一种大动态范围开关阵列可变增益放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可变增益放大器领域，具体涉及一种大动态范围开关阵列可变增益放 大器。
【背景技术】
[0002] 先前的可变增益放大器由多级增益相同的子级依次级联而成，其总增益为各子级 增益之和，当增益需要变高时，各增益子级从前至后逐级打开，当增益需要变低时，各增益 子级从后至前逐级关闭；所有子级放大器的增益是相同的，因此整个可变增益放大器的精 度较低，等于其子级放大器的增益；而为了提高整体放大器的精度，各子级放大器增益不能 设计过高，导致可变增益放大器的动态范围较低，一般只有20-30dB，已逐渐无法满足现今 高灵敏度射频接收机，如蓝牙、ZigBee、无线局域网络（WLAN)、无线体域网（WBAN)和全球定 位系统（GPS)的需求；同时，完全相同的多个增益子级级联结构导致了较大的功耗和芯片 面积。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是提供一种大动态范围开关阵列可变增益放大器，其可有效解决 上述问题，其可提高放大器的精度和动态范围，增大适用范围。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案进行实施：
[0005] 一种大动态范围开关阵列可变增益放大器，其特征在于：包括外部寄存器以及前 后顺序连接的增益级模块与精调级模块，增益级模块由前后依序连接的增益级单元组成， 增益级单元包括跨导运算放大器和对该跨导运算放大器启闭状态进行调节的开关阵列，精 调级模块包括跨导运算放大器和对该跨导运算放大器进行调节的可变电阻，外部寄存器的 调控信号输出端分两路：其中一路与增益级模块相连接用于调控开关阵列的运行，另一路 经过译码器转换后与精调级模块相连接用于调节可变电阻的阻值。
[0006] 上述技术方案中，采用开关阵列控制各增益级的开启和关闭，后级增益级的开启 无需以前几级增益级的开启为条件，增益级的增益设定可以按指数方式分配，在达到很高 动态范围的同时，大大提高了整体系统的增益精度；同时，通过采用可变电阻的精调级电路 结构，使得增益精度得到进一步提高；由于各级跨导运算放大器的增益无需相同，因此较之 传统可变增益放大器技术，具有更低的功耗和芯片面积。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明的结构原理图；
[0008] 图2为跨导运算放大器OTAl、OTA2的电路结构原理图；
[0009] 图3为跨导运算放大器OTA3、0TA4的电路结构原理图；
[0010] 图4为跨导运算放大器OTA5的电路原理图；
[0011] 图5为精调模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0012] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说 明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明 具体请求的保护范围进行严格限定。
[0013] 本发明采取的技术方案如图1所示，一种大动态范围开关阵列可变增益放大器， 包括外部寄存器以及前后顺序连接的增益级模块与精调级模块，增益级模块由前后依序连 接的增益级单元组成，增益级单元包括跨导运算放大器和对该跨导运算放大器启闭状态进 行调节的开关阵列，精调级模块包括跨导运算放大器和对该跨导运算放大器进行调节的可 变电阻，外部寄存器的调控信号输出端分两路：其中一路与增益级模块相连接用于调控开 关阵列的运行，另一路经过译码器转换后与精调级模块相连接用于调节可变电阻的阻值。 本发明在传统级联可变增益放大器结构基础上，采用开关阵列控制的方式，使得各子增益 级的打开和关闭无需逐级进行，并将各级增益按2的倍数增长，大大提高了可变放大器的 精度和动态范围；子增益级中的放大器可以根据增益需求不同对其电路结构进行优化，从 而降低放大器的功耗和芯片面积；同时，在级联结构之后增加由可变电阻、跨导运算放大器 构成的增益精调级，进一步提高可变增益放大器的增益精度。
[0014] 以下通过具体实施来对本发明进行具体说明：
[0015] 本发明中的可变增益放大器共由5级组成，除精调级外，其余各级均由开关阵 列控制；Input为可变增益放大器的输入信号，Output为可变增益放大器的输出信号， FB[6:0]为来自于外部寄存器的7位数字增益控制字，其中三位F[2:0]进入3-8译码器， 转换为8位数字控制字C [7:0]调节精调级的可变电阻，改变精调级增益值；另四位S [4:1] 进入粗调级，成为粗调级中开关阵列的控制信号；所有开关的控制信号都是由S[4]， S[3]，S[2]，S[l]的组合构成，开关管的状态遵循以下规则：若开关晶体管的栅端控制信 号其逻辑值为1，则开关开启，否则关闭；例如：开关swl的控制信号为S[1]S[2]，即：当 S[1]S[2] =1时，开关开启，而当S[1]S[2] =0时，开关断开，其余所有开关均类似；同时，各 级放大器的增益是否对总增益贡献，取决于S[4:l]的各数字值，当S[l] = 1时，跨导运算 放大器OTAl开启，其48dB增益将会算入总增益中；当S[2] = 1时，跨导运算放大器0TA2 开启，其24dB增益将会算入总增益中；当S[3] = 1时，跨导运算放大器0TA3开启，其12dB 增益将会算入总增益中；当S[4] = 1时，跨导运算放大器0TA4开启，其6dB增益将会算入 总增益中。精调级由可变电阻Rfbl、Rfb2,输入电阻Rsl、Rs2以及跨导运算放大器0TA5组 成，输入电阻Rs I、Rs2具有相同的增益值；可变电阻Rfb I、Rfb2具有相同的电阻值，其值由 7位数字控制字C[6:0]控制，整个精调级的增益值可计算为Rfb/Rsl，本发明中精调级的动 态范围为6dB，步长精度0. 75dB。整个可变增益放大器的动态范围可达96dB。
[0016] 其余所有开关均类似；开关sw2、SW3的控制信号为^H]S[2]，开关 SW4的控制信号 为δ???δ???，开关s?5、sw6的控制信号为S[l]_，开关SW7、 SW8的控制信号为S[1]S[2]， 开关sw9、swl6的控制信号为S[2]S[3]，开关swl〇、SW15的控制信号为S[2]'S[3]，开关swll、 8?14的控制信号为^]3[3]，开关8￥12、113的控制信号为3[2]5[3]，开关117、124的 控制信号为，开关s?18、sw23的控制信号为S[3]@，开关SW19、sw22的控制信号 为S[：3]S[4]，开关SW20、sw21的控制信号为S [3] S [4]，开关sw25、sw28的控制信号为S[4]， 开关sw25、sw28的控制信号为S[4];输入信号Input的正极进入跨导运算放大器OTAl的 正极输入端，同时连接开关swl、sw2的输入端，输入信号Input的负极进入跨导运算放大器 OTAl的负极输入端，同时连接开关sw3、sw4的输入端；跨导运算放大器OTAl的负极输出端 连接开关sw5、sw7的输入端，正极输出端连接开关sw6、sw8的输入端；开关swl的输出端 连接开端sw5的输出端以及开关sw9、swll的输入端；开关sw2的输出端与sw7的输出端短 接，并接入跨导运算放大器0TA2的正极输入端；开关sw3的输出端与sw8的输出端短接，并 接入跨导运算放大器0TA2的负极输入端；开关sw4的输出端连接开端sw6的输出端以及开 关swl4、swl6的输入端；跨导运算放大器0TA2的负极输出端连接开关swlO、swl2的输入 端，正极输出端连接开关swl3、swl5的输入端；开关sw9、swlO的输出端短接，并连接开关 swl7、swl9的输入端，开关swll的输出端与开关swl2的输出端短接并接入跨导运算放大器 0TA3的正极输入端；开关swl3的输出端与开关swl4的输出端短接并接入跨导运算放大器 0TA4的负极输入端，开关swl5、swl6的输出端短接，并连接开关sw22、sw24的输入端；开关 swl7的输出端与开关swl8的输出端短接，并连接开关sw25的输入端，开关swl9的输出端 与开关sw20的输出端短接，并接入跨导运算个放大器0TA4的正极输入端，开关sw21的输 出端与开关sw22的输出端短接，并连接跨导运算放大器0TA4的负极输入端，开关sw23的 输出端与