本發(fā)明涉及射頻集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于超寬帶可變增益放大器的雙重增益控制電路。

背景技術(shù)：

超寬帶技術(shù)是一種新型的短距離高速無線通信技術(shù)，憑借傳輸速率高(達1Gbit/s)、抗多徑能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率等特點，已經(jīng)成為短距離無線通信的首選技術(shù)，在個人無線局域網(wǎng)，雷達探測，醫(yī)學(xué)檢測和無線USB等領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用意義。

超寬帶通信系統(tǒng)由于其頻率跨度大，范圍廣，容易與其他通信系統(tǒng)串?dāng)_，所以對超寬帶無線通信系統(tǒng)的增益和功率具有特殊的要求，功率太大會干擾其他通信系統(tǒng)，功率太小噪聲系數(shù)就會太大。因此自動增益控制模塊(AGC)是超寬帶通信系統(tǒng)的重要模塊之一。

超寬帶可變增益放大器是AGC模塊的重要部件，是超寬帶通信系統(tǒng)中不可或缺的一部分。一方面，要求其具有大范圍增益調(diào)控能力，保證信號功率的穩(wěn)定。另一方面為了保證整個超寬頻帶內(nèi)頻譜資源的充分利用，要求在超寬頻帶內(nèi)具有良好的增益平坦度。

目前采用的負載可變增益控制技術(shù)，可變跨導(dǎo)增益控制技術(shù)，基于衰減器的增益控制技術(shù)以及吉爾伯特(Gilbert)增益控制技術(shù)等都能有效地實現(xiàn)大范圍增益控制，但是不能保證良好的增益平坦度；多路選擇增益控制技術(shù)是一項保證平坦度的有效手段，但是并不能實現(xiàn)連續(xù)的增益變化，而且需要設(shè)計多個恒定增益放大單元，電路結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。為了滿足超寬帶通信技術(shù)的要求，急需一種既能實現(xiàn)大范圍連續(xù)增益可變，又具有良好的增益平坦度的增益控制技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種雙重增益控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)適用于超寬頻帶內(nèi)實現(xiàn)大范圍增益可調(diào)和良好增益平坦度的雙重增益控制技術(shù)，包括一個大范圍增益可變電路和一個動態(tài)信號增益可變電路。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種雙重增益控制電路如圖1所示，包括一個大范圍增益可變電路和一個動態(tài)信號增益可變電路。

大范圍增益可變電路的輸出電流作為恒定增益放大單元的偏置電流。在控制電壓V_ctrl_1的作用下，大范圍增益可變電路的輸出電流隨之改變，從而改變恒定增益放大單元的電流偏置，實現(xiàn)在超寬頻帶內(nèi)的大范圍連續(xù)增益變化。大范圍增益可變電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，控制輸出電流的電路由晶體管構(gòu)成，通過改變控制電壓Vctrl_1的大小，調(diào)整晶體管的工作狀態(tài)，實現(xiàn)輸出電流的變化，為后級恒定增益放大單元提供可變的偏置電流。因為電流鏡結(jié)構(gòu)能輕易實現(xiàn)電流控制，從而實現(xiàn)對后級放大單元的增益調(diào)控，通常可以采用電流鏡結(jié)構(gòu)作為輸出電流控制電路。

此結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)連續(xù)大范圍增益可調(diào)，但不能有效抑制增益隨頻率變化產(chǎn)生的波動，超寬頻帶范圍內(nèi)增益平坦度無法得到有效改善。因此本發(fā)明在大范圍增益可變電路的基礎(chǔ)上，引入動態(tài)增益可變電路。

動態(tài)信號增益可變電路一方面選擇增益波動較大的頻帶，另一方面在動態(tài)信號反饋增益控制電壓V_ctrl_2的控制下，改變該頻帶內(nèi)等效反饋阻抗的大小，從而改變該頻帶內(nèi)動態(tài)小信號的反饋量，實現(xiàn)此頻帶內(nèi)信號增益的微調(diào)，最終實現(xiàn)超寬頻帶內(nèi)增益平坦度的改善。動態(tài)信號增益可變電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，電容C₁，C₂和反饋電感L組成濾波器，選擇增益波動大的頻帶，同時C₁和C₂還起到阻隔直流信號的作用。通過控制電壓V_ctrl_2的變化，調(diào)整反饋電路等效阻抗Z_f的大小，實現(xiàn)反饋電路等效阻抗的變化，從而控制動態(tài)信號的反饋量，實現(xiàn)增益微調(diào)。等效可變阻抗通?？梢圆捎谜碌腜IN二極管或者工作在可變電阻區(qū)的晶體管來實現(xiàn)。

與現(xiàn)有電路相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提出的雙重增益控制電路創(chuàng)新的將兩種增益控制方法結(jié)合在一起，構(gòu)成雙重增益控制技術(shù)，能同時保證超寬帶可變增益放大器的大范圍增益可變和超寬頻帶范圍內(nèi)良好的增益平坦度；

本發(fā)明的動態(tài)信號增益可變電路具有針對不同頻帶的增益進行調(diào)整的能力，不影響大范圍增益可變電路的工作，也不影響后級增益恒定放大單元的直流偏置；

本發(fā)明的整體電路結(jié)構(gòu)相對簡單，功耗較低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的雙重增益控制電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的大范圍增益可變電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的動態(tài)信號增益可變電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明增益控制電路的一個實施例；

圖5是只采用大范圍增益控制電路對超寬帶恒定增益放大電路控制的結(jié)果；

圖6是采用雙重增益控制電路對超寬帶恒定增益放大電路控制的結(jié)果。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖4是本發(fā)明基于雙重增益控制電路的一個實施例。包括：超寬帶恒定增益放大器和雙重增益控制電路。

本實施例中的恒定增益放大電路包括：第一異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₁)，第二異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₂)，第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₃)，第四異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₄)，第五異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₅)，第一電阻(R₁)，第二電阻(R₂)，第三電阻(R₃)，第四電阻(R₄)，第五電阻(R₅)，第六電阻(R₆)，第七電阻(R₇)，第一電容(C₁)，第二電容(C₂)，第三電容(C₃)，第四電容(C₄)，第五電容(C₅)，第六電容(C₆)，第一電感(L₁)，第二電感(L₂)，第三電感(L₃)，第四電感(L₄)，第五電感(L₅)，第六電感(L₆)，第七電感(L₇)，電壓源(V_CC)。其中：第一異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₁)的基極同時連接第一電容(C₁)的一端、第一電感(L₁)的一端以及第二電阻(R₂)的一端，第一異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₁)的發(fā)射極同時連接第一電容(C₁)的另一端和第三電感(L₃)的一端，第一異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₁)的集電極連接第二異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₂)的發(fā)射極；第二異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₂)的集電極同時連接第二電感(L₂)的一端和第二電容(C₂)的一端，第二電感(L₂)的另一端連接第一電阻(R₁)的一端；第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₃)的基極同時連接第二電容(C₂)的另一端、第三電阻(R₃)的一端；第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₃)的發(fā)射極連接第五電感(L₅)的一端，第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₃)的集電極同時連接第五電容(C₅)的一端和第四電感(L₄)的一端；第四異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₄)的基極同時連接第六電阻(R₆)的一端和第五電容(C₅)的另一端，第四異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₄)的發(fā)射極同時連接第四電容(C₄)的一端和第四電感(L₄)的另一端，第四異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₄)的集電極同時連接第三電容(C₃)的一端、第六電感(L₆)的一端以及第七電感(L₇)的一端，第六電阻(R₆)的另一端連接第七電感(L₇)的另一端；第五異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₅)的基極同時連接第四電阻(R₄)的一端、第五電阻(R₅)的一端以及第三電容(C₃)的另一端，第五異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₅)的發(fā)射極連接第七電阻(R₇)的一端，第五異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₅)的集電極同時連接第五電感(L₅)的另一端和第六電容(C₆)的一端；第二異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₂)的基極、第一電阻(R₁)的另一端、第三電阻(R₃)的另一端、第四電阻(R₄)的另一端和第六電感(L₆)的另一端都連接電壓源(V_CC)；第二電阻(R₂)的另一端、第三電感(L₃)的另一端、第五電阻(R₅)的另一端、第四電容(C₄)的另一端、第六電容(C₆)的另一端以及第七電阻(R₇)的另一端都連接接地端；信號輸入端RF_in連接第一電感(L₁)的另一端，第五異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₅)的發(fā)射極和第七電阻(R₇)的一端連接信號輸出端RF_out。本實施例的恒定增益放大電路實現(xiàn)3～10GHz帶寬內(nèi)的較高增益。

本實施例雙重增益控制電路包括大范圍增益可變電路和動態(tài)信號增益可變電路。

大范圍增益可變電路包括：第六異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₆)、第七異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₇)、第八電阻(R₈)、第九電阻(R₉)、第十電阻(R₁₀)、第十一電阻(R₁₁)、第一控制電壓(V_ctrl_1)。其中第六異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₆)的基極同時連接第七異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₇)的基極和第十電阻(R₁₀)的一端，第六異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₆)的發(fā)射極連接第八電阻(R₈)的一端；第七異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₇)的發(fā)射極連接第九電阻(R₉)的一端；第十電阻(R₁₀)的另一端連接第一控制電壓(V_ctrl_1)；第七異質(zhì)雙極型晶體管(Q7)的集電極連接第五異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q5)的基極、第十一電阻的一端和第三電容的一端；第八電阻(R₈)的另一端、第九電阻(R₉)的另一端、第十一電阻(R₁₁)的另一端連接接地端；第六異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₆)的集電極連接電壓源(V_CC)。通過第一控制電壓(V_ctrl_1)對大范圍增益可變電路中晶體管Q6和Q7的偏置電壓的控制，得到與控制電壓呈線性關(guān)系的輸出電流，從而改變恒定增益放大電路的偏置電流，實現(xiàn)增益的控制。

動態(tài)信號增益可變電路包括：第七電容(C₇)、第八電容(C₈)、反饋電感(L_f)、二極管(PIN)、第二控制電壓(V_ctrl_2)。其中第七電容(C₇)的一端連接第二電容(C2)的另一端和第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q₃)的基極；其中第七電容(C₇)的另一端連接反饋電感(L_f)的一端；反饋電感(L_f)的另一端連接二極管(PIN)負極和接地端；二極管(PIN)的正極連接第八電容(C₈)的一端和第二控制電壓(V_ctrl_2)；第八電容(C₈)的另一端連接第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Q3)的集電極。二極管(PIN)在正向偏壓下隨偏置電壓的改變而改變，所以通過改變第二控制電壓(V_ctrl_2)控制PIN二極管的等效阻抗，而且PIN二極管的等效阻抗隨第二控制電壓(V_ctrl_2)增大而減小，整個反饋支路的等效阻抗隨之減小，動態(tài)信號反饋量增大，恒定放大電路的增益就會增大，從而實現(xiàn)增益控制；通過第七電容(C₇)、第八電容(C₈)和反饋電感(L_f)組成帶通濾波器，選擇增益變化較大的頻帶，在選定的頻帶內(nèi)進行增益調(diào)控，最終實現(xiàn)良好的增益平坦度。

圖5為僅采用大范圍增益可變電路對恒定增益放大電路進行增益控制的結(jié)果，在3～10GHz頻率下，隨第一控制電壓(V_ctrl_1)從0.5V變化到3V，增益變化范圍為10dB左右；第一控制電壓(V_ctrl_1)為0.5V時，增益平坦度為±7.5dB；第一控制電壓為3V時，增益平坦度為±10.5dB。

圖6為采用雙重增益控制電路對恒定增益放大電路進行增益控制的結(jié)果，當(dāng)大方圍增益可變電路和動態(tài)信號增益可變電路共同作用時，在3～10GHz頻率下，第二控制電壓(V_ctrl_2)為5V時，第一控制電壓(V_ctrl_1)從0.5V變化到3V，增益變化范圍為10dB左右，增益平坦度均≤±1.5dB。與圖4相比，增益變化范圍相當(dāng)，增益平坦度改善12dB～18dB。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。