入端連接至參考電勢(shì)VREF3。例如，電勢(shì)V虹F3等于
0.9伏。
級(jí)42中的電流1。3、 113、 Ib3對(duì)應(yīng)于級(jí)41中的電流I()2、 1,2和Ib"
開(kāi)關(guān)130和132分別連接在放大器134和136的地與AC電流輸入端之間。
在單元120的控制下，開(kāi)關(guān)130和132可以在非導(dǎo)通態(tài)與導(dǎo)通態(tài)之間切換，在非導(dǎo)通態(tài)中，級(jí)42停止；在導(dǎo)通態(tài)中，級(jí)42啟動(dòng)。
級(jí)42與控制單元150相關(guān)聯(lián)，該控制單元150能夠根據(jù)電壓VcTRL 和VREH啟動(dòng)和停止后續(xù)級(jí)(即，級(jí)43)。單元150與單元120類(lèi)似。
后續(xù)級(jí)43、 44和45的結(jié)構(gòu)等同于級(jí)42的結(jié)構(gòu)。
級(jí)43至45的固定增益跨導(dǎo)放大器中的電阻器的值分別等于R/4， R/8和R/16。
級(jí)43至45的控制器分別連接至參考電勢(shì)VREF4、 Vref5和Vref6。例
如，電勢(shì)VREF4、 Vref5和Vref6分別等于1.2V、 1.5V和1.8V。
級(jí)43至45的電流I(m、 105、 Ib4、 Ibs和Ib6與級(jí)42
的電流I(B、 1,3和Ib3相對(duì)應(yīng)。
級(jí)43和44分別與控制單元160和162相關(guān)聯(lián)，以便分別啟動(dòng)和停止 級(jí)44和級(jí)45。單元160和162具有與單元120等同的結(jié)構(gòu)，并且不予以詳 細(xì)描述。
每一個(gè)級(jí)40-45的點(diǎn)80連接至公共點(diǎn)170。類(lèi)似地，每一個(gè)級(jí)40-45
的點(diǎn)96連接至公共點(diǎn)172。
點(diǎn)170和172分別連接至電流源174和176。 流過(guò)點(diǎn)170和172的DC電流分別被標(biāo)為電流Io和I,。 點(diǎn)170和172還連接至放大AC電流輸出端子28和30。端子28、 30
分別輸出AC電流Io,和IouTN，該電流反映了電壓V歸和V畫(huà)的變化，
但具有根據(jù)Vctrl的放大的幅度。端子28、 30的DC電壓分別等于電壓
Vo和Vi。
端子28和30通過(guò)電流-電壓變換器級(jí)31分別連接至端子180和182。
變換器級(jí)31被設(shè)計(jì)用于將輸出電流IouTP和IouxN分別變?yōu)檩敵鲭?br> 壓VouTp、 V0UTN。該電路將不會(huì)更加詳細(xì)地說(shuō)明。為了闡述，電流-電壓變換器的固定增益等于R。
放大器20還具有DC電流控制回路1卯，用以使DC電流Ic和I,保持 于恒定電平。這還會(huì)使DC電壓Vo和V,保持恒定。因此，端子28、 30 得到充分偏置。
集成的線性放大器192具有與回路190相連的輸出端193以及兩個(gè) 輸入端194和196。輸出端193輸出電壓VsouT。輸入端194通過(guò)兩個(gè)相同的電阻器198和200與點(diǎn)170和172相連。 輸入端194接收共模電壓Vsw。
輸入端196連接至參考電勢(shì)VsREF。電勢(shì)VsREF固定了電壓Vo和V,的值。
電壓VsouT與Vsw和VsREF之間的差成比例。
回路190的另一端與偏置單元204相連。
偏置單元204具有通過(guò)中間點(diǎn)210串聯(lián)連接的兩個(gè)電阻器206和
208。
電阻器206的一端連接至每一個(gè)級(jí)40-45的輸入點(diǎn)60。 電阻器208的一端連接至每一個(gè)級(jí)40-45的輸入點(diǎn)70。 公共點(diǎn)210連接至回路190的末端。
單元204可用于對(duì)每一個(gè)固定增益跨導(dǎo)放大器的晶體管66進(jìn)行偏
置。 '
回路190被設(shè)計(jì)為具有大于3fo且優(yōu)選地大于10fo的增益-帶寬積，
其中fo是輸入電壓V^p和VwN的頻率。這個(gè)增益-帶寬積被定義為回路 190的-3dB處的帶寬與該回路的DC增益的乘積。等于3fo的增益-帶寬積 將共模抑制增大10dB，而大于10f。的增益-帶寬積將共模抑制增大 20dB。
現(xiàn)在，參考圖3至5來(lái)描述放大器20的操作。
圖4示出了電流Iw、 I。2、 IQ3、 1。4、 1()5和I。6根據(jù)電壓VcTRL的值而變
化的示例。
圖5示出了偏置電流Ibi、 Ib2、 Ib3、 Ib4、 Ibs和Ib6根據(jù)電壓VcTRL的
值而變化的示例。
下文中，僅關(guān)于電壓V,NP和VouTP來(lái)描述放大器20的操作?？梢詮?針對(duì)電壓V,Np和VouTP而給出的描述中推演出放大器20關(guān)于電壓VwN 和Voutn的操作。
首先，應(yīng)當(dāng)理解的是，DC電流I。和I,在放大器20的整個(gè)操作期間 保持恒定。例如，如果電流I。減小，則電壓Vsw將會(huì)減小。結(jié)果，VS0UT 將會(huì)增大每一個(gè)啟動(dòng)的級(jí)中的偏置電流。增大偏置電流Ibi導(dǎo)致電流Ioi
增大，從而最終電流I。增大。通過(guò)電流源174輸出的電流的值來(lái)設(shè)置DC電流Io的值。
這里，假定DC電流I。的值被設(shè)置為大約360iLiA。還假定電壓VcT壯 最初等于零。
在放大器20上電時(shí)，在步驟220 (圖3)，停止級(jí)42至45。這意味 著每一個(gè)級(jí)42至45的開(kāi)關(guān)130和132都處于其非導(dǎo)通狀態(tài)。
接下來(lái)，在步驟222 (圖3)，級(jí)41的控制器110控制分流器104，
使得電流IQ2為零，這是因?yàn)殡妷篤cTRL相對(duì)于電勢(shì)VREF2來(lái)說(shuō)很小。因 此，在這些情況下，電流I(H、 Ii2分別等于電流I。和Ib2。此外，電流Ib,
和lb2相等，因?yàn)榉糯笃?0和100中的電阻器68的值相等。
在這個(gè)步驟中，放大器20的增益等于下限Gmin。這里，G曲等于l。
這個(gè)情況在圖4中的閾值S,前以及圖5中針對(duì)等于零的電壓VcT肌
而示出。
現(xiàn)在，假定電壓VcTRL連續(xù)增大。
因此，在步驟224中(圖3)，控制器110控制分流器104，使得電
流I02以給定梯度而增大，且電流112以和電流1()2的梯度相反的梯度而減 小。結(jié)果，電流I(H減小，因?yàn)殡娏鱅(H和I。2通過(guò)如下關(guān)系式而彼此相關(guān) I(H+l02 = Io ( 1 )
由于電流I(H減小，因此電流Ib,和Ib2也會(huì)減小。
這在圖4中的閾值S,和S2之間以及圖5中針對(duì)小于0.625伏的電壓
VcTRL而不出°
并行地，在步驟226中(圖3)，級(jí)42中的控制器142控制分流器138， 使得左晶體管86非導(dǎo)通。
在閾值S2附近，放大器20的增益等于2。
當(dāng)超過(guò)閾值S2時(shí)，電壓VcT壯足夠大，以使得電流I。2變?yōu)榈扔陔娏?br> Ib2的P0/0。
結(jié)果，在步驟228中(圖3)，控制單元120啟動(dòng)級(jí)42。在步驟228 中，單元120控制級(jí)42的開(kāi)關(guān)130和132，以將其切換至導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)， 先前為零的電流Ib3階躍至接近350jaA，如圖5中所示。在開(kāi)始處，電流
Ib3完全從電壓源Vdd中汲取，從而電流化3等于電流113。電流Io3為零。
因此，電流Ib3的值的階躍不對(duì)電流I。產(chǎn)生影響。更具體地，啟動(dòng)級(jí)42不會(huì)產(chǎn)生電流Io中的任何DC強(qiáng)度峰值或電壓Vo中的幅度電壓峰值。
之后，當(dāng)電壓Vc孤超過(guò)閾值S3時(shí)，在步驟230中(圖3)，控制器 142控制分流器138的左晶體管，使得電流Io3開(kāi)始增大。結(jié)果，電流101 和Io2減小，如圖4中所示。這導(dǎo)致偏置電流Ib,、 Ib2和Ib3減小，如圖5
中所示。
并行地，在步驟232中(圖3)，級(jí)43中的控制器控制分流器的晶
體管86，使得電流I()4為零，這是因?yàn)殡妷篤cTRL相對(duì)于電勢(shì)V，4來(lái)說(shuō)很小。
當(dāng)超過(guò)閾值S4時(shí)，電流I。3變得等于電流Ib3的P。/。。因此，在步驟234 中(圖3)，控制單元150啟動(dòng)下一級(jí)，即，級(jí)43。
以類(lèi)似的方式，隨著電壓VcTRL的值變得更大，相繼啟動(dòng)下面的級(jí)
44和45。
更具體地，當(dāng)電壓VcTRL超過(guò)
-閾值Ss，電流I。4開(kāi)始流過(guò)級(jí)43的分流器，
-閾值S6，啟動(dòng)級(jí)44，
-閾值S7，電流I。5開(kāi)始流過(guò)級(jí)44的分流器， -閾值S8，啟動(dòng)級(jí)45，以及
-閾值S9，電流Io6開(kāi)始流過(guò)級(jí)45的分流器。
在圖4中，與橫軸平行的線I。表示，無(wú)論電壓VcTRL的值如何，每
個(gè)DC電流Ioi的和總是恒定的。
放大器20在電壓Vc涯減小時(shí)的操作與所描述的當(dāng)電壓VcTRL增大 時(shí)的操作類(lèi)似。僅需注意，當(dāng)前一級(jí)的電流Ioi變得小于偏置電流Ibi的
P。/。時(shí)，自動(dòng)停止級(jí)。
圖6示出了差分分流器的另一實(shí)施例，該分流器具有兩個(gè)分流器 250和252，可以取代級(jí)40-45的任何級(jí)中的差分分流器。在圖6中，分 流器250和252中的已經(jīng)在圖2中描述過(guò)的元件具有相同的附圖標(biāo)記。
分流器250和252是等同的。
分流器250與分流器54的不同之處僅在于，晶體管86和90分別通 過(guò)電阻器254和256連接至點(diǎn)84。這減小了放大器20對(duì)通過(guò)輸出端116 和118輸出的信號(hào)中的噪聲的敏感度。圖7示出了差分固定增益跨導(dǎo)放大器260，其可以取代級(jí)40-45的任
何級(jí)中的兩個(gè)固定增益跨導(dǎo)放大器。
在圖7中，輸入和輸出點(diǎn)具有與圖2中所用的附圖標(biāo)記相同的附圖 標(biāo)記。
圖7的示意圖對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知應(yīng)用的圖。因此， 僅對(duì)放大器260中需要修改以取代圖2中的固定增益跨導(dǎo)放大器的元件
進(jìn)行詳細(xì)描述。
放大器260具有用于輸出DC偏置電流的可控電流源262。
可在源262的輸出端處實(shí)現(xiàn)可控開(kāi)關(guān)264，以切斷偏置電流。開(kāi)關(guān) 264取代了幵關(guān)130和132。事實(shí)上，當(dāng)開(kāi)關(guān)264被切換至非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)， 偏置電流不會(huì)流過(guò)放大器260。
電流源262由回路190的電壓VsouT來(lái)控制。結(jié)果，回路190可以改 變偏置電流Ibi的強(qiáng)度。
可以存在多個(gè)附加實(shí)施例。例如，放大器20中可以使用任意種類(lèi) 的固定增益跨導(dǎo)放大器。
放大器20的電路可適用于以非差分的方式輸入和輸出電信號(hào)。
如果放大器20需要輸出放大的周期性電流，則省略變換器級(jí)31。 相反，可以在輸入端子24和26之前添加電流-電壓變換器級(jí)，以接收要 放大的輸入AC電流，并輸出放大的電流或放大的電壓。
回路190的增益-帶寬積無(wú)需大于3fo。
可以實(shí)現(xiàn)控制放大器級(jí)的啟動(dòng)和停止的其他方式。 放大器20可以用于除AGC電路之外的其他電路中。
權(quán)利要求
1、 一種單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃?，可被控制用于?shí)現(xiàn)期望的增益， 所述放大器包括-至少一個(gè)輸入端子(24、 26)，用于接收要放大的周期性電輸入 信號(hào)，-至少一個(gè)輸出端子(180、 182)，用于根據(jù)周期性電輸入信號(hào)而 輸出具有放大的幅度的周期性電流，所述輸出的周期性電流結(jié)合有DC 電壓，其中，所述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃靼?至少兩個(gè)放大器級(jí)(41-45)，并聯(lián)在所述輸入與輸出端子之間， 每一個(gè)放大器級(jí)包括*固定增益跨導(dǎo)放大器(100、 102)，具有用于接收輸入信號(hào) 的至少一個(gè)輸入點(diǎn)(60、 70)以及周期性電流輸出端(62、 72)， DC偏置電流(Ibi)受所述輸入信號(hào)的控制而流過(guò)所述輸出端，.可控分流器(104、 106)，具有第一和第二輸出點(diǎn)(80、 82)，分別與所述輸出端子和電壓源(Vdd)相連；以及輸入點(diǎn)(84)， 與所述固定增益跨導(dǎo)放大器的周期性電流輸出端相連，所述分流器 可被控制用于改變從第一輸出點(diǎn)(80)汲取的DC偏置電流的量(Ibi) 與從第二輸出點(diǎn)(82)汲取的DC偏置電流的量(Ili)的比率，以及 -控制回路(190)，用于使得結(jié)合有輸出放大周期性電流的DC電 壓保持為恒定電平。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其中-至少一個(gè)放大器級(jí)包括可控開(kāi)關(guān)(130、 132)，所述可控幵關(guān)可 以從偏置電流能夠流過(guò)固定增益跨導(dǎo)放大器的導(dǎo)通狀態(tài)切換至DC偏 置電流不能夠流過(guò)固定增益跨導(dǎo)放大器的非導(dǎo)通狀態(tài)，以及-所述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃靼刂茊卧?120、 150、 160、 162)，如果可以?xún)H使用其中的每一級(jí)都具有小于預(yù)定閾值的偏置電流的其他 放大器級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的增益，那么所述控制單元自動(dòng)地將所述可控開(kāi) 關(guān)切換至非導(dǎo)通狀態(tài)。
3、 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的放大器，其中，所述固定增益 跨導(dǎo)放大器(260)具有使其增益保持恒定的反饋回路。
4、 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的放大器，其中，選擇所述跨導(dǎo) 放大器的固定增益值，以形成公比大于2的幾何級(jí)數(shù)。
5、 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的放大器，其中-所述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃骶哂杏糜诮邮詹罘种芷谛噪娸斎胄盘?hào)的兩個(gè)輸入端子(24、 26)，以及用于輸出差分放大周期性電流的兩個(gè) 輸出端子(180、 182)，以及-所述控制回路(190)的-3dB帶寬與所述電流控制回路的DC增益 之積大于3f。，其中fo是所述差分輸入信號(hào)的頻率。
6、 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的放大器，其中，所述分流器包括-左晶體管(86)，具有與第一輸出點(diǎn)(80)相連的集電極以及通 過(guò)電阻器與輸入點(diǎn)(84)相連的發(fā)射極，以及-右晶體管(90)，具有與電壓源相連的集電極以及通過(guò)具有相等 值的另一電阻器與輸入點(diǎn)(84)相連的發(fā)射極。
7、 一種自動(dòng)增益控制電路，包括-單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃?20)，具有用于接收周期性電信號(hào)的至少 一個(gè)輸入端子以及用于輸出放大的周期性電流的至少一個(gè)輸出端子， 所述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃魇歉鶕?jù)上述任一權(quán)利要求所述的放大器，以 及-檢測(cè)器(22)，用于調(diào)諧所述單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?，以?即使周期性電輸入信號(hào)發(fā)生變化，也能夠使得放大的周期性電流信號(hào) 的幅度保持為恒定。
8、 一種用于控制根據(jù)權(quán)利要求2所述的單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆?法，其中，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的期望增益，自動(dòng)地觸發(fā)所述可控開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān) 操作。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述方法包括如下步驟 將放大器級(jí)的可控開(kāi)關(guān)在相應(yīng)的分流器被控制為不從其第一輸出點(diǎn)(80)汲取所述放大器級(jí)的任意量的偏置電流時(shí)切換至導(dǎo)通狀態(tài)。
10、根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，所述方法包括如下步 驟當(dāng)從另一放大器級(jí)的第一輸出點(diǎn)汲取的所述另一放大器級(jí)的偏置 電流的量達(dá)到偏置電流的預(yù)定百分?jǐn)?shù)(P)時(shí)，自動(dòng)地將放大器級(jí)的可控開(kāi)關(guān)切換(228)至導(dǎo)通狀態(tài)，所述預(yù)定百分?jǐn)?shù)至少大于80%。
全文摘要
一種單調(diào)可變?cè)鲆娣糯笃鳎杀豢刂茷閷?shí)現(xiàn)期望增益。該放大器具有-至少兩個(gè)放大器級(jí)(41-45)，并聯(lián)在所述輸入和輸出端子之間，每一個(gè)放大器級(jí)包括·固定增益跨導(dǎo)放大器(100、102)，DC偏置電流(Ibi)受輸入信號(hào)的控制而流過(guò)該放大器，·可控分流器(104、106)，可被控制以改變從第一輸出點(diǎn)汲取的DC偏置電流的量(Ibi)與從電壓源汲取的偏置電流的量(I1i)的比率，以及-控制回路(190)，用于使得結(jié)合有輸出放大DC電流的DC電壓保持為恒定電平。
文檔編號(hào)H03G1/00GK101313466SQ200680043690
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·普魯伊特, 讓·范辛德倫 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司