一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的制作方法

专利名称：一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的制作方法
一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器

发明内容
本发明属于射频通信技术领域，涉及一种单端转差分放大电路，尤其涉及一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，用于射频接收机，它既可实现小信号的放大输出，同时可以实现对强干扰信号的抑制，对输入信号的放大和缩小是通过基带数字处理模块芯片来控制。
背景技术：
近年来随着信息技术领域新技术的不断出现和工艺的不断进步，各种接收机系统的射频前端和基带数字处理模块芯片都取得了较大的发展。具有固定小增益或大增益的芯片研发的日渐成熟，但因其功能单一，于是人们将注意力转向具有高动态和高带宽芯片的研发，包括支持多个工作频段的多功能芯片和支持抑制干扰信号的多功能芯片的研发，可·以满足射频通信技术领域越来越高的需求。众所周知，不同通信系统中的信号使用不相同的信号波段，而现有传统的接收机系统的射频前端的射频增益放大器一般为窄带接收模式，只能对其中一种信号波段的信号进行接收。同时，对于现在大多数通信系统射频信号都是单端输入，而芯片内部为了抑制共模信号都需要信号为差分信号，所以一般需要在片外添加额外的单端转差分巴伦电路。同时，现在不同的通信系统之间干扰一般十分严重，一般的通信芯片都不能很好处理干扰信号。基于以上分析，现有的射频接收电路的缺陷已经严重限制其应用，并且增加了许多额外的外围电路。现有技术射频增益放大器存在诸多缺点第一，传统结构的射频放大器都是固定增益，不适合应用于有强干扰或弱信号的高动态输入要求。第二，传统结构的射频放大器都是工作于窄带环境，不能满足不同波段信号同时输入的场合。第三，传统结构的射频放大器都不能将单端信号转变为差分电路，需要芯片外部额外增加一个单端转为差分信号的巴伦部件，这样既增加了整体方案的成本，同时还增加了输入输出的芯片管脚，降低了信号的稳定性，增加了整体设计的难度。第四，输出缓冲电路驱动能力存在局限性缺陷。如果有一种可配置射频宽带增益放大器可支持单端转差分功能，并且可根据需要由基带数字处理模块芯片控制其增益大小，以配合不同输入大小或者强干扰输入的应用，不仅使得整个射频前端的灵活性大大提高，而且更好适应信息技术领域新技术不断增长的市场需求。

发明内容
本发明的目的是为解决现有技术传统的射频接受机前端构成的以上问题，提供一种可配置射频宽带增益放大器，同时支持将单端信号转变成差分信号，可用于多频的射频接收机以及其他需要对宽带信号进行放大处理的接收机中。它除具备传统接收机的增益放大器的功能，还具有增益可控制的功能，可以更好的减少硬件和系统功率开销，提高系统信噪比，优化系统设计。
本发明改变上述两种传统结构中不能放大宽带信号，也不能实现单端信号输入差分信号输出，需要外加单端转差分器件以及增益可调范围太窄的缺点，使得这种射频芯片可以实现对大动态范围宽带射频信号放大，省去了外部元件，减少了电路开销和功耗，提高系统的性能，以及射频接收机的灵敏度等，由此还能降低设备功耗和体积，节约成本。本发明的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，可适用于多频宽带的射频芯片，尤其适合于需要减少外部器件，增加输入信号的动态范围的工作场合。本发明的上述目的是通过下面的技术方案来实现一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，它的电路构成包括增益可配置的单端转差分电路，增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路；增益可配置的单端转差分电路的输入端接入射频前端输出的宽带射频信号，它的输出端连接增益可配置宽带放大电路的输入端，增益可配置宽带放大电路的差分输出端连接增益可配置的缓冲驱动电路的差分输入端，增益可配置的缓冲驱动电路的差分输出端将放大的差分信号输 出；所述的增益可配置的单端转差分电路，增益可配置宽带放大电路以及增益可配置的缓冲驱动电路都有增益控制端，上述各个电路的增益控制端均连接外部的增益控制信号，外部的增益控制信号来自数字基带处理芯片，通过不同的增益控制信号值，控制上述各个电路的增益。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述的一个增益可配置的单端转差分电路，一个增益可配置宽带放大电路和一个增益可配置的缓冲驱动电路集成于可配置增益模块，可配置增益模块的组成包括单端的宽带信号输入端，差分的宽带信号输出端以及连接外部增益控制信号的增益控制信号端；电路结构使得外围结构器件减小，更好的减少硬件成本，有利于提高系统信噪比。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述增益可配置的单端转差分电路包括若干个单端转差分放大电路及若干个输出控制开关对；其中所述若干个单端转差分放大电路为并联连接，单端射频输入信号Vin同时连接所有单端转差分放大电路的输入端；若干个单端转差分放大电路的每个单端转差分放大电路差分输出端经串联的控制开关对构成同名差分输出端并联连接；用于实现若干个单端转差分放大电路将单端输入信号转为增益可控的差分输出信号；所述若干个输出控制开关对，各自串联连接在若干个单端转差分放大电路中对应的一个单端转差分放大电路的差分输出端上；若干个输出控制开关对受数字基带处理模块芯片的增益控制信号的控制，控制若干个单端转差分放大电路的接入个数；接入的单端转差分放大电路的个数决定增益可配置的单端转差分电路的增益值，用以实现增益粗调。所述增益可配置的单端转差分电路由多个相同的单端转差分放大电路组成，每个单端转差分放大电路的输出端为选择连接端，通过控制连接输入端的增益放大模块数目，实现增益可配置的单端转差分电路的增益控制。所述增益可配置宽带放大电路为多可以通过改变接入电路的负载来改变增益的大小。所述增益可配置的缓冲驱动电路为多输入管并联电路结构，可以通过增益控制开关，增益控制信号通过改变输入管并联数目来改变其增益的大小。单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益步进比较大是单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器中的增益粗调。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述增益可配置宽带放大电路包括一个输入放大差分对电路其及一对可配置的负载网络和一个可配置的负反馈电阻，以及一个实现配置的控制开关组；可配置的负反馈电阻连接于输入放大差分对管的源极，控制开关组的控制端连接基带数字处理模块芯片的外部增益控制信号端；用于通过开关控制负载网路配置和开关控制负反馈电阻配置实现对增益可配置宽带放大电路增益的二级步进配置，并实现对单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益细调。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述一对可配置的负载网路和一个可配置的负反馈电阻为二级控制开关组电路结构，其中一对可配置负载网路分开接在输入放大差分对管的漏极，一对可配置负载网路连 接第一级控制开关组，用于实现增益可配置宽带放大电路的第一级等步距的增益步进配置；一个可配置的负反馈电阻连接第二级控制开关组，用于实现增益可配置宽带放大电路的第二级等步距的增益步进配置，所述第二级等步距的步距值为第一级等步距的步距值的2倍，用于实现单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器增益的二级细调。通过外部增益控制信号对控制开关组的控制来调整输入放大差分对负载网路的电阻大小和源极负反馈电阻的大小，实现增益可配置宽带放大电路的增益步进配置，增益可配置宽带放大电路的增益步进的步距值为固定值，小于单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，实现单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器中的细调节。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述增益可配置的缓冲驱动电路为差分的两路多输入管并联电路结构，每路电路组成包括一个固定输出缓冲驱动电路和二个可控制输入缓冲驱动电路，每个可控制输入缓冲驱动电路的输入端串联接入一个控制开关；控制开关的控制端连接基带数字处理模块芯片的控制信号端，用于接受基带数字处理模块芯片的控制信号，通过对控制开关的通断控制，实现对增益可配置的缓冲驱动电路增益的步进配置，并实现对单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益精调；可配置的缓冲驱动电路差分输出连接外部基带数字处理模块射频电路，用于驱动和隔离下一级射频电路。增益可配置的缓冲驱动电路的增益是通过改可控制输入缓冲驱动电路的数目来改变增益的大小，基带数字处理模块芯片通过控制开关来控制其输入管的数目，实现对增益可配置的缓冲驱动电路增益配置，增益可配置的缓冲驱动电路的增益步进值小于增益可配置宽带放大电路的增益步进值，实现单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的精调节。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述增益可配置的单端转差分电路、增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路的增益控制端分别连接外部的增益控制信号输出端，用于控制上述三个增益可配置电路对各自的输入信号实现无失真放大和增益调整；上述每个增益可配置电路的增益调整都在增益控制信号控制下，以各自固定步距实施步进增益调整；所述增益控制信号来自外部的基带数字处理模块芯片。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述增益可配置的单端转差分电路的每个单独的单端转差分放大电路为共源共栅电路结构，每个单独的单端转差分放大 电路的两路负载为可变电阻的LR负载网路，负载网路的可变电阻为可配置结构；用于调节放大量，实现增益可配置的单端转差分电路中每个单端转差分放大电路两路差分输出端的信号幅度和相位保持一致。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其在于所述单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益可配置为依次串联连接的增益可配置的单端转差分电路、增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路的增益步进配置组合构成，其增益控制范围为上述三个增益可配置电路的最大增益控制范围之和，其增益控制值由外部基带处理模块对输入信号检测生成的增益控制信号进行控制调节；用于控制单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器增益逐级步进精确调整，实现差分输出宽带信号幅度符合设定信号幅度值，有效抑制强干扰。单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益控制可以根据输入的信号进行调节，具体是，由外部检测单元检测输出信号大小，如果有强干扰输入，信号强度超过设定值，这时系统会根据整体配置要求反馈控制单端转差分电路的增益可调部分，调节增益减少，如果是弱信号输入，信号强度低于设定值，这时系统会根据整体配置要求反馈控制单端转差分电路的增益可调部分，调节增益增加，如果输入信号的大小满足设定要求，这时系统会根据整体配置要求反馈控制单端转差分电路的增益可调部分增益不改变。不仅可以放大信号，当有强干扰信号输入时，基带数字处理模块芯片可以控制以上电路的增益实现对强干扰信号的缩小，对强干扰信号有抑制作用。所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述增益可配置的单端转差分电路、增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路均为宽带结构的电路，所述宽带结构包括源级负反馈结构和电感谐振结构，由器件结构和采用
0.18um CMOS集成工艺实现提高信号带宽，用于对输入宽带信号的无失真放大。由于现在市场对输入信号的带宽和输入范围要求越来越高，同时要有稳定的输出电压，为了减少电路复杂度，提高系统稳定性，引入增益可配置的单端转差分电路，增益可配置宽带放大电路，在满足宽带信号输入前提下，极大的提高了系统的动态范围。使用基带数字处理模块芯片检测输出的信号，充分利用其DSP强大的处理能力，完成更加复杂的非线性算法，使得增益控制不受温度、工艺、噪声等的影响，通过编程使控制更加灵活，容易实现所需要的特性，实现更精确的增益控制。本发明的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，将单端的宽带输入信号转为宽带差分信号，同时接入时噪声系数很低，并且根据基带数字处理模块芯片输出信号的大小，配合改变增益配置模式，通过增益大步距、中步距、小步距的组合步进，实现增益的粗、细、精调节，获得大动态范围可控调整，使得动态范围极宽的输入信号都能稳定的输出信号，达到放大弱信号并抑制强信号和强干扰信号的作用。现在市场对在芯片小型化，集成度提出了越来越高的要求，本发明的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的集成模块，能适应芯片小型化高集成度的要求，节省了大量面积，使系统的外围器件达到最小化，最大程度减少了系统成本。本发明的实质性效果I、本发明单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，适合应用于有强干扰或弱信号的高动态输入要求。2、本发明具有将单端信号转为差分信号的功能，电路结构使得外围结构器件减小，可以更好的减少硬件和系统成本开销，有利于优化提高系统信噪比。3、本发明电路加入的增益可配置的缓冲驱动电路驱动能力强，能很好满足后级电路的驱动要求。4、本发明单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益数字控制模式得益于外部基带数字处理模块芯片强大的检测和处理能力，使得增益控制不受温度、工艺、噪 声等的影响，可实现更精确更加灵活的控制。5、本发明的单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器能适应宽带信号输入，能应用于多种射频输入场合，尤其适合配合需要同时接收不同波段的多频接收机。


图I为已有技术的增益可配置射频放大器电路原理框图；图中101-定增益放大器。图2为已有技术的增益可配置缓冲电路原理框图；图中201-固定的输出缓冲电路，202-开关控制接入的输出缓冲电路。图3a为本发明的单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器构成框图；图3a中31_可配置的单端转差分电路，32-增益可配置宽带放大电路，33-增益可配置的缓冲驱动电路，Vin-单端输入信号，Votitp和Votn-差分输出信号，Vrfl-增益控制信号。图3b为图3a本发明实施例的单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器电路结构框图；图3b中311 314-单端转差分放大电路I 单端转差分放大电路n，315 318-增益可配置单端转差分电路的增益控制开关。图4为本发明实施例的单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器与外部的数字基带处理模块芯片的连接框图；图4中41_单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，42-数字基带处理模块。图5为本发明实施例的增益可配置单端转差分电路的单端转差分放大电路原理图；图5中M1、M2-输入放大管，M3、M4-尾电流管，R1、R2_偏置电阻，R3、，R4-可变负载电阻，Cl、C2-隔直电容，LI、L2-负载电感，BiasU Bias2-偏置信号。图6为采用本发明实施例的增益可配置宽带放大电路构成原理图；图6中6_增益可配置宽带放大电路；M5，M6-分别为输入信号的正负输出放大管，M7, M8-分别为M5，M6的尾电流管，R5, R6-分别为M5，M6的偏置电阻，R7，R8-分别为M5，M6管的可变负载电阻，R9-源极负反馈可变电阻，C3，C4-分别为M5，M6的隔直电容，L3，L4-负载电感。图7为本发明实施例采用的增益可配置的缓冲驱动电路图7中7-增益可配置的缓冲驱动电路；71_P路增益可配置的缓冲驱动电路，72-N路增益可配置的缓冲驱动电路;M7-固定输出缓冲电路的放大晶体管，M8和M9-控制接入输出缓冲电路的放大晶体管，MlO-尾电流管，RIO, Rll和R12-偏置电阻，Sffl, SW2-控制开关，C5-输入隔直电容。图8为本发明实施例的一个增益控制动态范围为63dB的单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器电路原理图；图8中8_单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器；81_增益可配置单端转差分电路；811-单端转差分电路I，812-单端转差分电路2，813-单端转差分电路3，814-单端转差分电路4 ;815-818_控制开关对；6_增益可配置宽带放大电路；7_增益可配置的缓冲驱动电路；71_P路增益可配置的缓冲驱动电路，72-N路增益可配置的缓冲驱动电路。已有技术的增益可配置射频放大器如图I所示。11为固定增益放大器，RFl和RF2为可变阻值的电阻，开关SW1，SW2，SW3和SW4开合的多种组合，控制电阻Rll R16的多种 接入方式，实现射频放大器的增益可配置。图2为已有技术的增益可配置缓冲电路。201为固定输出缓冲电路，202为开关控制接入输出缓冲电路，Ml和M2分别为固定输出和控制接入输出缓冲电路的放大晶体管，开关SWl控制接入输出缓冲电路，开关控制接入输出缓冲电路202为一级，输出缓冲电路驱动能力存在局限性缺陷。传统的增益可配置的射频放大器的电路原理框图如图I所示，增益可配置的射频放大器由电阻可调网络和增益可调射频放大器组成，输入信号首先通过电阻网络在经过可调放大射频放大器输出，电阻可调网络可以通过配置得到不同电阻值的，不同的电阻值可以使通过的输入信号得到不同增益的衰减，或者选择直接不衰减通过方式，通过电阻可调网络的信号再经过增益可调的射频放大器放大，增益可调射频放大器可以通过改变反馈电阻RFl和RF2的值来改变射频放大器的增益值。传统的增益可配置驱动电路如图2所示，射频信号通过由晶体管Ml和电流源Isl组成的射级跟随器输出，开关SWl选择M2是否工作，当SWl选择M2时，M2正常工作，输入信号经由晶体管M2和电流源Is2组成的射级跟随器加入到输出中，实现驱动电路的增益改变。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。第一实施例图3给出了本发明实施例的单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的电路构成框图。结合图3说明本发明中增益可配置结构实现构成输入信号Vin进入增益可配置的单端转差分电路31的单端输入端，增益可配置的单端转差分电路31由单端转差分放大电路311 314并联连接，单端转差分放大电路311 314共同实现将输入信号由单端转为差分信号，开关315 418控制可变增益级311 314接入，差分输出信号经过控制开关对35 318，接入增益可配置宽带放大电路32的输入端，增益可配置宽带放大电路的输出再通过增益可配置的缓冲驱动电路33，由增益可配置的缓冲驱动电路输出给后级电路。第二实施例
图4给出了本发明应用实施例的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器与基带数字处理模块芯片控制信号的电路连接框图。基带芯片提供三组控制字控制单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器电路，分别为Vctll，Vctl2和Vctl3，Vctll控制增益可控制单端转差分电路31，Vctl2控制增益可配置宽带电路32，Vctl3控制增益可配置缓冲驱动电路33。单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器41的差分输出信号，经由增益可配置的缓冲驱动电路33的差分输出端送到外部的基带数字处理模块42，基带数字处理模块检测增益可配置的缓冲驱动电路33的差分输出信号的大小。当基带数字处理模块芯片检测到送来的信号值小于设定信号值时，首先发送控制信号Vctll，控制增益可配置的缓冲驱动电路33以步进值0. 5dB增加增益可配置的缓冲驱动电路33的增益值，调整增益可配置单端转差分射频宽带增益放大器41的增益后，基带数字处理模块芯片继续检测输入端差分输出信号值，若还是小于设定信号值，再次控制增益可配置的缓冲驱动电路33以步进值
0.5dB增加增益值，直到输入端差分输出信号值等于设定信号值，停止向增益可配置的缓冲驱动电路33发送控制信号，调整过程停止。如果基带数字处理模块芯片检测到的最终输出 信号值仍然还是小于设定信号值，则基带数字处理模块芯片向增益可配置宽带放大电路32发送增益控制信号控制信号Vctl2，改变其负载电阻R7和R8的阻值，以2dB步进值增加增益可配置宽带放大电路32的输出增益，同理，直到调整后基带数字处理模块芯片检测到的输入信号大小如果等于设定信号值，调整过程停止。如果基带数字处理模块芯片检测到的其输入信号值还是小于设定信号值，则基带数字处理模块芯片继续发送控制信号Vctl2，改变增益可配置宽带放大电路32的源极负反馈电阻R9的阻值，增益将以4dB步进值增加，调整后基带数字处理模块芯片检测到的最终输出信号大小如果等于设定信号值，调整过程停止。如果基带数字处理模块芯片检测到的最终输出信号值还是小于设定信号值，则基带数字处理模块芯片发送增益控制信号Vctl3，送到增益可配置的单端转差分电路，改变每个单端转差分放大电路的负载电阻，以8dB的步进值增加增益，同理，直到调整后基带数字处理模块芯片检测到的最终输出信号值如果等于设定信号值，调整过程停止。如果基带数字处理模块芯片检测到的最终输出信号大小还是小于设定值，则基带数字处理模块芯片继续发送增益控制信号Vctl3，使控制开关416 418中一个控制开关的接通，逐步控制单端转差分放大电路接入输出的数目，使增益可配置的单端转差分电路31以16dB步进值增加增益，直到增益配置达到最佳值。如果基带数字处理模块芯片检测到的射频宽带增益放大器41的输出信号值或称总输出信号值大于设定信号值，那么，基带数字处理模块芯片继续发送反向控制的增益控制信号，按照增益递减步距值由大到小逐一反向控制单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器41的增益调整，直到单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器41的输出信号值为最佳值，最佳值与设定信号值的允许增益偏差为0. 5dB。单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器41的增益调整范围，即增益控制的最大动态范围为(精调步距a) +(细调步距b+细调步距c) +(粗调步距d+粗调步距e)=(0. 5a)+ (2. Ob+4. 0c)+ (8. 0d+16e)dB, a、b、C、d、e为设计值。式中a为可配置的缓冲驱动电路的数目，b为增益可配置宽带放大电路负载电阻的变阻次数，c为增益可配置宽带放大电路负反馈电阻的变阻次数，d为单端转差分放大电路负载电阻的变阻次数，e为单端转差分放大电路的数目。第三实施例图5 7给出本发明实施例的增益可配置的单端转差分放大电路，增益可配置宽带放大电路以及增益可配置的缓冲驱动电路的原理图。图5中给出增益可配置的单端转差分电路中单端转差分放大电路原理图，单端转差分放大电路为放大量可调整的共源共栅电路结构，输入信号Vin通过隔直电容Cl、C2分别输入到输入放大管M1、M2,输入放大管Ml和M2以相同放大量放大输入信号的幅度,并以相反的相位调整输入信号的相位，在输入放大管M1、M2的LI和R3并联负载、L2和R4并联负载的差分输出端Vottn和VOTTP，得到幅度相同、相位相反的差分放大输出信号。单端转差分放大电路的放大量为可调，可以通过改变可变负载电阻R3和R4的大小实现差分信号输出幅度大小的调整。每个单端转差分放大电路的差分输出端连接一个控制开关对，控制开关对受增益控制信号的控制，控制开关对闭合时，该单端转差分放大电路的差分输出端受控接入，为增益可配置的单端转差分电路的增益实现步进增加。偏置信号Vbiasl和Vbias2分别来自偏置电压电路所产生的电压。图6中给出了增益可配置宽带放大电路结构，输入信号VinN2、VinP2通过隔直电容C3、C4分别输入到输入放大管M5、M6,晶体管M5和M6以相同大小放大输入信号,在并联负载L3和R7、并联负载L4和R8的输出端VOTN2和VOTP2得到放大的差分信号。改变负载电阻R7和R8或者源极负反馈电阻R9的大小可以改变差分信号输出幅度大小。受基带数字处理模块芯片发送的增益控制信号Vctl2的控制，可以控制两级输入放大器M5的并联负载的可变电阻R7、M6的并联负载的可变电阻R8值，先以2. OdB的增益步距调整增益可配置的宽带放大电路的增益值，每次输出增益增加2. OdB，可多次细调整，输出增益增调整范围为
2.0 6. OdB，然后，受基带数字处理模块芯片发送的增益控制信号Vctl2的控制，调整源极负反馈电阻R9的大小，从而参与实现对差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益可配置的细调。增益可配置宽带放大电路采用大电阻R5，R6和电感L3，L4并联输出负载，利用电阻增加由电感尖峰产生的谐振带宽，提高信号的谐振频率，获得带宽放大性能。增益可配置是首先通过改变负载电阻R5和R6，提供步进为2dB的增益调节能力，之后可以通过改变源级负反馈电阻R9，改变增益，提供步进为4dB的增益调节能力。图7给出了单路的增益可配置的缓冲驱动电路原理图，P路增益可配置的缓冲驱动电路51的电路结构包括一级固定增益的缓冲驱动电路501以及两级可控接入的缓冲驱动电路502和503，输入信号VinP3通过隔直电容C5接入到输入放大管M7、M8，M9，输入放大管M7，M8，M9的工作电流由尾电流管MlO提供，输入放大管M7，M8和M9的输出端并联连接在一起，形成P路一个输出信号端即转差分增益可配置射频宽带增益放大器输出信号端VqutP3。两级可控接入的的缓冲驱动电路502和503的信号输入端各连接一个控制开关SWl和SW2，开关SWl和SW2受基带数字处理模块芯片发送的增益控制信号Vctl3的控制，可以控制两级可控接入的缓冲驱动电路502和503的接入，以0. 5dB的增益步距改变增益可配置的缓冲驱动电路的增益值，接入一级缓冲驱动电路，输出增益增加0. 5dB，接入两级缓冲驱动电路，输出增益增加I. OdB，其调整范围为0 I. OdB，从而参与实现对差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益可配置的精细调整。N路增益可配置的缓冲驱动电路52的电路结构与P路完全相同，N路的输入信号端为VinN3，N路的输出信号端即转差分增益可配置射、频宽带增益放大器输出信号端VottN3。P路与N路的输出信号幅度相同，相位相反。可配置的缓冲驱动电路输出连接外部下一级射频电路，驱动和隔离下一级射频电路。增益可配置的缓冲驱动电路的增益是通过改可控制输入缓冲驱动电路的数目来改变增益的大小，基带数字处理模块芯片通过控制开关来控制其输入管的数目，实现对增益可配置的缓冲驱动电路增益配置，增益可配置的缓冲驱动电路的增益步进小于增益可配置宽带放大电路，实现单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器中的细调节。第四实施例图8为一个增益控制动态范围为63dB的单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的电路原理图。单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器8由增益可配置单端转差分电路81、增益可配置宽带放大电路6和增益可配置缓冲驱动电路7组成。本实施例设定a为2、b为I、c为I、d为I、e为3,即增益可配置缓冲驱动电路7包括P路增益可配置缓 冲驱动电路71和N路增益可配置缓冲驱动电路72，P路和N路的增益可配置缓冲驱动电路完全相同，每路都包括一个固定的缓冲驱动电路和可配置缓冲驱动电路的数目a为2。增益可配置宽带放大电路6的负载电阻的可变阻次数b为1，增益可配置宽带放大电路6的负反馈电阻的变阻次数c为I。增益可配置单端转差分电路81包括4个相同的单端转差分放大电路811 814，其变阻次数d为I。单端转差分放大电路811 814的两个差分输出端串接一个控制开关对815 818。单端转差分放大电路811为固定增益单端转差分电路，其控制开关对815为常闭，812 814是3个增益可配置的单端转差分放大电路，增益可配置的单端转差分放大电路的数目e为3。4个单端转差分放大电路811 814的两路并联差分输出端连接增益可配置宽带放大电路6的两路差分输入端，增益可配置宽带放大电路6的两路差分输出端连接增益可配置缓冲驱动电路的P路增益可配置缓冲驱动电路71和N路增益可配置缓冲驱动电路72的输入端，P路增益可配置缓冲驱动电路71的输出端VotP和N路增益可配置缓冲驱动电路72的输出端VottN各自连接外部基带信号处理模块42的信号输入端。外部基带信号处理模块42动态检测单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器8送到其信号输入端的信号幅度，与设定的信号幅度值作比较，并作非线性计算，动态生成三路增益控制信号U、Vctl2, VctlS,以控制字方式将三路数字的增益控制信号分送到单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器8的增益可配置缓冲驱动电路7、增益可配置宽带放大电路6和增益可配置单端转差分电路81。单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器8增益控制动态范围为0. 5 63dB，增益控制动态调整精度为0. 5dB。基带数字处理模块通过发送控制字的增益控制信号，控制单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益可配置的单端转差分电路，增益可配置宽带放大电路以及增益可配置的缓冲驱动电路的增益控制动态范围总共为63dB，使得动态极大的输入信号都能得到稳定的最佳输出信号。本领域技术人员可以理解，在不背离本发明广义范围的前提下，对上述实施例作出若干改动。因而，本发明并不仅限于所公开的特定实施例。其范围应当涵盖所附权利要求书限定的本发明核心及保护范围内的所有变化。
权利要求
1.一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，它的电路构成包括依次串联的增益可配置的单端转差分电路，增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路；增益可配置的单端转差分电路的输入端接入射频前端输出的宽带射频信号，它的输出端连接增益可配置宽带放大电路的输入端，增益可配置宽带放大电路的差分输出端连接增益可配置的缓冲驱动电路的差分输入端，增益可配置的缓冲驱动电路的差分输出端将放大的差分信号输出； 所述的增益可配置的单端转差分电路，增益可配置宽带放大电路以及增益可配置的缓冲驱动电路都有增益控制端，上述各个电路的增益控制端均连接外部的增益控制信号，夕卜部的增益控制信号来自数字基带处理芯片，通过不同的增益控制信号值，控制上述各个电路的增益。
2.根据权利要求I所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述的一个增益可配置的单端转差分电路，一个增益可配置宽带放大电路和一个增益可配置的缓冲驱动电路集成于可配置增益模块，可配置增益模块的组成包括单端的宽带信号输入端，差分的宽带信号输出端以及连接外部增益控制信号的增益控制信号端。
3.根据权利要求I或2所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述增益可配置的单端转差分电路包括若干个单端转差分放大电路及若干个输出控制开关对；其中 所述若干个单端转差分放大电路为并联连接，单端射频输入信号Vin同时连接所有单端转差分放大电路的输入端；若干个单端转差分放大电路的每个单端转差分放大电路差分输出端经串联的控制开关对构成同名差分输出端并联连接；用于实现若干个单端转差分放大电路将单端输入信号转为增益可控的差分输出信号； 所述若干个输出控制开关对，各自串联连接在若干个单端转差分放大电路中对应的一个单端转差分放大电路的差分输出端上；若干个输出控制开关对受数字基带处理模块芯片的增益控制信号的控制，控制若干个单端转差分放大电路的接入个数；接入的单端转差分放大电路的个数决定增益可配置的单端转差分电路的增益值，用以实现增益粗调。
4.根据权利要求I或2所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述增益可配置宽带放大电路包括一个输入放大差分对电路其及一对可配置的负载网络和一个可配置的负反馈电阻，以及一个实现配置的控制开关组；可配置的负反馈电阻连接于输入放大差分对管的源极，控制开关组的控制端连接基带数字处理模块芯片的外部增益控制信号端；用于通过开关控制负载网路配置和开关控制负反馈电阻配置实现对增益可配置宽带放大电路增益的二级步进配置，并实现对单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益细调。
5.根据权利要求4所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述一对可配置的负载网路和一个可配置的负反馈电阻为二级控制开关组电路结构，其中 一对可配置负载网路分开接在输入放大差分对管的漏极，一对可配置负载网路连接第一级控制开关组，用于实现增益可配置宽带放大电路的第一级等步距的增益步进配置； 一个可配置的负反馈电阻连接第二级控制开关组，用于实现增益可配置宽带放大电路的第二级等步距的增益步进配置，所述第二级等步距的步距值为第一级等步距的步距值的2倍，用于实现单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器增益的二级细调。
6.根据权利要求I或2所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述增益可配置的缓冲驱动电路为差分的两路多输入管并联电路结构，每路电路组成包括一个固定输出缓冲驱动电路和二个可控制输入缓冲驱动电路，每个可控制输入缓冲驱动电路的输入端串联接入一个控制开关；控制开关的控制端连接基带数字处理模块芯片的控制信号端，用于接受基带数字处理模块芯片的控制信号，通过对控制开关的通断控制，实现对增益可配置的缓冲驱动电路增益的步进配置，并实现对单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益精调；可配置的缓冲驱动电路差分输出连接外部基带数字处理模块射频电路，用于驱动和隔离下一级射频电路。
7.根据权利要求I或2所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述增益可配置的单端转差分电路、增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路的增益控制端分别连接外部的增益控制信号输出端，用于控制上述三个增益可配置电路对各自的输入信号实现无失真放大和增益调整；上述每个增益可配置电路的增益调整都在增益控制信号控制下，以各自固定步距实施步进增益调整；所述增益控制信号来自外部的基带数字处理模块芯片。
8.根据权利要求I或2所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述增益可配置的单端转差分电路的每个单独的单端转差分放大电路为共源共栅电路结构，每个单独的单端转差分放大电路的两路负载为可变电阻的LR负载网路，负载网路的可变电阻为可配置结构；用于调节放大量，实现增益可配置的单端转差分电路中每个单端转差分放大电路两路差分输出端的信号幅度和相位保持一致。
9.根据权利要求1-8所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益可配置为依次串联连接的增益可配置的单端转差分电路、增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路的增益步进配置组合构成，其增益控制范围为上述三个增益可配置电路的最大增益控制范围之和，其增益控制值由外部基带处理模块对输入信号检测生成的增益控制信号进行控制调节；用于控制单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器增益逐级步进精确调整，实现差分输出宽带信号幅度符合设定信号幅度值，有效抑制强干扰。
10.根据权利要求1-8所述的一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，其特征在于所述增益可配置的单端转差分电路、增益可配置宽带放大电路和增益可配置的缓冲驱动电路均为宽带结构的电路，所述宽带结构包括源级负反馈结构和电感谐振结构，由器件结构和采用0. ISumCMOS集成工艺实现提高信号带宽，用于对输入宽带信号的无失真放大。
全文摘要
本发明公开一种单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器，包括依次串联的增益可配置的单端转差分电路，增益可配置宽带放大电路以及增益可配置的缓冲驱动电路，上述各个电路的增益控制端均连接来自外部数字基带处理模块的增益控制信号，组合构成单端转差分增益可配置射频宽带增益放大器的增益值，通过控制上述各个电路以各自设定的固定步距实施精细的增益调整，实现差分输出宽带信号幅度符合设定信号幅度值，有效抑制强干扰。增益控制模式得益于外部基带数字处理模块芯片强大的检测和处理能力，使得增益控制不受温度、工艺、噪声等的影响，可实现更精确更加灵活的控制。其增益控制范围为上述三个增益可配置电路的最大增益控制范围之和，本发明适合应用于有强干扰或弱信号的高动态输入要求，适用于单端宽带射频信号输入的多频多模射频芯片。
文档编号H03G3/20GK102790595SQ20111017670
公开日2012年11月21日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年5月20日
发明者何晓丰, 莫太山 申请人:杭州中科微电子有限公司