宽动态范围放大器的增益控制的利记博彩app

专利名称：宽动态范围放大器的增益控制的利记博彩app
宽动态范围放大器的增益控制 相关申请的交叉引用
本申请要求2005年8月12日提交的标题为"线性宽动态范围放 大器的增益控制技术"的美国临时申请No. 60/707,867的优先权，通 过引用将其全部内容并入本文。
背景技术：
在通信系统中，利用多种发射机制，可将信号分配到大面积上的 目的装置。例如，信号可经由无线通信链路分配到接收机，而其他信 号经由有线链路分配到接收机。接收机能够选择处理接收的信号中的 哪些信号。接收机可配置为在经由无线链路接收的信号或经由有线链 路接收的信号之间进行选择。
因为无线链路或有线链路具有不同特征，所以在接收机处接收的 信号的强度可在很宽范围内变化。例如，由于缺少邻近、阻挡或破坏 性的多径信号组合，因此经由无线链路接收的信号可能被衰减。类似 地，由于通过传输线的传播损耗以及由于信号分裂的损耗，经由有线 链路接收的信号可能被衰减。然而，有线信号分配系统可在有线信号 分配系统的分支中包括一个或多个分配方文大器，以便在每个分配系统 末端将功率保持在期望的范围内。
希望接收机具有从通过无线链路接收的信号或通过有线链路接收 的信号中进行选择的能力，以便能够补偿通过两个操作系统的合并来 表现的输入信号的宽动态范围。
接收机通常包括位于自动增益控制环路内的一个或多个可变增益 放大器，以补偿接收的信号强度的至少一部分变化。希望在接收机中 进行连续的增益控制，因为这将允许通过闭环控制而在接收机的输出 端保持恒定的信号幅度。接收机通常包括位于自动增益控制环路内的 一个或多个可变增益放大器，以补偿接收的信号强度的至少一部分变
7化。 一个或多个连续可变增益元件可分布在接收机的全部信号路径上。 然而，难以设计出能够以线性方式放大大输入信号同时具有连续 增益控制的非常线性的放大器。更复杂之处是希望实现增益控制工作 于其上的、相对大的动态范围。

发明内容
可以利用与离散衰减器相结合的、具有短小的增益控制范围的可 变增益放大器，来配置线性宽动态范围可变增益放大器，其中所述离 散衰减器被控制从预定的衰减值的集合中选择衰减。可变增益放大器 被配置为在短小的增益控制范围内提供基本线性的增益控制，其中所 述短小的增益控制范围小于总的期望的增益控制范围。衰减值集合中 的相邻衰减值之差被配置为大致小于或等于所述短小的增益控制范 围。
本发明的 一 个方面包括在期望的动态范围内提供增益控制的装
置，所述装置包括衰减器，具有信号输入、信号输出、以及控制输 入，并且所述衰减器被配置为基于向所述控制输入提供的控制，使耦 合到所述控制输入的信号衰减多个固定的衰减值中的任何一个；可变 增益放大器级，具有信号输入、信号输出、以及级增益控制输入，其 中所述信号输入耦合到所述衰减器的所述信号输出，并且其中所述可 变增益放大器级的增益基于提供给所述级增益控制输入的增益控制信 号、在预定的增益控制范围内连续可变；以及增益控制模块，具有增 益控制输入、耦合到所述衰减器的控制输入的衰减器控制输出、以及 耦合到所述可变增益放大器级的所述级增益控制输入的级增益控制输 出，其中所述增益控制模块被配置为在所述增益控制输入处接收增益
控制信号、基于所述增益控制信号从多个部分重叠的增益控制范围中 识别出增益控制范围、以及基于所述增益控制信号和所识另，J的增益控 制范围来控制由所述衰减器提供的衰减和所述可变增益放大器级的增益。
本发明的另 一 个方面包括在期望的动态范围内提供增益控制的装 置，所述装置包括步进衰减器，被配置为有选择地以固定步长的逼近增量提供多个固定的衰减值；可变增益级，与所述步进衰减器串连
并包括具有连续的增益控制范围的可变增益放大器，所述连续的增益
控制范围小于所述期望的动态范围；以及增益控制模块，被配置为存 储多个增益控制范围，其中每个增益控制范围与至少一个其他增益控 制范围部分重叠，所述多个增益控制范围中的每一个由具体的衰减值 和所述连续的增益控制范围限定，并且所述增益控制模块被配置为接 收增益控制信号，并基于有源增益控制范围和所述增益控制信号来控 制所述步进衰减器的衰减和所述可变增益级的增益。
本发明的另 一 个方面包括 一 种在期望的动态范围内控制增益的方 法。所述方法包括接收增益控制信号；从多个部分重叠的增益控制 区域中确定与所述增益控制信号相对应的增益控制区域；确定衰减器 的衰减设置；确定所述衰减设置是否对应于所述增益控制区域的衰减 设置；以及基于所述增益控制区域和所述增益控制信号调节可变增益 级的增益。
本发明的再一个方面包括一种在期望的动态范围内控制增益的方 法。所述方法包括接收增益控制信号；将所述增益控制信号与多个 阈值相比较，其中多个增益控制范围中的每一个都由 一对阈值来限定， 并且所述多个增益控制范围中的每一个与所述衰减器的衰减设置相对
应；确定有源增益控制范围的变化；以及基于所述有源增益控制范围 调节与所述衰减器串连的可变增益级的增益，其中所述可变增益级具
有比所述期望的动态范围小的连续的增益范围。
本发明的又 一 个方面包括 一 种在期望的动态范围内提供增益控制 的装置。所述装置包括用于衰减的装置，被配置为有选择地以固定 步长的逼近增量提供多个固定的衰减值；用于连续地改变增益的装置， 其与所述用于衰减的装置串连，并具有小于所述期望的动态范围的连 续的增益控制范围；以及用于控制增益的装置，被配置为存储多个增 益控制范围，其中每个增益控制范围与至少一个其他增益控制范围部 分重叠，并且所述多个增益控制范围中的每一个都由具体的衰减值和 所述连续的增益控制范围来限定，其中所述用于控制增益的装置被配 置为接收增益控制信号，并基于有源增益控制范围和所述增益控制信号，控制所述用于衰减的装置的衰减和所述用于连续地改变增益的装 置的增益。


通过下面结合附图所作出的详细说明，本发明的实施方案的特征、 目的和优点将变得更加明显，其中相同的元件具有相同的附图标记。
图1是采用宽动态范围放大器的接收机的简化的功能框图2A-2B是采用宽动态范围放大器的接收机的简化的功能框
图3是宽动态范围可变增益放大器的实施方案的简化的功能框
图4A-4C是宽动态范围可变增益放大器的实施方案中的放大器 增益曲线、可变增益控制电压以及离散增益控制电压的实例的简化图5是控制宽动态范围可变增益放大器的方法的实施方案的简化 的流程图6是具有宽动态范围可变增益放大器的接收机中的增益控制方 法的简化的流程图。
具体实施例方式
下面将描述用于扩展信号范围的方法和设备，在所述信号范围内 可变增益放大器或接收机可线性地工作，并同时保持连续的增益控制。 此处描述的方法和设备允许增益可变的放大器处理比先前能够处理的 信号幅度更大的信号幅度。在宽动态范围内提供线性和连续的增益控 制的能力可利用比之前描述的方案更容易集成于单个集成电路上的电 ^各来实现。
宽动态范围放大器可包括可变增益级以及在多个离散衰减值之一 上可控的衰减器(例如步进衰减器)。步进衰减器与可变增益级串连， 并且有利地置于所述可变增益级之前。
可变增益级配置为在比总体期望的动态范围小的增益范围内提供 基本连续的增益控制。所述可变增益级被配置为，当以总体期望动态范围的最大值输出信号时，使得所述级保持在基本线性的工作区域。
衰减器被配置为提供多个离散衰减值中的任意一个。在一个实施 方案中，衰减器被配置为提供多个衰减值，其中每个衰减值与最近的 衰减值之差大致为预定的固定值。所述预定的固定值可被配置为与可 变增益级的增益范围是同阶的。例如，衰减器可被配置为提供衰减值
为nxdAdB的衰减量，其中n是在[O:N]中取值的整数因子值，dA是 预定的固定衰减增量。
因此，衰减器和可变增益级的串连组合提供了可在Gmin-NxdA 到Gmax的范围内变化的增益，其中Gmin代表可变增益级的最小增 益，Gmax代表可变增益级的最大增益。
图1是在系统10中实施宽动态范围的可变增益放大器的接收机 100的实施方案的筒化的功能框图。下面描述实施方案，其中系统IO 被配置为用作电视接收机。然而，系统IO可以是多个系统中的任意一 个。例如，系统10可以是电视机、电视接收机、机顶盒、或集成在录 像机或其他电视接收机中的电视调谐器。在其他实施方案中，系统IO 可以是广播接收机，无线收发机，电话接收机，蜂窝电话，无绳电话， 或某些其他通信设备。
系统10可包括可耦合到一个或多个信号源的源开关12。例如， 第一源输入可耦合到天线2,第二源输入可耦合到有线源，例如耦合 到有线电视系统的电缆。源开关12不限于仅将一类信号耦合到接收机 100。例如，源开关12可经由例如天线12耦合到电浮见信号源，并可经 由例如电缆4耦合到无线源。
当源开关12耦合来自天线2的信号时，系统IO可接收在无线信 号动态范围内变化的信号。类似地，当源开关12经由电缆4耦合来自 有线源的信号时，系统IO可接收在电缆系统动态范围内变化的信号。 通常，无线信号动态范围大于电缆系统动态范围。另外，无线信号动 态范围可跨越电缆系统动态范围内低于最低功率的功率水平的范围。 然而，接收机100被配置为处理无线或有线信号，因此需要具有在无 线动态范围和电缆动态范围的合集上工作的能力。
源开关12可被配置为将来自任一信号源的任一信号耦合到接收
ii机100的输入。《接收才几100可以例如被配置为有选择地处理从信号源 接收的电视信号，例如，根据模拟电视标准(诸如NTSC、 PAL、 SECAM 或其他一些模拟电视标准)格式化的模拟电视信号。接收机100也可 被配置为处理数字电视信号，例如从一个信号源接收的数字DVB-T 电视信号。
接收机100可从源开关12接收RF信号并将所述信号降频转换为 输出IF。来自接收机100的输出IF可以耦合到解调器50,并从解调 器50耦合到基带处理器60。在一个实施方案中，解调器50可被配置 为解调位于预定的IF处的电视信号。经解调的电视信号传递到基带处 理器60，所述基带处理器60可被配置为例如将信号格式化为用于对 应的视频和音频输出装置(未示出)的视频和音频信号。
可选地，接收机100可被配置为将所接收的信号降频转换为基带 信号，解调器50可被配置为工作于所述基带信号上。在此实施方案中， 解调器50可与基带处理器60合并。
系统10还可包括模式选择模块20,模式选择模块20可被配置为 从外部源(未示出)接收模式选择输入，所述外部源可以是例如用户 选择或用户控制。所述模式可对应于接收机100的工作模式，并可用 于确定具体的工作频带、信道间隔、信道带宽、以及输出IF频率。
模式选择模块20可耦合到信道选择模块30。信道选择模块30可 耦合到模式选择模块20并可被配置为产生所期望的本地振荡器(LO ) 控制信号。信道选择模块30可产生调谐接收机100的LO频率所需的 控制信号，以便能够接收期望的RF信号并产生期望的输出IF。信道 选择模块30还可从外部源(未示出)接收一个或多个输入信号，所述 外部源例如为用户界面或者能够指示期望的信道选择的一些其他模块 或装置。
信道选4奪才莫块30可独立地控制接收才几100内的RF和IF LO。例 如，信道选择模块30可将RF LO调谐到基于模式和期望信道两者的 频率。信道选纟奪才莫块30还可被配置为控制IFLO的频率，并可被配置 为仅基于期望的模式来控制IF LO的频率。在其他实施方案中，信道 选捧模块30可被配置为为每个信道调谐RF和LO频率。滤波器控制器40也可耦合到模式选择模块20。滤波器控制器40 可配置为向接收机100提供控制信号，以控制接收机100中的一个或 多个滤波带宽。滤波器控制器40可配置为根据接收机100所需的信道 选择性来设定滤波器带宽，所述选择性可取决于工作模式。
滤波器控制器40还可与信道选择模块30通信。滤波器控制器40 可配置为在每次信道改变之后的预定的校准时间内将接收机100中的 滤波器控制到预定带宽。例如，滤波器控制器40可配置为在DC偏移 量校准期间将滤波器调谐到最小带宽。可选地，接收机100内的校准 模块可被配置为在校准时间内控制滤波器带宽。
处理器72和相关的存储器74可包含在系统10中，并可被配置为 执行每个模块中的一个或多个功能。例如，存储器74可以软件的形式 包括处理器72可使用的一个或多个指令，当处理器72执行所述指令 时，所述指令执行系统10内的各个模块的部分或全部功能。
图2A是可在一个或多个集成电路(IC)的一个或多个衬底上实 现的接收机200的实施方案的简化的功能框图。接收机200可以是例 如被配置为在无线电频率(RF)通信系统中工作的集成电路接收机。 例如，接收机200可以是配置为工作于有线电视信号、局部产生的信 号、或无线电视源的集成电路电视调谐器。接收机200可以是例如图 1的系统中的接收机。
在一些实施方案中，将整个接收机集成到单个IC上可能是有利 的。在其他实施方案中，将接收机200的一部分集成在第一IC或第一 衬底上，并将接收机200的其余部分集成在第二 IC或第二衬底上可能 是有利的。第一和第二衬底可以在单个封装中实现或在分立封装中实 现。例如，接收才几200内的信号路径可在第一衬底上实现，而一个或 多个本地振荡器可在第二村底上实现并经由一个或多个互连耦合到第 一衬底。
尽管图2所示的信号互连呈现为单端信号互连，但是一般可以理 解的是，部分或全部互连可实现为差动连接。例如，为了降低噪声而 采用差动互连可能是有利的。
接收机200的一部分可以数字方式实现，并可一皮配置为工作在信号的数字表示上。为了将描述集中在各个方框和模块的功能上，接收
机200内的信号的数字式处理以及具有数字部分的接收机200的实施 方案没有在接收机200中明确地示出。
接收机200包括RF》文大器210， RF》文大器210被耦合以接收输 入信号并将所述输入信号放大通常为固定的量。如上所述，输入信号 可以是接收的无线信号，或者可以是从电缆分配系统耦合的信号。RF 放大器210可以是低噪声放大器(LNA)，并通常被配置为在整个输 入动态范围内的线性区域工作。
来自RF放大器210的经放大的输出被耦合到频率转换器，例如 混频器220，所述频率转换器被配置为将接收的RF信号频率转换至中 频(IF)或基带信号。可调谐的本地振荡器(LO) 224被控制到将期 望的RF信号频率转换为IF或基带输出频率。例如，输入信号可以是 在工作频带上具有多个信道的合成RF信号，并且LO 224可以被配置 为将期望的信道向下转换为IF或基带信道。
尽管将所述频率转换器描绘为单个混频器220,但是所述频率转 换也可在多个频率转换级上发生，并且不限于单个级中的直接转换。 在具有多个频率转换级的实施方案中可使用多个LO。
频率转换器的输出被耦合到滤波器230，滤波器230被配置为使 期望的信号通过，并基本上抑制相邻的信道以及任何其他频带外的干 扰源。例如，当期望的RF信号被频率转换到LF,滤波器230可以是 带宽基本为信号信道带宽的带通滤波器。在电视接收机的上下文中， 滤波器230的带宽可以基本为电视信道的带宽，例如NTSC信道的带 宽。
滤波器230的输出被耦合到宽动态范围可变增益放大器240，放 大器240实现为自动增益控制(AGC )环路的一部分。AGC环路可被 配置为控制宽动态范围可变增益放大器240的增益，以使得在整个输 入动态范围内输出信号功率基本相同。
宽动态范围可变增益放大器240包括步进衰减器242,步进衰减 器242耦合到宽动态范围可变增益放大器240的输入，并与具有连续 可变增益控制的可变增益级244串连。增益控制模块246接受增益控
14制信号，并响应于该增益控制信号来控制步进衰减器242和可变增益 级244的增益。下面详细描述宽动态范围可变增益放大器240的实施 方案的运作。
宽动态范围可变增益放大器240的输出耦合到信号分路器250。 信号分路器250的第一输出是接收机200的输出。信号分路器250的 第二输出耦合到比较器260,比较器260构成AGC环路的反馈的一部 分。
比较器260配置为接收某种形式的输出信号并将其与预定的增益 控制设定点相比较。比较的结果代表未加工的反馈信号，所述未加工 的反馈信号用于确定是增大还是减小宽动态范围可变增益放大器240 的增益。
比较器260可包括例如功率检测器，该功率检测器被配置为将接 收机输出信号的功率转换为表征电压。比较器260可将功率检测器的 输出电压与选择用来实现期望的输出功率的增益控制设定点相比较。 如果增益控制设定点大于检测的功率水平，则比较器260可输出高电 压，而如果增益控制设定点低于检测的功率水平，则比较器260可输 出1氐电压。
比较器260的输出耦合到用于对比较器260的输出进行滤波的环 路滤波器270。环路滤波器270的带宽决定AGC环路的带宽。通常， 环路滤波器270被配置为具有例如Hz或10Hz数量级的相对较低通带 的低通滤波器。通常选用低环路带宽，以便不完全衰减AGC环路并防 止AGC环路超过所期望的增益水平。
环路滤波器270的输出耦合到宽动态范围可变增益放大器240的 增益控制模块246。因此，AGC环路提供对宽动态范围可变增益放大 器240的增益的闭环控制，并因此提供对接收机200的输出信号的闭 环控制。
图2B是具有宽动态范围可变增益放大器的接收机200的可选实 施方案的简化的功能框图。在图2B的实施方案中，宽动态范围可变 增益放大器240被配置为前端放大器，并且省略了固定的RF放大器。 在此实施方案中，在频率转换器之后可使用固定增益IF放大器235或基带放大器。
图3是宽动态范围可变增益放大器240的实施方案的简化的功能 框图。宽动态范围可变增益放大器240可以是例如图2的宽动态范围 可变增益放大器240。
宽动态范围可变增益放大器240包括与可变增益级244串连的衰 减器242，例如无源步进衰减器。由衰减器242提供的增益范围与可 变增益级244的连续增益控制范围以协调的方式合并，以提供延伸的 增益范围。
步进衰减器242提供非常线性的增益控制电路，其增益可以以离 散步长的方式增大或减小。衰减器的离散步长与选取的衰减值相结合， 并且可变增益级244的连续增益控制以同步的方式增大或减小。当由 衰减器242提供的衰减从一个离散值变化到另一离散值时，可变增益 级244的连续增益控制发生改变，以分别补偿步进衰减器增益的减小 或增大。这就允许在增益路径的前部使用非常线性的增益控制元件以 改进线性度和信号处理能力，同时保持连续的增益控制。
当存在具有大动态范围的信号并且期望线性的增益控制时，线性 宽动态范围可变增益放大器240是有用的。当期望实现对集成电路的 线性增益控制是，线性宽动态范围可变增益放大器是特别有用的。一 个实例是用于通信接收机中(例如电视调谐器)，该通信接收机可以 从天线接收弱信号或者从电缆分配网络中接收非常强的信号。
增益控制模块，此处示为增益控制电路246,控制由衰减器242 提供的衰减以及由可变增益级244提供的可变增益。整个宽动态范围 可变增益放大器240的设备可在单个集成电路(IC)衬底上实现，并 可在IC上作为^t妻收^L的一部分实现。
为了清晰起见，将宽动态范围可变增益放大器240绘制为单端装 置。 一个或多个元件可被配置为微分电路。例如，将通过衰减器和可 变增益放大器的RF信号路径实施为微分电路是有利的。在一些实施 方案中，从增益控制电路246到衰减器242或可变增益级244的控制 线可以被配置为微分信号。
衰减器242被配置为提供离散的衰减值，其中每一个离散的衰减值可由增益控制电路246来选择。衰减器242被配置为提供衰减值的 范围，当此范围与可变增益级244的增益范围合并时，其基本上覆盖 所期望的整个动态范围。由衰减器242覆盖的整个动态范围可大于例 如40dB、 50dB、 60dB、 70 dB、 80dB、 90dB、或一些其他动态范围。
宽动态范围可变增益放大器240可被配置为在接收机前端覆盖动 态范围，该接收机前端覆盖了从大约噪声底层到大约OdBm或更大。 对于大约lGHz的噪声带宽而言，宽动态范围可变增益放大器240可 -陂配置为利用覆盖约80dB以上和约84dB的动态范围的前端工作。
在一个实施方案中，衰减器242被配置为具有基本固定的步长大 小的步进衰减器。增益步长通常实现为基本相等大小的log线性步长， 尽管这种衰减器步长并不是一种限制。例如，衰减器步长大小可以是 2dB、 3dB、 5dB、 7 dB、 10dB、或一些其他衰减器步长大小。
衰减器242的实施方案作为无源衰减器示出。衰减器242通常利 用无源器件实现，因为无源实现方式可在大功率动态范围内是非常线 性的，而且在大频率范围内是一致的。然而，当在集成电路中实现时， 衰减元件可以利用无源器件、有源器件或无源器件和有源器件的组合 来实现。例如，电阻可实现为一个或多个电阻、二极管或其他无源器 件。另外，衰减器中的一个或多个元件可包括一个或多个有源器件， 其中包括FET、跨导器件、晶体管等或其他可变阻抗的有源器件。衰 减器中的 一些元件可包括无源和有源器件的组合。
尽管衰减器242被描绘成L-pad型，但是这种配置是作为实例而 提供的，并且一般而言可使用任何合适的衰减器配置。例如，在一些 实施方案中，保持相对恒定的输入阻抗可能是有利的，并且衰减器可 利用恒定阻抗结构来实现。在其他实施方案中，衰减器可实现为7T-pad 型，T-pad型，桥接-T型等，或其他衰减器配置或配置的组合。衰减 器242能够进行连续的增益控制，但可能被增益控制电路246的操作 而限制为离散的步长。在可选的实施方案中，衰减器可以是多个并联 的固定衰减器的组合，并具有用于选择将哪一个固定衰减器耦合到信 号路径的多路复用器。在另一实施方案中，衰减器242可以是多个固 定衰减器的串连，其中每个固定衰减器都可被选择性地旁通(bypass )。
17其他衰减器242的实施方案可使用上述实施方案的组合。
可变增益级244可以是单个可变增益放大器，多个可变增益放大 器，或者固定增益放大器和可变增益放大器的组合。可变增益级244 可被配置为，当其被控制到其最大增益值、衰减器242处于其最小衰 减、并且输入信号处于其最大幅度时，提供基本线性增益。然而，在 通常的实施方案中，当输入信号处于最大值时，可变增益级244并不 提供最大增益。因此，可变增益级244可被选择为在期望的输入或输 出功率的范围内是线性的。
在等于或超过由衰减器242提供的最大离散衰减步长的范围内， 可变增益级具有基本线性的增益控制响应是有利的。因此，可变增益 级244的增益控制范围是总体期望的动态范围的子集，并且有利地大 于由衰减器242选择的最大离散步长大小。
增益控制电路246以协同的方式控制由衰减器242提供的离散衰 减和由可变增益级244提供的可变增益，以使得增益在整个动态范围 内线性化。
增益控制电路246接收控制信号来改变宽动态可变增益放大器 240的增益。控制信号通常是由自动增益控制环路中的比较器(例如 在图2的接收机中所示的比较器)产生的控制电压。
增益控制电路246可存储与衰减器242所提供的每一个离散衰减 值对应的控制值。增益控制电路246可在存储器中存储预定值，或者 可通过对衰减器242进行校准并存储与期望的衰减值对应的经校准的 控制值来确定所述预定值。
例如，可变增益级244的增益可控制到其最大增益值。宽动态范 围可变增益放大器240的输入信号可被设定为在放大器输入端期望的 最大振幅。可选地，当衰减器在接收机中进行校准时，接收机的输入 信号可被设定为最大的期望接收信号功率。接着，增益控制电路246 可改变应用于衰减器246的控制信号。这些导致基本相等的衰减器步 长的增益控制值可存储在增益控制电路246的查询表中。可重复此过 程直至表征了整个衰减器动态范围为止。
另外，增益控制电路246可存储可变增益控制级244的校准曲线。宽动态范围可变增益放大器240的输入信号可被设定为恒定值，并且 衰减器242可被控制为提供固定的衰减值。
增益控制电路246可将可变增益级244的增益控制信号设定为最 小值，并可增大增益控制信号，以及监控输出信号的变化。增益控制 电路246可将增益控制信号映射到可变增益级244的增益上。可选择 增益曲线的线性部分并将其存储在增益控制电路中的表中。选择增益 曲线最线性的部分，并选择覆盖大于由衰减器242提供的最大离散步 长的增益范围是有利的。可选地，增益控制范围的端点可存储在查询 表中，增益曲线的斜率或变化率也可存储在查询表中，并且增益控制 电路可计算与来自可变增益级244的期望增益相对应的控制信号值。
因此，可变增益级244覆盖的增益控制动态范围可限制在放大器 期望的总体动态范围的一部分内。合成的宽动态范围可变增益放大器 240可在大大超过可变增益级244的增益控制范围的动态范围内提供 基本线性的增益控制响应。
通过将控制电压的范围映射到存储在查询表中的每个离散衰减 值，以及将控制电压的范围映射到可变增益级244的控制信号范围， 增益控制电路246可将输入控制电压映射到增益。由此，对于在来自 宽动态范围可变增益放大器240的期望的动态范围内的每个期望的增 益，存在至少一个衰减器设置和可变增益级设置的组合。
增益控制电路244可存储与衰减器所提供的衰减的变化范围相对 应的一个或多个增益控制阈值。因而，对每个离散的衰减值而言，增 益控制电路可存储下限和上限。每当控制电压超出上限和下限的边界 时，增益控制电路246便改变离散的衰减值。
增益控制电路246可存储部分重叠的离散衰减值和增益控制范 围，以减小离散衰减值之间迅速切换的可能性。相邻的增益控制范围 的重叠量与滞后的程度相对应。接合图4A到4C所示的特征曲线来描 述具有滞后的增益控制电路246的操作。
图4A到4C是宽动态范围可变增益放大器的实施方案中的放大器 增益曲线、可变增益控制电压、以及离散的增益控制电压的实例的简 化图。由这些曲线表征的宽动态范围可变增益放大器例如可以是图3所示的宽动态范围可变增益放大器。
出于说明的目的，示出了具有三个增益步长dAw的衰减器。然而， 此概念显然可延伸到任意数目的增益步长。在一个实施方案中，衰减 器被配置为提供每个步长约7dB的3个步长。
控制电压Vc。ntn3l由增益控制电路接收，所述增益控制电路用于调 节包括衰减器和可变增益放大器(VGA)的系统的总体增益。衰减器 的增益可在离散步长dA,.3中改变，而VGA的增益可在小于总体期望 的动态范围但大于衰减器步长大小的、放大器增益控制范围内连续地 变化。
控制电压Vc。^。,例如可使用检测器来产生，其中检测器作为增益 控制环路的一部分而工作。所述增益控制环路可针对具体的增益控制 设定点来设置，其中增益控制设定点可以是预定的或者在接收机中可 控的。
随着Ve。加。!从其最小值增大到最大值，增益控制电路分别独立地
调节衰减器和VGA的控制信号，即图3中的信号A和B,以使得当 越过电压阈值Vtl时，衰减器增益增大dA,(对应于衰减幅度的减小)， 同时VGA的增益减小相同的量。当越过阈值Vc和Vt3时，施加类似 的控制。这一点在图4A和4B中以实线示出。最终获得的系统的总体 增益遵循图4C所示的平滑曲线。
增益控制电路采用用于消除被称为"滞后"的振荡的惯例，以使得 当Vc。他。,减小时，衰减器和AGC增益曲线遵循图4A和4B中的虚线。
即，当Vc。他。,降至Vt2以下时，衰减器增益增大dA3而VGA的增益减
小相同的量。
图4A到4C所示的实施方案使用由阈值电压限定的多个相互重叠 的增益范围。每个增益范围与至少一个其他增益范围部分重叠。重叠 的程度对应于滞后的程度。因此，滞后可由Vc。n^的变化或由放大器 输出中的增益微分来表征。
例如，第一增益范围是利用设定到Aj々离散衰减器和覆盖预定的 调谐范围的VGA增益来限定的。第一增益范围由位于低端的0V和位 于高端的Vu来限定。第二增益控制范围是由设定到A2的离散衰减器
20来限定的，并覆盖从Vto到Vu的范围。类似地，第三增益控制范围是 由设定到A3的离散衰减器来限定的，并覆盖从Vu到Vt3的范围。滞
后可由阈值电压的差来表征，例如Vtl-Vto。相同的滞后可由两个阈 值点处的放大器增益的变化来表征，例如以dB为单位。
三个增益控制范围具有部分重叠的区域，并且增益控制电路利用
重叠的增益控制区域来实现增益控制滞后。例如，阈值Vu和Vt2之间
的增益控制区域对应于两个不同的增益控制范围。如果宽动态范围可 变增益放大器工作在第一增益控制区域，同时衰减器被设定到Ap则 宽动态范围可变增益放大器保持在该增益控制区域直至控制电压超过 Vu为止。当控制电压超过上限Vu时，宽动态范围可变增益放大器转 换到以Vto和Vu为界限的第二增益控制区域。宽动态范围可变增益放 大器不会转换回到第一增益控制区域，除非控制电压降到下限Vt0以 下。
增益控制电路可通过经由校准过程先验地存储衰减值Aw或步长 大小值dAw及其对应的阈值电压Vt。—3来实现，或者系统可被设计为 使得值dAw基本相等，并且VGA的增益控制曲线被控制的足够好以 至于不需要校准。
图5是用于控制宽动态范围可变增益放大器的增益的方法500的 实施方案的简化流程图。所述方法例如可通过采用宽动态范围可变增 益放大器的接收机来执行。例如，图2的接收机可在图3的宽动态范 围可变增益放大器上执行方法500。具体地，方法500可由宽动态范 围可变增益放大器的增益控制模块来执行。
例如，当接收机最初启动时或者导致接收机的功率发生实质变化 的事件发生之后，例如当将信号源从天线切换到电缆系统时，接收机 可扭j亍方法500。
方法500开始于方框510，其中接收机接收增益控制信号。如上 所述，增益控制信号可在基本连续工作的接收机的AGC环路中产生。 接收机可包括被配置为接收增益控制信号的增益控制模块。通常，增 益控制信号是由比较器产生的控制电压，所述比较器将由放大的输出 信号产生的度量与预定的增益控制设定点相比较。增益控制设定点通常被选择为将放大的输出信号保持在期望的工作点，例如期望的平均 功率水平。
当接收到增益控制信号时，接收机以及通常是宽动态范围可变增 益放大器的增益控制模块确定多个增益控制区域中的哪一个包含了所 述控制信号。因为所述多个增益控制区域可部分地重叠，所以可能存 在多个包含了所述增益控制信号的增益控制区域。
增益控制模块进入方框530并确定离散衰减器是否被设置为与增
益控制区域之一对应的值。即，增益控制模块确定宽动态范围可变增 益放大器的增益目前是否位于合适的增益控制区域中。
如果是，则增益控制模块从方框530进入下面描述的方框550。 如果增益控制模块在判断方框530确定离散衰减器未被设定到与增益 控制区域之一相对应的值，则增益控制模块进入方框540。
在方框540处，增益控制模块将衰减器的值设定为与增益控制区 域相关的值，其中该增益控制区域具有在增益控制信号周围的最宽的 工作范围。即，当多个增益控制区域包含所述增益控制信号时，增益 控制模块选择这样的增益控制区域，即，该增益控制区域允许最大的 增益控制范围而无需改变其他衰减器值。增益控制模块通常选择具有 最接近所述增益控制信号的中点的增益控制区域。
增益控制模块从方框540进入方框542，其中接收机内的增益控 制模块使可变增益放大器的连续增益控制信号偏移，以补偿已改变的 衰减设置。例如，当衰减器将其衰减值增大固定值时，增益控制模块 使可变增益放大器的增益控制电压偏移，以便将其增益大致向上调节 所述固定值。
增益控制模块进入方框550并进一步调节可变增益放大器的增 益。根据预定的增益控制曲线和与当前衰减值对应的增益控制区域， 增益控制模块可将增益控制信号映射到VGA增益控制值。在调节了 可变增益放大器的增益之后，增益控制模块可返回到方框510,以便 接下来更新控制信号。
图6是具有宽动态范围可变增益放大器的接收机中的增益控制的 方法600的简化流程图。方法600例如可由采用宽动态范围可变增益
22放大器的接收机来执行。例如，图2的接收机可在图3的宽动态范围 可变增益放大器上执行方法600。
方法600开始于方框610，其中增益控制模块接收增益控制信号。 如上所述，增益控制信号可产生于基本连续工作的接收机内的AGC 环路中。
增益控制模块进入方框620，并将控制信号与有源增益控制区域 的上限和下限进行比较，其中所述有源增益控制区域与增益控制模块 在其中工作的增益控制区域相对应。
增益控制模块进入判断方框630并确定所述增益控制信号是否位 于由上限和下限限定的增益控制区域之外。位于由上限和下限所限定 的边界之外的增益控制信号指示增益控制信号越过阈值。
在确认方框630处，如果增益控制模块确定所述增益信号没有越 过阈值，则增益控制模块进入方框660，如下所述。然而，如果增益 控制模块确定所述增益信号越过了有源增益控制区域的阈值，则增益 控制才莫块>^人判断方框630进入方框640。
在方框640处，增益控制模块确定更新后的增益控制区域并更新 由衰减器提供的衰减，以与所述更新后的增益控制区域对应。增益控 制模块可在与每个增益控制区域相对应的存储器中存储衰减器控制信 号，并可提取和应用与所述更新后的增益控制区域相对应的衰减器控 制信号。增益控制模块还确定更新后的上限和下限，例如通过将其从 存储器中提取出。
增益控制模块进入方框650并使VGA增益控制信号偏移，以补 偿向更新后的增益控制区域的转变。例如，如果增益控制信号转换到 导致衰减器将其增益减小固定值的值，则增益控制模块使当前的VGA 控制信号向下偏移如下量，即，该量导致VGA提供减小了基本固定 的值的增益。
增益控制模块进入方框660，并根据增益控制信号和更新后的增 益控制区域调节VGA的增益。增益控制模块接着回到方框610以处 理更新后的增益控制信号。
这样，增益区域之间的转换是明显的，而且宽动态范围可变增益放大器看似仿佛在整个动态范围内具有连续增益控制一样工作。离散
衰减器与线性VGA的组合提供了一种可变增益放大器，所述可变增
益放大器具有比仅利用可变增益级获得的增益范围更大的线性增益范 围。
公开了一种实现可变增益的方法，所述方法包括在可变增益放大 器之前布置离散步进衰减器。所述离散步进衰减器可被配置为具有基 本相同间隔的衰减步长，并且所述可变增益放大器可被配置为具有在 最大衰减步长大小上为基本线性的增益控制响应。增益控制模块可接
收AGC信号，并可通过提供基本线性的增益控制响应的方式控制所述 离散的步进衰减器和所述可变增益衰减器。所述离散步进衰减器、可 变增益放大器、以及增益控制模块可在单个半导体衬底上或在一个集 成电5^内实现。
结合本文所公开的实施方案描述的方法、过程或算法的步骤可直 接以硬件实现，以由处理器执行的软件模块来实现，或者以两者的组 合来实现。方法或过程中的各个步骤或动作可按照所示的顺序执行， 或者可按照其他顺序执行。另外，可省略一个或多个过程或方法步骤， 或者可在过程或方法步骤中增加一个或多个过程或方法步骤。可在方 法和过程的现有要素的开始、末尾或中间增加额外的步骤、方框或动 作。
提供对公开的实施方案的上述描述是为了使本领域的任何一个普 通技术人员都能够制造或使用本发明。实施方案的各种变化对于本领 域技术人员而言是明显的，并且此处限定的一般原理可应用于其他实 施方案而不背离本发明的精神或范围。因此，本发明不意味着仅限于 在此示出的实施方案，而是符合与在此公开的原理和新颖的特征一致 的最宽泛的范围。
权利要求
1. 一种在期望的动态范围内提供增益控制的装置，所述装置包括衰减器，具有信号输入、信号输出、以及控制输入，并且所述衰减器被配置为基于向所述控制输入提供的控制，使耦合到所述控制输入的信号衰减多个固定的衰减值中的任何一个；可变增益放大器级，具有信号输入、信号输出、以及级增益控制输入，其中所述信号输入耦合到所述衰减器的所述信号输出，并且其中所述可变增益放大器级的增益基于提供给所述级增益控制输入的增益控制信号、在预定的增益控制范围内连续可变；以及增益控制模块，具有增益控制输入、耦合到所述衰减器的控制输入的衰减器控制输出、以及耦合到所述可变增益放大器级的所述级增益控制输入的级增益控制输出，其中所述增益控制模块被配置为在所述增益控制输入处接收增益控制信号、基于所述增益控制信号从多个部分重叠的增益控制范围中识别出增益控制范围、以及基于所述增益控制信号和所识别的增益控制范围来控制由所述衰减器提供的衰减和所述可变增益放大器级的增益。
2. 如权利要求l所述的装置，其中所述衰减器包括步进衰减器，所述多个固定的衰减值之间以步长大小的近似整数倍相区别。
3. 如权利要求l所述的装置，其中所述衰减器包括无源衰减器。
4. 如权利要求l所述的装置，其中所述可变增益放大器级的所述预定的增益控制范围小于所述期望的动态范围。
5. 如权利要求l所述的装置，其中所述可变增益放大器级的所述预定的增益控制范围大于所述多个固定的衰减值中任意两个相邻的衰减值之差。
6. 如权利要求l所述的装置，其中所述衰减器的衰减值的范围与 所述可变增益放大器级的所述预定的增益控制范围之和大于所述期望 的动态范围。
7. 如权利要求l所述的装置，其中所述可变增益放大器级被配置 为，当所述衰减器被控制到最小衰减值并且最大希望的信号耦合到所 述衰减器的信号输入时，所述可变增益放大器级在线性区域工作。
8. 如权利要求l所述的装置，其中所述增益控制模块被配置为存 储多个阈值，其中所述多个部分重叠的增益控制范围中的每一个由不 同的一对阈值来限定。
9. 如权利要求l所述的装置，其中所述增益控制模块被配置为存 储针对所述衰减器的多个固定的衰减值中的每 一 个的衰减器控制设置。
10. —种在期望的动态范围内提供增益控制的装置，所述装置包括步进衰减器，被配置为有选择地以固定步长的逼近增量提供多个 固定的衰减值；可变增益级，与所述步进衰减器串连并包括具有连续的增益控制 范围的可变增益放大器，所述连续的增益控制范围小于所述期望的动 态范围；以及增益控制模块，被配置为存储多个增益控制范围，其中每个增益 控制范围与至少一个其他增益控制范围部分重叠，所述多个增益控制 范围中的每一个由具体的衰减值和所述连续的增益控制范围限定，并 且所述增益控制模块被配置为接收增益控制信号，并基于有源增益控 制范围和所述增益控制信号来控制所述步进衰减器的衰减和所述可变 增益级的增益。
11. 如权利要求IO所述的装置，其中每个部分重叠的增益控制范围对应于滞后水平。
12. 如权利要求10所述装置，其中所述增益控制模块被配置为， 当所述增益控制模块使所述步进衰减器变化单个步长时，使所述可变 增益级的增益大致偏移所述固定的步长。
13. —种在期望的动态范围内控制增益的方法，所述方法包括 接收增益控制信号；从多个部分重叠的增益控制区域中确定与所述增益控制信号相对 应的增益控制区域；确定衰减器的衰减设置；确定所述衰减设置是否对应于所述增益控制区域的衰减设置；以及基于所述增益控制区域和所述增益控制信号调节可变增益级的增
14. 如权利要求13的方法，进一步包括 将衰减值更新为与所述增益控制区域相对应的衰减设置； 基于经更新的衰减值使所述可变增益级的增益偏移。
15. 如权利要求13所述的方法，进一步包括 基于所述增益控制区域，将步进衰减器的所述衰减值增加至下一衰减步长；并且将所述可变增益级的增益大致增大所述步进衰减器的步长大小。
16. 如权利要求13所述的方法，其中接收所述增益控制信号包括 从自动增益控制环路接收增益控制电压。
17. 如权利要求13所述的方法，其中确定所述增益控制区域包括 将所述增益控制信号与多个阈值进行比较，其中所述多个阈值限定所 述多个部分重叠的增益控制区域中的每一个。
18. 如权利要求13所述的方法，其中所述多个部分重叠的增益控 制区域中的每一个与至少 一个其他增益控制区域部分重叠。
19. 一种在期望的动态范围内控制增益的方法，所述方法包括 接收增益控制信号；将所述增益控制信号与多个阈值相比较，其中多个增益控制范围 中的每一个都由一对阈值来限定，并且所述多个增益控制范围中的每 一个与所述衰减器的衰减设置相对应；确定有源增益控制范围的变化；以及基于所述有源增益控制范围调节与所述衰减器串连的可变增益级 的增益，其中所述可变增益级具有比所述期望的动态范围小的连续的 增益范围。
20. 如权利要求19所述的方法，进一步包括基于所述有源增益控制范围的所述变化来更新衰减器设置；以及 大致以所述衰减器设置的变化来使所述可变增益级的增益偏移。
21. 如权利要求19所述的方法，其中第一增益控制范围的上限大 于第二增益控制范围的下限。
22. 如权利要求19所述的方法，其中所述可变增益级的所述连续 的增益范围大于衰减器步长大小。
23. —种在期望的动态范围内提供增益控制的装置，所述装置包 括'用于衰减的装置，被配置为有选择地以固定步长的逼近增量提供多个固定的衰减值；用于连续地改变增益的装置，其与所述用于衰减的装置串连，并 具有小于所述期望的动态范围的连续的增益控制范围；以及用于控制增益的装置，被配置为存储多个增益控制范围，其中每 个增益控制范围与至少一个其他增益控制范围部分重叠，并且所述多 个增益控制范围中的每一个都由具体的衰减值和所述连续的增益控制 范围来限定，其中所述用于控制增益的装置被配置为接收增益控制信 号，并基于有源增益控制范围和所述增益控制信号，控制所述用于衰 减的装置的衰减和所述用于连续地改变增益的装置的增益。
全文摘要
可以利用与离散衰减器相结合的、具有短小的增益控制范围的可变增益放大器，来配置线性宽动态范围可变增益放大器，其中所述离散衰减器被控制从预定的衰减值的集合中选择衰减。可变增益放大器被配置为在短小的增益控制范围内提供基本线性的增益控制，其中所述短小的增益控制范围小于总的期望的增益控制范围。衰减值集合中的相邻衰减值之差被配置为大致小于或等于所述短小的增益控制范围。
文档编号H03G3/30GK101461134SQ200680035733
公开日2009年6月17日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年8月12日
发明者柯蒂斯·林, 雷蒙德·蒙特梅尔 申请人:迈凌有限公司