CN103916085B - 连续可变增益放大器 - Google Patents

Abstract

连续可变增益放大器包括衰减网络、增益网络、第一和第二放大网络，其中衰减网络根据输入信号产生第一差分输出信号分别发送到第一和第二放大网络；第一和第二放大网络分别接收第一差分输出信号的一路，根据外部输入的控制电压生成第一路和第二路最终输出信号；增益网络接收第一路和第二路最终输出信号生成第二差分输出信号，并将第二差分输出信号的第一路和第二路分别发送到第一和第二放大网络，当在连续可变增益放大器的增益阶段，衰减网络不工作，增益由增益网络调节，且当在衰减阶段，增益网络不工作，增益由衰减网络调节。其能够通过两个电阻网络分别来实现衰减和增益，并实现增益连续可变，从而得到了良好的线性度和改进的噪声及增益关系。

Description

连续可变增益放大器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，更具体地，涉及连续可变增益放大器。

背景技术

对于要求可变增益放大器(英文为Variable Gain Amplifier，缩写为VGA)的增益步长(英文Step)非常小的系统，同时对线性度，噪声要求也很高，例如微波通讯系统，通过可编程增益放大器(英文为Programmable GainAmplifer，缩写为PGA)方案来实现代价太大，所以通常希望增益随控制电压连续变化，即使用连续可变增益放大器(英文为Continuous VGA)来实现。

现有技术中的连续可变增益放大器有些线性度不够理想，有些噪声系数(英文为Noise Figure，简写为NF)随着增益的衰减严重恶化。

发明内容

本发明实施例提供一种连续可变增益放大器，能够解决不够理想的线性度和噪声及增益关系。

第一方面，提供了一种连续可变增益放大器，包括衰减网络、增益网络、第一放大网络和第二放大网络：衰减网络由电阻组成，用于调节连续可变增益放大器的衰减；增益网络由电阻组成，用于调节连续可变增益放大器的增益；衰减网络根据输入信号产生第一差分输出信号分别发送到第一放大网络和第二放大网络；第一放大网络接收衰减网络发送的第一差分输出信号的第一路，根据外部输入的控制电压生成第一路最终输出信号；第二放大网络接收衰减网络发送的第一差分输出信号的第二路，根据外部输入的控制电压生成第二路最终输出信号；增益网络接收第一放大网络输出的第一最终输出信号和第二放大网络输出的第二最终输出信号生成第二差分输出信号，并将第二差分输出信号的第一路和第二路分别发送到第一放大网络和第二放大网络，所述第二差分输出信号的第一路和第二路分别被所述第一放大网络和所述第二放大网络用于产生所述第一路最终输出信号和所述第二路最终输出信号，其中当在连续可变增益放大器的增益阶段，衰减网络不工作，增益由增益网络调节，且当在连续可变增益放大器的衰减阶段，增益网络不工作，增益由衰减网络调节。

在第一种可能的实现方式中，衰减网络包括对称的第一系列触点和第二系列触点，用于响应于输入信号，在第一系列和第二系列触点相应的触点对上分别生成一系列的第一差分输出信号的第一路和第二路；增益网络包括对称的第三系列触点和第四系列触点，用于分别响应于第一路最终输出信号和第二路最终输出信号，在第三系列和第四列触点相应的触点对上生成一系列的第二差分输出信号的第一路和第二路；第一放大网络具有联合输出的第一部分跨导单元和第二部分跨导单元，用于生成第一输出信号，其中第一部分跨导单元的第一输入端与衰减网络的第一系列触点中的一个对应地连接，且第一部分跨导单元的第二输入端与增益网络的第三系列触点中的触点B1H连接，第二部分跨导单元的所有第一输入端与衰减网络的第一系列触点的触点A1H连接，且第二部分跨导单元的第二输入端与增益网络的第三系列触点中的一个对应地连接；第二放大网络具有联合输出的第三部分跨导单元和第四部分跨导单元，用于生成第二输出信号，其中第三部分跨导单元的第一输入端与衰减网络的第二系列触点中的一个对应地连接，且第三部分跨导单元的所有第二输入端与增益网络的第三系列触点中的触点B1L连接，第四部分跨导单元的所有第一输入端与衰减网络的第二系列触点的触点A1L连接，且第四部分跨导单元的第二输入端与增益网络的第四系列触点中的一个对应地连接。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，第一放大网络还包括第一放大电路，第一放大电路与第一部分跨导单元和第二部分跨导单元连接，响应于第一输出信号，以生成第一路最终输出信号经第一最终输出端输出，且第一最终输出端连接到增益网络的第三系列触点的触点B1H；第二放大网络还包括第二放大电路，第二放大电路与第三部分跨导单元和第四部分跨导单元连接，响应于第二输出信号，以生成第二路最终输出信号经第二最终输出端输出，且第二最终输出端连接到增益网络的第四系列触点的触点B1L。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，增益网络响应于第一路最终输出信号和第二路最终输出信号，生成的第二差分输出信号的第一路和第二路，分别发送到与增益网络连接的第二部分跨导单元的第二输入端和与增益网络连接的第四部分跨导单元的第二输入端。

结合第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，第一放大电路或第二放大电路包括二级放大电路，其中第一放大电路的第一级接收第一输出信号，第二放大电路的第一级接收第二输出信号。

结合第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，触点A1H是第一系列触点中的第一个，触点A1L是第二系列触点的第一个，组成衰减网络的第一触点对，且当与衰减网络的触点对的最后一个至第一个连接的跨导单元对的工作状态依次变化时，则连续可变增益放大器在衰减阶段的衰减从最大衰减渐降低至零，和触点B1H是第三系列触点中的第一个，触点B1L是第四系列触点的第一个，组成增益网络的第一触点对，且当与增益网络的触点对的第一个至最后一个连接的跨导单元对的工作状态依次变化时，则连续可变增益放大器在增益阶段的增益从零逐渐增至最大增益。

结合第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，第一部分跨导单元的第一输出端与第二部分跨导单元的第二输出端连接在一起，第一部分跨导单元的第二输出端与第二部分跨导单元的第一输出端连接在一起，联合输出第一输出信号；且

结合第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，第三部分跨导单元的第一输出端与第四部分跨导单元的第二输出端连接在一起，第三部分跨导单元的第二输出端与第四部分跨导单元的第一输出端连接在一起，联合输出第二输出信号。

结合第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，输入信号为分别连接到衰减网络的触点对的一对差分信号。

结合第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，跨导单元包括由插入电流源控制的一对差分三极管，通过控制插入电流源的偏置电流确定跨导单元的工作状态。

结合第一方面或第一方面的上述可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，衰减网络和增益网络的一端与共模电压连接。

本发明实施例提供的连续可变增益放大器，能够通过两个电阻网络分别来实现衰减和增益，并实现增益连续可变，从而得到了良好的线性度和且在整个增益阶段，噪声系数不随增益的降低而恶化，即改进了噪声和增益关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的连续可变增益放大器的示意框图。

图2A和图2B是本发明第二实施例的衰减网络的示意框图。

图3A和图3B是本发明第三实施例的增益网络的示意框图。

图4A是本发明第四实施例的第一放大网络的跨导单元的示意框图。

图4B是本发明第四实施例的第一放大网络的第一放大电路的示意框图。

图5是本发明第五实施例的连续可变增益放大器的示意电路图。

图6是本发明第五实施例的连续可变增益放大器的电路原理图。

图7是本发明第五实施例的连续可变增益放大器的增益和控制电压的关系的示意图

图8是本发明第五实施例的连续可变增益放大器的NF和控制电压的关系的示意图。

图9是本发明第五实施例的VGA的控制电压所控制的电流发生器的示意图。

图10是本发明第五实施例的VGA的控制电压与偏置电流的关系的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种连续可变增益放大器，获得良好的线性度，且增益与噪声系数或衰减与噪声系数的变化关系比起现有技术，获得改进。

图1是本发明第一实施例的连续可变增益放大器10的示意框图。连续可变增益放大器10包括：衰减(标记为R.Attenuator)网络11、增益(标记为R.Boost)网络12，两个完全对称的放大网络，第一放大网络13和第二放大网络14。

衰减网络由电阻组成，用于调节连续可变增益放大器的衰减；增益网络由电阻组成，用于调节连续可变增益放大器的增益。

衰减网络11根据输入信号15产生第一差分输出信号18分别发送到第一放大网络13和第二放大网络；第一放大网络13接收衰减网络11发送的第一差分输出信号18的第一路，根据外部输入的控制电压生成第一路最终输出信号16；第二放大网络14接收衰减网络11发送的第一差分输出信号18的第二路，根据外部输入的控制电压生成第二路最终输出信号17；增益网络12接收第一放大网络13输出的第一最终输出信号16和第二放大网络输出的第二路最终输出信号17生成第二差分输出信号19，并将第二差分输出信号19的第一路和第二路分别发送到第一放大网络13和第二放大网络。

其中，连续可变增益放大器的增益阶段，也就是连续可变增益放大器的增益大于0时，衰减网络11不工作，增益由增益网络12的电阻调节。且当在连续可变增益放大器的衰减阶段，也就是连续可变增益放大器的增益小于0时，增益网络12不工作，此时增益由衰减网络11的电阻调节。

本发明实施例提供了一种连续可变增益放大器，能够通过两个电阻网络分别来实现衰减和增益，并实现增益连续可变，从而首先得到了良好的线性度；其次，在衰减阶段增益网络不再工作或者在增益阶段衰减网络不再工作，可以节省芯片电流和芯片面积；最后，在连续可变增益放大器的衰减阶段，即衰减网络起作用的阶段，连续可变增益放大器的噪声会随着增益的dB衰减而dB增加，连续可变增益放大器的NF恶化，但在连续可变增益放大器的增益阶段，即增益网络起作用的阶段，连续可变增益放大器的噪声会随着增益的dB降低而降低，因此NF几乎没有恶化。

可选的，所述衰减网络包括对称的第一系列触点和第二系列触点，用于响应于所述输入信号，在所述第一系列和第二系列触点相应的触点对上分别生成一系列的第一差分输出信号的第一路和第二路；所述增益网络包括对称的第三系列触点和第四系列触点，用于分别响应于所述第一路最终输出信号和所述第二路最终输出信号，在所述第三系列和第四列触点相应的触点对上生成一系列的第二差分输出信号的第一路和第二路；所述第一放大网络具有联合输出的第一部分跨导单元和第二部分跨导单元，用于生成第一输出信号，其中所述第一部分跨导单元的第一输入端与所述衰减网络的第一系列触点中的一个对应地连接，且所述第一部分跨导单元的第二输入端与所述增益网络的第三系列触点中的触点B1H连接，所述第二部分跨导单元的所有第一输入端与所述衰减网络的第一系列触点的触点A1H连接，且所述第二部分跨导单元的第二输入端与所述增益网络的第三系列触点中的一个对应地连接；所述第二放大网络具有联合输出的第三部分跨导单元和第四部分跨导单元，用于生成第二输出信号，其中所述第三部分跨导单元的第一输入端与所述衰减网络的第二系列触点中的一个对应地连接，且所述第三部分跨导单元的所有第二输入端与所述增益网络的第三系列触点中的触点B1L连接，所述第四部分跨导单元的所有第一输入端与所述衰减网络的第二系列触点的触点A1L连接，且所述第四部分跨导单元的第二输入端与所述增益网络的第四系列触点中的一个对应地连接。

可选的，所述第一放大网络还包括第一放大电路，所述第一放大电路与所述第一部分跨导单元和所述第二部分跨导单元连接，响应于所述第一输出信号，以生成所述第一路最终输出信号经第一最终输出端输出，且所述第一最终输出端连接到所述增益网络的第三系列触点的触点B1H；所述第二放大网络还包括第二放大电路，所述第二放大电路与所述第三部分跨导单元和所述第四部分跨导单元连接，响应于所述第二输出信号，以生成所述第二路最终输出信号经第二最终输出端输出，且所述第二最终输出端连接到所述增益网络的第四系列触点的触点B1L。

可选的，所述增益网络响应于第一路最终输出信号和第二路最终输出信号，生成的第二差分输出信号的第一路和第二路，分别发送到与所述增益网络连接的所述第二部分跨导单元的第二输入端和与所述增益网络连接的所述第四部分跨导单元的第二输入端。

可选的，所述第一放大电路或所述第二放大电路包括二级放大电路，其中所述第一放大电路的第一级接收所述第一输出信号，所述第二放大电路的第一级接收所述第二输出信号。

可选的，所述触点A1H是所述第一系列触点中的第一个，所述触点A1L是所述第二系列触点的第一个，组成所述衰减网络的第一触点对，且当与所述衰减网络的触点对的最后一个至第一个连接的所述跨导单元对的工作状态依次变化时，则所述连续可变增益放大器在衰减阶段的衰减从最大衰减渐降低至零，和所述触点B1H是所述第三系列触点中的第一个，所述触点B1L是所述第四系列触点的第一个，组成所述增益网络的第一触点对，且当与所述增益网络的触点对的第一个至最后一个连接的所述跨导单元对的工作状态依次变化时，则所述连续可变增益放大器在增益阶段的增益从零逐渐增至最大增益。

可选的，所述第一部分跨导单元的第一输出端与所述第二部分跨导单元的第二输出端连接在一起，所述第一部分跨导单元的第二输出端与所述第二部分跨导单元的第一输出端连接在一起，联合输出所述第一输出信号；且

所述第三部分跨导单元的第一输出端与所述第四部分跨导单元的第二输出端连接在一起，所述第三部分跨导单元的第二输出端与所述第四部分跨导单元的第一输出端连接在一起，联合输出所述第二输出信号。

可选的，所述输入信号为分别连接到所述衰减网络的触点对的一对差分信号。

可选的，所述跨导单元包括由插入电流源控制的一对差分三极管，通过控制所述插入电流源的偏置电流确定所述跨导单元的工作状态。

可选的，所述衰减网络和所述增益网络的一端与共模电压连接。

图2A是本发明第二实施例的衰减网络11的示意框图。图2A示出衰减网络11的一种实现方式。

衰减网络11由电阻组成，包括两组对称的触点：第一系列触点111和第二系列触点113。举例来说，第一系列触点111和第二系列触点113各有n个触点，A1H至AnH和A1L至AnL，其中n为正整数。第一系列触点111的触点A1H 112和第二系列触点113的触点A1L 114分别是第一系列触点的第一个和第二系列触点的第一个，第一系列触点111的触点AnH和第二系列触点113的触点AnL分别是第一系列触点的最后一个和第二系列触点的最后一个。A1H和A1L或AnH和AnL是一组对应的触点，也称为触点对。输入信号15是差分信号，一路如图2A的Vip所示连接到A1H，另一路如图2A的Vin所示，连接到A1L。衰减网络响应于输入信号15，在第一系列触点、第二系列触点相应的触点对上生成一系列的第一差分输出信号18。为方便说明，其中将第一系列触点上输出的第一差分输出信号称为第一差分输出信号的第一路，将第二系列触点上输出的第一差分输出信号称为第一差分输出信号的第二路。

图2B是本发明第二实施例的衰减网络11的局部111的示意框图。图2B以第一系列触点111为例，示出了一种具体实现方式，该衰减网络为π电阻网络，能够实现衰减的dB线性。由于第一系列触点111和第二系列触点113完全对称，出于简洁，不再赘述第二系列触点113。衰减网络的一端与共模电压Vcom连接。

第一放大网络13通过选择衰减网络11的局部111的一个或多个触点联合输出的信号，作为内部放大器的一路输入信号。图3A是本发明第三实施例的增益网络12的示意框图。

增益网络12由电阻组成，包括两组对称的触点：第三系列触点121和第四系列触点123。举例来说，第三系列触点121和第四系列触点123各有m个触点，B1H至BmH和B1L至BmL，m为正整数。第三系列触点121的触点B1H 122和第四系列触点123的触点B1L 124分别是第三系列触点的第一个和第四系列触点的第一个，第三系列触点121的触点BmH和第四系列触点123的触点BmL分别是第三系列触点的最后一个和第四系列触点的最后一个。B1H和B1L或BmH和BmL是一组对应的触点，也称为触点对。增益网络响应于第一路最终输出信号Vop 16和第二路最终输出信号Von 17，在第三系列、第四列触点相应的触点对上生成一系列的第二差分输出信号。为方便说明，其中将第三系列触点上输出的第一差分输出信号称为第二差分输出信号的第一路，将第四系列触点上输出的第二差分输出信号称为第二差分输出信号的第二路。

图3B是本发明第三实施例的增益网络12的局部121的示意框图。图3B以第三系列触点121为例，示出了一种具体实现方式，该增益网络为π电阻网络，能够实现增益的dB线性。由于第三系列触点121和第四系列触点123完全对称，出于简洁，不再赘述第四系列触点123。增益网络的一端与共模电压Vcom连接。

第一放大网络13通过选择增益网络12的局部121的一个或多个触点联合输出的信号，作为内部放大器的另一路输入信号。

由于第一放大网络13和第二放大网络14是一种对称关系，此处出于简洁，仅对第一放大网络13中的组成部分进行说明，第二放大网络14的结构和信号处理类似，不再赘述。

可选的，作为本发明的一个具体实施例，放大网络可以包括多个跨导单元和放大电路。其中，跨导单元通过自身是否工作来选择衰减网络或增益网络中不同触点的输出信号。各个触点都是固定的，各个跨导单元是否工作，工作的层度如何，是由各个跨导单元自己的电流的连续可变得到的。这个连续可变的电流是通过外部提供的控制电压Vctrl来控制的。控制电压英文为Control Voltage，缩写为Vctrl。

接下来，分别举例说明第一放大网络包括的跨导单元和放大电路。

图4A是本发明第四实施例的第一放大网络13的跨导单元40的示意原理图。

第一放大电路包括多个跨导单元40，上下文中将与第一系列触点连接的跨导单元称为第一部分跨导单元，与第三系列触点连接的跨导单元称为第二部分跨导单元。跨导单元40包括两个差分三极管，第一部分跨导单元以Man和Manp(n为正整数)，第二部分跨导单元以Mgm和Mgmp(m为正整数)表示。跨导单元40可以由插入电流源提供偏置电流404控制跨导单元的工作状态。以第一部分跨导单元的最后一个为例，如图4A所示，跨导单元以Man和Manp分别表示两个差分的三极管，受控的偏置电流为I_AnH。例如，当跨导单元的偏置电流从无到有时，该跨导单元从不工作到逐渐工作。两个差分三极管中的一个三极管，例如Man或Mgm的输入端为放大器的同相输入端，在上下文中称为第一输入端401，另一个三极管，例如Manp或Mgmp的输入端为放大器的反相输入端，在上下文中称为第二输入端402。第一部分的跨导单元40的每一个第一输入端401分别与对应的衰减网络的第一系列触点例如A1H至AnH中的一个连接，且所有第二输入端与增益网络的第三系列触点中的触点B1H 121连接。第二部分的跨导单元40的所有第一输入端与衰减网络的第一系列触点的触点A1H 112连接，且每一个第二输入端402与对应的增益网络的第三系列触点例如B1H至BmH中的一个连接。根据各自的第一输入端和第二输入端接收的信号，第一部分跨导单元和第二部分跨导单元40生成第一输出信号403，且联合发送至第一放大电路45。图4B是本发明第四实施例的第一放大网络的第一放大电路45的示意原理图。

对应地，第二放大网络同样具有联合输出的多个跨导单元40，其中与第二系列触点连接的跨导单元称为第三部分跨导单元，与第四系列触点连接的跨导单元称为第四部分跨导单元，用于生成第二输出信号，其中第三部分跨导单元的每一个第一输入端与对应的衰减网络的第二系列触点例如A1L至AnL中的一个连接，且所有第二输入端与增益网络的第三系列触点中的触点B1L连接。第四部分跨导单元的所有第一输入端与衰减网络的第二系列触点的触点A1L连接，且每一个第二输入端与对应的增益网络的第四系列触点例如B1L至BmL中的一个连接。

第一放大网络的第一部分跨导单元的一个和第二放大网络的第三部分跨导单元中的一个，通过衰减网络的触点对组成跨导单元对，可以生成差分的第一输出信号和第二输出信号，分别发送到第一放大电路和第二放大电路，从而在电路不需要额外增加转相器的情况下，最终输出互为反相的差分的第一最终输出信号和第二最终输出信号。在很多的应用中，该方法具有特别的益处。

类似地，第一放大网络的第二部分跨导单元的一个和第二放大网络的第四部分跨导单元中的一个，通过增益网络的触点对组成跨导单元对，可以生成差分的第一输出信号和第二输出信号，分别发送到第一放大电路和第二放大电路，益处同上。

具体来说，针对本发明实施例的可变增益放大器，其增益和衰减的连续可调是由于不同的跨导单元所选择的增益网络和衰减网络的触点不同，通过可变增益放大器的控制电压Vctrl来连续改变各个换跨导单元的偏置电流，即图4A中的偏置电流404而实现的。跨导单元虽然连接在增益网络或者衰减网络的不同触点，但每一个跨导单元是否工作，是由其偏置电流404的有无来控制的，而每个跨导单元的偏置电流又受VGA的控制电压Vctrl控制。VGA所有跨导单元的偏置电流的总和是一定的，通过Vctrl控制各个跨导单元的偏置电流，随着Vctrl从0V逐步增加到最大值，各个跨导单元的电流是连续切换的，由此实现了增益或衰减连续可变的VGA。

图9是本发明实施例的VGA的控制电压Vctrl所控制的电流发生器90的示意图。电流发生器90为现有技术，在图10中省略具体电路，仅示意性说明当外部输入的控制电压Vctrl 91变化时，受Vctrl控制的电流发生器根据Vctrl的变化，在不同的输出端输出偏置电流例如I_A1H等。图10是本发明实施例的VGA的控制电压与偏置电流的关系的示意图。为了清楚显示，图10中不同偏置电流通过添加有不同符号的波形曲线表示。由此可以看出，每一个偏置电流从无到有，又从有到无的变化趋势。与电流发生器输出端连接的跨导单元当有偏置电流通过时，则开始切换工作状态。

具体地，以衰减网络的第一部分跨导单元为例，Vctrl为0V的时候，只有AnH(图5中衰减网络从左往右最后一个)触点上连接的跨导单元的偏置电流有电流，其他所有的跨导单元下面的偏置电流都为零，此时，VGA的衰减最大。随着Vctrl逐步增加,AnH触点上连接的跨导单元的电流逐步减小,An-1H(AnH左侧的第一个)触点上连接的跨导单元的电流逐步增加，从而实现了各个跨导单元是否工作的连续切换。由于与AnH和An-1H触点连接的跨导单元所接的衰减网络的电阻的触点不一样，意味着衰减的程度不一样，既然与衰减网络的AnH和An-1H触点连接的跨导单元是否工作能够连续切换，就实现了衰减的连续可调。当随着Vctrl逐步增加，与AnH至A1H触点连接的跨导单元逐个切换工作状态，实现了VGA衰减阶段从最大衰减到没有衰减的连续变化。随着Vctrl进一步增加，衰减网络不再工作，参考图3B的增益网络，从左向右，与衰减网络的触点连接的跨导单元的偏置电流相应变化，所连接的跨导单元逐个从不工作到切换工作状态，实现了VGA的增益阶段的增益由小到大的变化趋势。当且仅当增益网络的最右侧的BmH触点连接的跨导单元工作时，VGA的增益达到最大值。

由于第一部分跨导单元和第三部分跨导单元连接在衰减网络的一个触点对上，该触点对作为电阻，另一端又分别连接输入信号Vip和Vin，所以输入第一放大电路和第二放大电路的信号仍是差分信号。第二部分跨导单元和第四部分跨导单元连接在增益网络的一个触点对上，与上述原理相同。

此外，由于在增益阶段，即增益大于0的阶段，当增益从最大增益逐步降低的时候，参考图3B的增益网络，受连续切换电流控制的有效工作的跨导对所接触的电阻，即等效噪声贡献电阻值也在减小，所以虽然增益dB降低了，但是噪声也相应地dB降低了，所以NF能维持几乎不变。即实现了在VGA的增益大于零的阶段，NF保持恒定，不随增益的降低而恶化。

参考图4B，第一放大电路45示出简化的两级放大电路。其中第一级放大器的两个晶体管Ma 451和Mb 452的输入端分别与跨导单元40的两个晶体管的输出端连接，用于接收跨导单元40的第一输出信号403。具体地，第一部分跨导单元的第一输出端和第二部分跨导单元的第二输出端与Ma 451的输入端连接，第一部分跨导单元的第二输出端和第二部分跨导单元的第一输出端与Mb 452的输入端连接。信号经第一级放大器放大后，最终经第二级放大器Mc 453的输出端输出第一最终输出信号Vop 16。第二级放大器453的输出端与增益网络的第三系列触点中的触点B1H 121连接。此外，放大器453的输出端还可以由插入电流源454控制偏置电流。

对应地，第二放大电路同样包括两级放大电路。其中第一级放大器的两个晶体管和分别与跨导单元的两个晶体管的输出端连接，用于接收跨导单元的第二输出信号，经第二级放大器的输出端输出第二最终输出信号Vop 17。第二级放大器的输出端与增益网络的第三系列触点中的触点B1L 121连接。此外，第二级放大器的输出端同样可以由插入电流源控制偏置电流。

图5是本发明第五实施例的连续可变增益放大器50的示意电路图。

在本发明实施例中输入信号作为差分信号分为两路Vip和Vin分别与衰减网络的一对触点(AnH与AnL)连接。接下来，出于简洁，以第一放大网络为例说明，第二放大网络的原理类似。

输入信号Vip经衰减网络输出到第一放大网络的跨导单元的第一输入端。该跨导单元基于该输入生成第一输出信号，发送到第一放大电路的第一级放大器的一个三极管的输入端。第一放大电路的第一级放大器例如包括三极管Ma和三极管Mb，第二级放大器包括三极管Mc。同时该第一最终输出信号经过第一放大电路的输出端，输入增益网络的第三系列触点的B1H后，作为该跨导单元的反相输入端的信号，输入到第一级放大器的另一个三极管的输入端。经过二级放大，第一放大电路的第二级放大器的输出端输出第一最终输出信号。

在连续可变增益放大器的整个衰减阶段，衰减网络连接的各个跨导单元的第二输入连接的是B1H。整个衰减网络，以及其对应的跨导对是否工作，由受Vctrl所控制的偏置电流来决定。增益网络中B1H此时与Vop连接。在衰减网络处于工作的时候，受Vctrl作用，整个增益网络连接的跨导单元下面的偏置电流为0，整个增益网络连接的所有跨导单元不工作。此时，只有衰减网络工作。

在连续可变增益放大器的整个增益阶段，增益网络连接的各个跨导单元的第一输入连接的是A1H。整个增益网络，以及其对应的跨导对是否工作，由受Vctrl所控制的偏置电流来决定。衰减网络中A1H此时与Vip连接。在增益网络处于工作的时候，受Vctrl作用,整个衰减网络连接的跨导单元下面的偏置电流为0，整个衰减网络连接的跨导单元不工作。此时，只有增益网络工作。

本发明实施例提供了一种连续可变增益放大器，能够通过两个电阻网络分别来实现衰减和增益，并实现增益连续可变，从而首先得到了良好的线性度；其次，在衰减阶段增益网络不再工作或者在增益阶段衰减网络不再工作，可以节省芯片电流和芯片面积；最后，在连续可变增益放大器的衰减阶段，即衰减网络起作用的阶段，连续可变增益放大器的噪声会随着增益的dB衰减而dB增加，相应地，连续可变增益放大器的NF恶化，但在连续可变增益放大器的增益阶段，即增益网络起作用的阶段，连续可变增益放大器的噪声会随着增益的dB降低而降低，NF因此几乎没有恶化。

图6是本发明实施例的连续可变增益放大器50的电路原理图。出于清楚，图中仅标出连续可变增益放大器50的上半部分电路。为简化说明，图6中示出一个工作中的跨导单元和Vctrl控制的偏置电流与具体的衰减网络或增益网络的触点连接关系的简化电路图。

在连续可变增益放大器的增益阶段，跨导单元的第一输入端401接A1H,此时，Vip连接到A1H，即衰减网络(R.Attenuator)不工作，增益大小由增益网络(R.Boost)决定。此时VGA的噪声由增益网络和第一放大电路自己的噪声组成，与衰减网络无关。且当连接到增益网络的触点B1H的跨导单元Mg1工作时，增益网络不工作。

在连续可变增益放大器的衰减阶段，跨导单元的第二输入端402接B1H，此时，Vop连接到B1H即增益网络不工作，衰减大小由衰减网络决定。此时VGA的噪声由衰减网络和第一放大电路自己的噪声组成，与增益网络无关。

上面两点表明，在连续可变增益放大器的增益阶段，连续可变增益放大器中没有衰减网络的噪声贡献。原因是在增益阶段，与衰减网络对应的跨导单元下面的电流为零，即与衰减网络各个触点相连接的跨导单元不工作。由于衰减网络不工作，也就没有衰减网络的电阻噪声贡献。类似地，连续可变增益放大器的衰减阶段，连续可变增益放大器中没有增益网络的噪声贡献。原因是在衰减阶段，与增益网络对应的跨导单元下面的电流为零，即与增益网络各个触点相连接的跨导单元不工作。由于增益网络不工作，同样也没有增益网络的电阻噪声贡献。由此，NF与增益的变化与现有技术有区别，本发明实施例的连续VGA可以调整衰减和增益且仅增益网络工作时，即与触点对连接的跨导单元对从右向左依次工作时，连续可变增益放大器的增益由最大增益逐渐减小，此时，增益网络的增益从最大增益逐步降低的时候，噪声随着增益的降低也逐渐减小，所以NF才能几乎维持不变。

根据本发明实施例的连续可变增益放大器的仿真结果，当输入、输出阻抗都为50欧姆的时候，增益和NF的具体情况分别如图7和图8所示。

图7是本发明第五实施例的连续可变增益放大器的增益和外部控制电压Vctrl的关系的示意图。其中，可变增益放大器的增益大小和外部控制电压大小应设计要求不同而各异，此处仅为示例。

如图7所示，横轴为控制电压，纵轴为连续可变增益放大器的增益。其中纵轴中增益为0以下的负数表示连续可变增益放大器的衰减阶段的增益值，增益为0以上的正数表示连续可变增益放大器的增益阶段的增益值。

下面仅以连续可变增益放大器50的上半边电路来做解释，下半边和上半部分完全是对称的，原理相同，此处出于简洁不再赘述。本发明实施例中，所有第一部分跨导单元和第二部分跨导单元的偏置电流的总和是个定值，即是一个定值，不随Vctrl的变化而变化。

当Vctrl很小的时候，例如参考图7，小于0.4V的时候，只有I_AnH有电流，由于所有偏置电流的总和是定值，所以其他的偏置电流全部为零，于是只有连接在偏置电流I_AnH)的跨导单元是工作的。此时其他的跨导单元都不工作，因为其偏置电流为零，该跨导单元的第一输入端接的是衰减电阻网络最大的衰减点AnH，第二输入端接的是B1H，B1H在增益电阻网络的最左侧，为第一个触点，此时整个VGA实现最大的衰减，衰减幅度等于衰减电阻网络AnH点的衰减幅度、

再次参考图7，当Vctrl为0.7V的时候，偏置电流只有I_A(n-1)H存在，其他的偏置电流全部为零，此时只有与偏置电流I_A(n-1)H相连的跨导单元是工作的，跨导单元第一输入端接的是衰减电阻网络中比最大的衰减点AnH小一些的点A(n-1)H，右边接的是B1H，B1H在增益网络的最左侧，为第一个触点，其他跨导单元全部不工作，因为其偏置电流为零。此时整个VGA实现的衰减幅度等于衰减电阻网络A(n-1)H点的衰减幅度。

再次参考当Vctrl等于0.4V和0.7V的时候，衰减网络AnH和A(n-1)H两点的衰减幅由电阻网络决定，是两个不同的值，那么VGA如何在这两点之间实现衰减的连续变化呢？当Vctrl处于0.4V和0.7V之间的时候，只有I_AnH和I_A(n-1)H有电流，由于I_AnH与I_A(n-1)H的和为定值，其他所有的偏置电流为零。与偏置电流I_AnH和I_A(n-1)H相连的两个跨导单元都是工作的，但这两个跨导单元工作的层度取决于偏置电流的大小，且电流大小决定了该跨导单元对整个衰减量的贡献程度

依次类推，随着Vctrl的连续变化，VGA的衰减也是连续变化的；在增益阶段，增益网络与其对应的跨导单元和偏置电流之间的工作关系也在连续，从而能够实现增益的连续可变。所以VGA的增益/衰减连续变化是通过Vctrl来调节不同跨导单元的偏置电流来实现的。

从图7中可以看到，随着控制电压从0V开始增大，在控制电压在0-0.4V之间的第一电压71起，可变增益放大器的增益开始从最大衰减向最大增益变化，此时，增益网络不工作，仅有与衰减网络的最后一个触点对AnH和AnL连接的跨导单元对工作。期间，在控制电压在1-1.5V之间的第二电压72时，可变增益放大器的增益输出为0，此时，输入信号Vip和Vin接入衰减电阻网络的A1H和A1L，仅与A1H、A1L连接的跨导单元对和与B1H和B1L连接的跨导单元对工作。控制电压从第二电压72至2.5V以上的第三电压73期间变化时，此时衰减网络不工作，仅有与增益网络的最后一个触点对BmH和BmL连接的跨导单元对工作。在2.5V以上的第三电压73起，可变增益放大器的增益输出为最大值，通过连续可变的控制电压控制跨导单元与所连接的电阻网络向放大网络输出VGA的增益控制信号，可以得到连续可变的增益。

图8是本发明第五实施例的连续可变增益放大器的NF和控制电压的关系的示意图。

如图8所示，横轴为控制电压，纵轴为连续可变增益放大器的NF。从图8中看到，当输入信号的电压从第一电压71增长到第二电压72时，也就是在连续可变增益放大器的衰减阶段中从最大衰减逐步增长到增益为0时，NF随着衰减阶段的增益的dB增长而dB改善。当从第二电压72增长到第三电压73时，也就是在连续可变增益放大器的增长阶段中从增益为0增长到最大增益时，NF随着增益阶段的增益的dB增长几乎维持不变。进一步验证了本发明实施例的连续可变增益放大器，在衰减阶段，NF随着增益的dB衰减而dB恶化，但是在增益阶段，NF随着增益的dB降低几乎维持不变。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种连续可变增益放大器，其特征在于，包括衰减网络、增益网络、第一放大网络和第二放大网络：

所述衰减网络由电阻组成，用于调节所述连续可变增益放大器的衰减；

所述增益网络由电阻组成，用于调节所述连续可变增益放大器的增益；所述衰减网络根据输入信号产生第一差分输出信号分别发送到所述第一放大网络和所述第二放大网络；

所述第一放大网络接收所述衰减网络发送的第一差分输出信号的第一路，根据外部输入的控制电压生成第一路最终输出信号；

所述第二放大网络接收所述衰减网络发送的第一差分输出信号的第二路，根据外部输入的控制电压生成第二路最终输出信号；

所述增益网络接收所述第一放大网络输出的所述第一路最终输出信号和所述第二放大网络输出的所述第二路最终输出信号生成第二差分输出信号，并将所述第二差分输出信号的第一路和第二路分别发送到所述第一放大网络和所述第二放大网络，所述第二差分输出信号的第一路和第二路分别被所述第一放大网络和所述第二放大网络用于产生所述第一路最终输出信号和所述第二路最终输出信号，其中

当在所述连续可变增益放大器的增益阶段，所述衰减网络不工作，所述连续可变增益放大器的增益由所述增益网络调节，且当在所述连续可变增益放大器的衰减阶段，所述增益网络不工作，所述增益由所述衰减网络调节。

2.根据权利要求1所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述衰减网络包括对称的第一系列触点和第二系列触点，用于响应于所述输入信号，在所述第一系列和第二系列触点相应的触点对上分别生成一系列的第一差分输出信号的第一路和第二路；

所述增益网络包括对称的第三系列触点和第四系列触点，用于分别响应于所述第一路最终输出信号和所述第二路最终输出信号，在所述第三系列和第四列触点相应的触点对上生成一系列的第二差分输出信号的第一路和第二路；

所述第一放大网络具有联合输出的第一部分跨导单元和第二部分跨导单元，用于生成第一输出信号，其中所述第一部分跨导单元的第一输入端与所述衰减网络的第一系列触点中的一个对应地连接，且所述第一部分跨导单元的第二输入端与所述增益网络的第三系列触点中的触点B1H连接，所述第二部分跨导单元的所有第一输入端与所述衰减网络的第一系列触点的触点A1H连接，且所述第二部分跨导单元的第二输入端与所述增益网络的第三系列触点中的一个对应地连接；

所述第二放大网络具有联合输出的第三部分跨导单元和第四部分跨导单元，用于生成第二输出信号，其中所述第三部分跨导单元的第一输入端与所述衰减网络的第二系列触点中的一个对应地连接，且所述第三部分跨导单元的所有第二输入端与所述增益网络的第三系列触点中的触点连接，所述第四部分跨导单元的所有第一输入端与所述衰减网络的第二系列触点的触点A1L连接，且所述第四部分跨导单元的第二输入端与所述增益网络的第四系列触点中的一个对应地连接。

3.根据权利要求2所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述第一放大网络还包括第一放大电路，所述第一放大电路与所述第一部分跨导单元和所述第二部分跨导单元连接，响应于所述第一输出信号，以生成所述第一路最终输出信号经第一最终输出端输出，且所述第一最终输出端连接到所述增益网络的第三系列触点的触点B1H；

所述第二放大网络还包括第二放大电路，所述第二放大电路与所述第三部分跨导单元和所述第四部分跨导单元连接，响应于所述第二输出信号，以生成所述第二路最终输出信号经第二最终输出端输出，且所述第二最终输出端连接到所述增益网络的第四系列触点的触点B1L。

4.根据权利要求3所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述增益网络响应于第一路最终输出信号和第二路最终输出信号，生成第二差分输出信号的第一路和第二路，分别发送到与所述增益网络连接的所述第二部分跨导单元的第二输入端和与所述增益网络连接的所述第四部分跨导单元的第二输入端。

5.根据权利要求2至4任一所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述第一放大电路或所述第二放大电路包括二级放大电路，其中所述第一放大电路的第一级接收所述第一输出信号，所述第二放大电路的第一级接收所述第二输出信号。

6.根据权利要求2至4任一所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述触点A1H是所述第一系列触点中的第一个，所述触点A1L是所述第二系列触点的第一个，组成所述衰减网络的第一触点对，且当与所述衰减网络的触点对的最后一个至第一个连接的跨导单元对的工作状态依次变化时，则所述连续可变增益放大器在衰减阶段的衰减从最大衰减渐降低至零，和

所述触点B1H是所述第三系列触点中的第一个，所述触点B1L是所述第四系列触点的第一个，组成所述增益网络的第一触点对，且当与所述增益网络的触点对的第一个至最后一个连接的所述跨导单元对的工作状态依次变化时，则所述连续可变增益放大器在增益阶段的增益从零逐渐增至最大增益。

7.根据权利要求2至4任一所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述第一部分跨导单元的第一输出端与所述第二部分跨导单元的第二输出端连接在一起，所述第一部分跨导单元的第二输出端与所述第二部分跨导单元的第一输出端连接在一起，联合输出所述第一输出信号；且

所述第三部分跨导单元的第一输出端与所述第四部分跨导单元的第二输出端连接在一起，所述第三部分跨导单元的第二输出端与所述第四部分跨导单元的第一输出端连接在一起，联合输出所述第二输出信号。

8.根据权利要求2至4任一所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述输入信号为分别连接到所述衰减网络的触点对的一对差分信号。

9.根据权利要求2至4任一所述的可变增益放大器，其特征在于：

所述跨导单元包括由插入电流源控制的一对差分三极管，通过控制所述插入电流源的偏置电流确定所述跨导单元的工作状态。

10.根据权利要求2至4任一所述的连续可变增益放大器，其特征在于：

所述衰减网络和所述增益网络的一端与共模电压连接。