一種可編程增益放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可編程增益放大器，包括第一運算放大器。第一運算放大器包括差分輸入端和差分輸出端，每一個差分輸入端串接M個并聯(lián)的輸入電容，每一個差分輸入端與其對應的差分輸出端之間跨接反饋電容。輸入電容包括N個第一電容和M-N個第二電容，第一電容的電容值為參考電容值；第二電容的電容值與反饋電容相同為參考電容值的N倍。每一個輸入電容串聯(lián)一對應的開關?？刂菩盘栆訬位溫度計碼控制各第一電容對應的開關，以M-N位溫度計碼控制各第二電容對應的開關，并以N進制的方式將控制第一電容對應開關的溫度計碼轉換為控制第二電容對應開關的溫度計碼。本發(fā)明能夠減小電容數(shù)量，降低制造成本。
【專利說明】
—種可編程增益放大器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路設計領域，具體為一種可編程增益放大器。

【背景技術】
[0002]如今芯片發(fā)展的一個重要的特點就是微型化和集成化，隨著移動便攜市場的開發(fā)，人們對芯片的要求已經(jīng)不僅僅滿足于實現(xiàn)功能，而是對芯片的成本、集成度、功耗等方面提出了越來越高的要求。系統(tǒng)芯片所帶來的單片系統(tǒng)集成芯片解決方案不僅能夠明顯增加集成度、減小芯片體積、提高封裝密度，而且可以有效降低芯片系統(tǒng)的成本和造價。與此同時，芯片系統(tǒng)也對其中的各部分模塊的性能、面積、功能、穩(wěn)定性等指標提出了更高的要求。
[0003]可編程增益放大器(PGA)芯片的應用非常廣泛，特別在無線通信系統(tǒng)中，它是射頻前端中的一個非常重要的模塊，其性能對整個射頻前端的性能有至關重要的影響，特別是在接收端，需要一個高帶寬、高線性度以及增益調節(jié)范圍比較大的放大器，以實現(xiàn)對信號的調制，得到幅度恒定的信號，供模擬后端使用。在采樣系統(tǒng)的開關電容放大器中，弱信號需要放大較大的放大倍數(shù)來提高整個系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
[0004]傳統(tǒng)的可編程增益放大器通常采用一級放大結構的二進制編碼方式，通過改變其反饋電容與輸入電容的比值以實現(xiàn)增益可變，這種放大結構雖然在電路設計和編碼結構方面非常簡單，但也帶來了更嚴重的問題:如輸入電容面積的大大增加，由于環(huán)路反饋系數(shù)的減小使得運算放大器設計難度大大增加。
[0005]因而如何實現(xiàn)一種具有較小面積和較低設計難度的可編程增益放大器是本領域技術人員亟待解決的技術問題。


【發(fā)明內容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種減小芯片面積，降低集成電路制作成本的可編程增益放大器。
[0007]本發(fā)明采用如下技術方案:一種可編程增益放大器，包括第一運算放大器，其包括一對第一差分輸入端和一對第一差分輸出端，每一所述第一差分輸入端串接M個并聯(lián)的第一輸入電容，每一所述第一差分輸入端與其對應的第一差分輸出端之間跨接第一反饋電容；所述M個并聯(lián)的第一輸入電容包括N個第一電容和M-N個第二電容，所述第一電容的電容值為參考電容值；所述第二電容的電容值與所述第一反饋電容相同，為所述參考電容值的N倍。其中每一所述第一輸入電容串聯(lián)一對應的開關，各所述開關由控制信號控制其啟閉以調節(jié)所述M個并聯(lián)的第一輸入電容的總電容值至大于或等于所述反饋電容的電容值；所述控制信號以N位溫度計碼控制各所述第一電容對應的開關，以M-N位溫度計碼控制各所述第二電容對應的開關，并以N進制的方式將控制各所述第一電容對應開關的溫度計碼轉換為控制各所述第二電容對應開關的溫度計碼，其中M、N、M-N為正整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，當控制各所述第一電容對應開關的溫度計碼為N且控制各所述第二電容對應開關的溫度計碼不為M-N時，所述控制信號使控制各所述第二電容對應開關的溫度計碼進位，并對控制各所述第一電容對應開關的溫度計碼清零。
[0009]優(yōu)選地，所述可編程增益放大器還包括第二運算放大器，用于將所述第一運算放大器的輸出信號放大，其包括一對第二差分輸入端和一對第二差分輸出端，所述第二差分輸入端與所述第一差分輸出端相連；每一所述第二差分輸入端與所述第一差分輸出端之間串接第二輸入電容，每一所述第二差分輸入端與其對應的第二差分輸出端之間跨接第二反饋電容。
[0010]優(yōu)選地，所述第二反饋電容為多個且并聯(lián)連接，且至少一個所述第二反饋電容串聯(lián)一對應的開關，通過該開關的開啟和關閉調節(jié)多個所述第二反饋電容的總電容值。
[0011 ] 優(yōu)選地，每一所述第二反饋電容的電容值相等，所述第二輸入電容的電容值大于或等于各所述第二反饋電容的總電容值。
[0012]優(yōu)選地，所述第一運算放大器的增益大于所述第二運算放大器的增益。
[0013]優(yōu)選地，M= ILN = 8，所述第一運算放大器的增益為I?4倍。
[0014]優(yōu)選地，所述第二反饋電容為并聯(lián)的兩個且其中一個串聯(lián)對應的開關，通過一位數(shù)字碼控制該對應的開關的導通和關閉以調節(jié)兩個所述第二反饋電容的總電容值。
[0015]優(yōu)選地，所述第二輸入電容的電容值為所述第二反饋電容的兩倍，所述第二運算放大器的增益為I?2倍。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提出的可編程增益放大器的第一運算放大器的輸入電容的控制方式采用溫度計碼和N進制碼的混合編碼方式，這樣在滿足實現(xiàn)同樣增益的條件下大大減小了所使用到的電容總數(shù)，減小了芯片面積，降低了集成電路制作的成本。此外，本發(fā)明的可編程增益放大器的通過兩級放大級分別控制增益，實現(xiàn)了總的放大增益，這種控制方式編碼邏輯簡單，由于增大了每一級運算放大器反饋環(huán)路的反饋系數(shù)，使得對運算放大器的設計指標要求能夠降低。更進一步的，將第一級的放大增益設計為大于第二級，減小了輸出噪聲，提高了電路性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實施例的可編程增益放大器的電路示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明一實施例的可編程增益放大器第一運算放大器第一輸入電容的編碼方式示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明另一實施例的可編程增益放大器的電路示意圖。

【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發(fā)明的內容作進一步說明。當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
[0021]在本說明書中及在權利要求書中，應理解當一元件被稱為“耦接”或“連接”到另一元件或與另一元件“相連”時，其可直接連接到另一元件，或可存在介入元件。
[0022]請參照圖1，本發(fā)明的可編程增益放大器包括第一運算放大器Opl。該第一運算放大器包括一對第一差分輸入端和一對第一差分輸出端。其中，每一個第一差分輸入端串接第一輸入電容陣列。如圖所不，第一輸入電容陣列的一端連接運算放大器的差分輸入端，另一端通過控制開關連接可編程增益放大器的輸入端Vin。每一個第一差分輸入端與其對應的第一差分輸出端之間，即第一運算放大器兩端跨接第一反饋電容Cf。
[0023]第一輸入電容陣列的結構如附圖1所示，其包括M個并聯(lián)的第一輸入電容Csl...CsM，這些第一輸入電容分別串聯(lián)對應的開關S1...SM。一個第一輸入電容與對應的開關相串聯(lián)構成一組開關與第一輸入電容對。M組開關與第一輸入電容對以并聯(lián)的方式連接，從而構成第一輸入電容陣列。通過控制信號控制開關SI至SM的開啟與關閉，可以得到不同的M個并聯(lián)的第一輸入電容的總電容值。第一反饋電容Cf為恒定值。由于可編程增益放大器的增益取決于第一輸入電容Cs與第一反饋電容Cf的電容值之比，因此通過開關SI至SM的啟閉控制，就可以達到增益可編程的目的。為使第一運算放大器增益大于等于I倍，M個并聯(lián)的第一輸入電容的總電容應大于或等于反饋電容的電容值。
[0024]在本實施例中，各個第一輸入電容的值不完全相同，并且與第一反饋電容Cf的電容值相關。具體來說，假設第一反饋電容Cf的電容值為N倍的最小電容值，此處的最小電容值作為參考電容值Cref。那么，將M個第一輸入電容根據(jù)電容值大小劃分為兩組，第一組(下文稱第一電容)為N個，電容值為參考電容值Cref，剩下的M-N個第一輸入電容為第二組(下文稱第二電容)，其電容值與第一反饋電容Cf相同，為參考電容值的N倍。
[0025]如前所述，每一個第一輸入電容所對應的開關均由控制信號控制其導通和關斷，其中控制信號是以N位溫度計碼控制第一組的N個第一電容所對應的開關，并且以M-N位溫度計碼控制第二組的M-N個第二電容所對應的開關。特別的，本發(fā)明中，控制信號還以N進制的方式將控制第一電容對應的開關的溫度計碼轉換為控制第二電容對應開關的溫度計碼。具體來說，當控制各第一電容對應開關的溫度計碼為N且控制各第二電容對應開關的溫度計碼不為M-N時，控制信號使控制各第二電容對應開關的溫度計碼進一位，并對控制各第一電容對應開關的溫度計碼清零。
[0026]接下來將結合圖2詳細說明本發(fā)明的對第一輸入電容的編碼方式。本實施例中，M= 11，N = 8。由此，反饋電容的電容值為8Cref。第一輸入電容的第二電容為3個CsO?Cs2,對應的開關為SO?S2,每個第二電容的電容值為8Cref。第一輸入電容的第一電容為8個Cs3?CslO，每個電容值為Cref。
[0027]下表為控制信號對兩組開關SO?S2和S3?SlO以溫度計碼控制的編碼表。
[0028]
總電容值增益 SO SI S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 SlOBCrcf 100011111111
BCrcI' I O _0_ I 00000000
9Cref 1,125 001000000011Cref 1.25 00100000011
[0029]

【權利要求】
1.一種可編程增益放大器，其特征在于，包括: 第一運算放大器，其包括一對第一差分輸入端和一對第一差分輸出端，每一所述第一差分輸入端串接M個并聯(lián)的第一輸入電容，每一所述第一差分輸入端與其對應的第一差分輸出端之間跨接第一反饋電容；所述M個并聯(lián)的第一輸入電容包括N個第一電容和M-N個第二電容，所述第一電容的電容值為參考電容值；所述第二電容的電容值與所述第一反饋電容相同，為所述參考電容值的N倍， 其中每一所述第一輸入電容串聯(lián)一對應的開關，各所述開關由控制信號控制其啟閉以調節(jié)所述M個并聯(lián)的第一輸入電容的總電容值至大于或等于所述反饋電容的電容值；所述控制信號以N位溫度計碼控制各所述第一電容對應的開關，以M-N位溫度計碼控制各所述第二電容對應的開關，并以N進制的方式將控制各所述第一電容對應開關的溫度計碼轉換為控制各所述第二電容對應開關的溫度計碼，其中M、N、M-N為正整數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的可編程增益放大器，其特征在于，當控制各所述第一電容對應開關的溫度計碼為N且控制各所述第二電容對應開關的溫度計碼不為M-N時，所述控制信號使控制各所述第二電容對應開關的溫度計碼進位，并對控制各所述第一電容對應開關的溫度計碼清零。
3.根據(jù)權利要求1所述的可編程增益放大器，其特征在于，還包括: 第二運算放大器，用于將所述第一運算放大器的輸出信號放大，其包括一對第二差分輸入端和一對第二差分輸出端，所述第二差分輸入端與所述第一差分輸出端相連；每一所述第二差分輸入端與所述第一差分輸出端之間串接第二輸入電容，每一所述第二差分輸入端與其對應的第二差分輸出端之間跨接第二反饋電容。
4.根據(jù)權利要求3所述的可編程增益放大器，其特征在于，所述第二反饋電容為多個且并聯(lián)連接，且至少一個所述第二反饋電容串聯(lián)一對應的開關，通過該開關的開啟和關閉調節(jié)多個所述第二反饋電容的總電容值。
5.根據(jù)權利要求4所述的可編程增益放大器，其特征在于，每一所述第二反饋電容的電容值相等，所述第二輸入電容的電容值大于或等于各所述第二反饋電容的總電容值。
6.根據(jù)權利要求3所述的可編程增益放大器，其特征在于，所述第一運算放大器的增益大于所述第二運算放大器的增益。
7.根據(jù)權利要求1所述的可編程增益放大器，其特征在于，M= ILN = 8，所述第一運算放大器的增益為I?4倍。
8.根據(jù)權利要求4所述的可編程增益放大器，其特征在于，所述第二反饋電容為并聯(lián)的兩個且其中一個串聯(lián)對應的開關，通過一位數(shù)字碼控制該對應的開關的導通和關閉以調節(jié)兩個所述第二反饋電容的總電容值。
9.根據(jù)權利要求8所述的可編程增益放大器，其特征在于，所述第二輸入電容的電容值為所述第二反饋電容的兩倍，所述第二運算放大器的增益為I?2倍。
【文檔編號】H03F3/45GK104135243SQ201410409340
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權日:2014年8月19日
【發(fā)明者】呂本強, 孫翔, 何學紅 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 成都微光集電科技有限公司