專利名稱：可變增益放大器以及相關的轉(zhuǎn)導單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關于可變增益放大器，特別有關一種線性范圍較寬廣的可變增 益放大器以及相關的轉(zhuǎn)導單元。 「背景技術于通訊系統(tǒng)中，模擬接收器根據(jù)所接收信號的強度以及特定接收器動作 改變增益的大小，以便維持一固定的信號準位。
一般而言，可變增益放大器 用以達成接收器中想要的這個效果。由于所接收的信號強度的范圍很廣泛， 因此可變增益放大器必須要能夠在一個廣泛范圍內(nèi)調(diào)整其增益大小。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種可變增益放大器，包括第一、第二負載耦接至一電源電壓；以及一轉(zhuǎn)導單元(transconductorunit)包括第一、第二晶體管，包括復數(shù)控 制端用以接收一組輸入信號、復數(shù)第一端分別耦接至第一、第二負載，以及 復數(shù)第二端分別耦接至第一、第二節(jié)點；第一、第二電流源，分別耦接于第 一節(jié)點與一第一電壓之間和第二節(jié)點與第一電壓之間；以及一第一增益控制晶體管，耦接于第一、第二節(jié)點之間，用以接收一增益控制電壓，其中第一 增益控制晶體管的臨界電壓低于第一、第二晶體管的臨界電壓。本發(fā)明亦提供一種可變增益放大器，包括一轉(zhuǎn)導單元，用以根據(jù)一組輸 入信號，輸出一差動信號，并且可變增益放大器包括第一、第二 MOS晶體 管，分別耦接于一第一負載與一第一節(jié)點之間和一第二負載與一第二節(jié)點之 間；以及一第三MOS晶體管，耦接于第一、第二節(jié)點之間，用以作為一第 一退化電阻，并且第三MOS晶體管的柵極氧化層薄于第一、第二MOS晶體 管的柵極氧化層。
本發(fā)明亦提供一種轉(zhuǎn)導單元，包括第一、第二電流源，分別耦接于一第一節(jié)點與一接地電壓之間以及一第二節(jié)點與上述接地電壓之間；第一、第二MOS晶體管，包括復數(shù)第一端分別耦接至第一、第二負載以及復數(shù)第二端分 別耦接至第一、第二節(jié)點，并且第一、第二MOS晶體管用以將一組輸入信 號轉(zhuǎn)換成一差動信號；以及一第三MOS晶體管，耦接于第一、第二節(jié)點之 間，由一增益控制電壓所控制，并且第三MOS晶體管的臨界電壓低于第一、 第二MOS晶體管的臨界電壓。本發(fā)明所提供的可變增益放大器能夠在一個廣泛范圍內(nèi)調(diào)整其增益大小。


圖1為可變增益放大器的一實施例。圖2為可變增益放大器的控制電壓與增益間的關系。圖3為可變增益放大器的另一實施例。圖4顯示圖1與圖3中可變增益放大器的增益與控制電壓間的關系。圖5為可變增益放大器的另一實施例。圖6A為圖5中MOS晶體管的控制電壓與增益間的關系。圖6B為圖5中可變增益放大器和控制電壓間的關系。附圖標號10、 20、 30:可變增益放大器； 12:轉(zhuǎn)導單元；14P、 14N:負載； Inp、 Inn:輸入信號； V0Ut:輸出電壓；TP、 TN、 TC1、 TC1"、 TC2、 TC3: MOS晶體管；11、 12:電流源； Vctrl:控制電壓； Vdd:電源電壓；Vxl、 Vx2、 Vx3、 Vx4:臨界電壓；
ND1 ND4:節(jié)點。
具體實施方式
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特 舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下圖1為可變增益放大器的一實施例。如圖所示，可變增益放大器10包括 一轉(zhuǎn)導單元12以及兩個負載14P與14N，其中負載14P與14N根據(jù)設計的 需求可以是電阻性負載、電感性負載、電容性負載或主動式負載。轉(zhuǎn)導單元 12用以接收一組輸入信號Inp與Inn，并轉(zhuǎn)換成一差動信號，然后負載14P 與14N將差動信號轉(zhuǎn)換成一輸出電壓Vout。轉(zhuǎn)導單元12包括三個MOS晶 體管TP、 TN與TC1以及兩個相同的電流源II與12，其中MOS晶體管TC1 當作 一 退化電阻(degeneration resistor)或 一 退化晶體管(degeneration transistor),用以根據(jù)控制電壓Vctrl來控制可變增益放大器10的增益。MOS 晶體管TN、 TP與TCI為完全相同的晶體管，即MOS晶體管TN、 TP與TCI 具有相同的臨界電壓以及相同厚度的柵極氧化層。 一般而言，可變增益放大 器10的增益可通過調(diào)整控制電壓Vctrl(即MOS晶體管TC1的柵極電壓)來控制。圖2為可變增益放大器的控制電壓與增益間的關系。如圖所示，可變增 益放大器10的線性范圍有上部限制與下部限制。舉例而言，控制電壓Vctrl 必需要高于MOS晶體管TCI的臨界電壓Vxl ，使得MOS晶體管TCI被導 通。若控制電壓Vctrl太高，可變增益放大器10的增益的斜率會太小。換言之，可變增益放大器io的線性范圍受到限制。圖3為可變增益放大器的另一實施例。如圖所示，可變增益放大器20 與圖1中所示的可變增益放大器10相似，其差別在于轉(zhuǎn)導單元22。仔細而 言，MOS晶體管TP與TN為完全相同的晶體管，并且為一般的MOS晶體 管，但MOS晶體管TCl"為一原生型(native)MOS晶體管，或是相較于MOS 晶體管TP與TN具有一個較薄的柵極氧化層。換言之，MOS晶體管TCI"
的臨界電壓會低于MOS晶體管TP與TN的臨界電壓。轉(zhuǎn)導單元22用以接收輸入信號Inp與Inn，轉(zhuǎn)換成一差動信號，而負載 14P與14N將差動信號轉(zhuǎn)換成一輸出電壓Vout。負載14P與14N根據(jù)設計 的需求可以是電阻性負載、電感性負載、電容性負載或主動式負載于轉(zhuǎn)導單 元22中，MOS晶體管TP耦接于負載14P與電流源Il之間，并且具有一控 制端耦接至輸入信號Inp。MOS晶體管TN耦接于負載14N與電流源I2之間， 并且具有一控制端耦接至輸入信號I皿。MOS晶體管TN與TP為完全相同的 MOS晶體管，并且電流源Il與I2為完全相同的的電流源。電流源II與12分別耦接于節(jié)點ND1與接地電壓(例如GND)之間和節(jié)點 ND2與接地電壓之間，并且負載14N與14P分別耦接于電源電壓Vdd與節(jié) 點ND3之間和電源電壓與節(jié)點ND4之間。于某些實施例中，負載14N與14P 可為電阻器、MOS晶體管或其組合。舉例而言，若輸入信號Inp與Inn分別為高準位與低準位時，MOS晶體 管TP與TN會分別為導通與截止，使得節(jié)點ND3上的電壓會低于節(jié)點ND4 上的電壓，因而產(chǎn)生一差動信號。相反地，若輸入信號Inp與Im分別為低 準位與高準位時，MOS晶體管TP與TN會分別為截止與導通，使得節(jié)點ND4 上的電壓會低于節(jié)點ND3上的電壓，因而產(chǎn)生一差動信號，即在節(jié)點ND3 與KD4間的輸出電壓Vout。晶體管TC1"耦接于節(jié)點ND1與ND2之間，用以作為一退化電阻 (degeneration resistor), 亦稱為退化晶體管(degeneration transistor), 以便根據(jù) 控制電壓Vctri控制可變增益放大器20的增益。舉例而言，MOS晶體管TCI" 為一原生型MOS晶體管而不是一般的MOS晶體管，或MOS晶體管TCI" 的柵極氧化層的厚度會較薄于MOS晶體管TP與TN的柵極氧化層的厚度， 使得MOS晶體管TCl"的臨界電壓會低于MOS晶體管TP與TN的臨界電壓。 可變增益放大器20的增益通過調(diào)整控制電壓Vctrl(即MOS晶體管TCl"的柵 極電壓)來控制。
圖4顯示圖1與圖3中可變增益放大器的增益與控制電壓間的關系。如 圖所示，曲線Cl與C2分別代表圖1與圖3中可變增益放大器10與20和控 制電壓間的關系。由于MOS晶體管TC1"會比MOS晶體管TC1早被控制電 壓導通，并且可變增益放大器20的斜率小于可變增益放大器20的斜率。因 此，并且可變增益放大器20的線性(可控制)范圍將大于可變增益放大器10 的線性范圍斜率。圖5為可變增益放大器的另一實施例。如圖所示，可變增益放大器30 與圖l、圖3中所示的可變增益放大器10與20，其差別在轉(zhuǎn)導單元32。仔 細而言，轉(zhuǎn)導單元32具有MOS晶體管TC2與TC3，用以作為第一、第二退 化電阻(亦稱為退化晶體管)。MOS晶體管TC2與TC3并聯(lián)地耦接于節(jié)點ND2 與ND3之間，并且MOS晶體管TC2與TC3具有不同的臨界電壓。舉例而言，MOS晶體管TC2可為一原生型MOS晶體管，而MOS晶體 管TC3和MOS晶體管TP、 TN與TC1 一樣皆是一般MOS晶體管。因此， MOS晶體管TC2的臨界電壓會低于MOS晶體管TP、 TN與TC3的臨界電 壓。于此實施例中，可變增益放大器30的增益可通過調(diào)整控制電壓Vctri(即 晶體管TC2與TC3的柵極電壓)來控制。圖6A為圖5中MOS晶體管的控制電壓與增益間的關系，而圖6B為圖 5中可變增益放大器和控制電壓間的關系。如圖所示，曲線C3與C4分別代 表MOS晶體管TC2與TC3的控制電壓與增益間的關系，而曲線C5代表可 變增益放大器30的控制電壓與增益之間的關系。舉例而言，當控制電壓Vctrl 超過(原生型)MOS晶體管TC2的臨界電壓Vx3時，MOS晶體管TC2會導通， 作為可變增益放大器30的較低電壓增益控制。當控制電壓Vctri超過(一般 型)MOS晶體管TC3的臨界電壓Vx4時，MOS晶體管TC3亦會進一步導通， 作為可變增益放大器30的較高電壓增益控制。換言之，MOS晶體管TC2作 為用于較低電壓增益控制的第一退化電阻，而MOS晶體管TC3作為用于較 高電壓增益控制的第二退化電阻，使得可變增益放大器30的線性范圍可以進一步延展，如圖6B中所示。在可變增益放大器的某些實施例中，轉(zhuǎn)導單元包括復數(shù)個MOS晶體管 并聯(lián)連接于節(jié)點ND1與ND2之間，其中至少一個MOS晶體管為原生型MOS 晶體管，其它MOS晶體管為一般的MOS晶體管，而這些一般MOS晶體管 可具有高于原生型MOS晶體管的臨界電壓。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟知技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許更動與潤飾，因 此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種可變增益放大器，其特征在于，所述的可變增益放大器包括第一、第二負載；以及一轉(zhuǎn)導單元，包括第一、第二晶體管，包括復數(shù)控制端用以接收一組輸入信號、復數(shù)第一端分別耦接至上述第一、第二負載，以及復數(shù)第二端分別耦接至第一、第二節(jié)點；第一、第二電流源，分別耦接于上述第一節(jié)點與一第一電壓之間和上述第二節(jié)點與上述第一電壓之間；以及一第一增益控制晶體管，耦接于上述第一、第二節(jié)點之間，用以接收一增益控制電壓，其中上述第一增益控制晶體管的臨界電壓低于上述第一、第二晶體管的臨界電壓。
2. 如權利要求1所述的可變增益放大器，其中上述第一、第二晶體管以及上述第一增益控制晶體管皆為MOS晶體管。
3. 如權利要求2所述的可變增益放大器，其中上述第一增益控制晶體管 為一原生型MOS晶體管。
4. 如權利要求2所述的可變增益放大器，其中上述第一增益控制晶體管 的一柵極氧化層較薄于上述第一、第二晶體管的柵極氧化層。
5. 如權利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于，所述的可變增益 放大器更包括一第二增益控制晶體管具有一第一端耦接至上述第一節(jié)點、一 第二端耦接至上述第二節(jié)點，以及一控制端耦接至上述增益控制電壓，其中 上述第一、第二增益控制晶體管具有不同的臨界電壓。
6. 如權利要求5所述的可變增益放大器，其中上述第一、第二晶體管以 及上述第一、第二增益控制晶體管為MOS晶體管。
7. 如權利要求6所述的可變增益放大器，其中上述第一增益控制晶體管 為一原生型MOS晶體管。
8. 如權利要求6所述的可變增益放大器，其中上述第二增益控制晶體管 的臨界電壓高于第一增益控制晶體管的臨界電壓。
9. 如權利要求6所述的可變增益放大器，其中上述第二增益控制晶體管 與上述第一、第二晶體管具有相同的臨界電壓。
10. —種可變增益放大器，其特征在于，所述的可變增益放大器包括 一轉(zhuǎn)導單元，用以根據(jù)一組輸入信號，輸出一差動信號，上述轉(zhuǎn)導單元包括第一、第二 MOS晶體管，分別耦接于一第一負載與一第一節(jié)點之間和 一第二負載與一第二節(jié)點之間；以及一第三MOS晶體管，耦接于上述第一、第二節(jié)點之間，用以作為一第 一退化電阻，并且上述第三MOS晶體管的柵極氧化層薄于上述第一、第二 MOS晶體管的柵極氧化層。
11. 如權利要求10所述的可變增益放大器，其中上述第一增益控制晶體 管為一原生型MOS晶體管。
12. 如權利要求IO所述的可變增益放大器，其中上述第三MOS晶體管 的臨界電壓低于上述第一、第二MOS晶體管的臨界電壓。
13. 如權利要求10所述的可變增益放大器，其特征在于，所述的可變增 益放大器更包括一第四MOS晶體管耦接于上述第一、第二節(jié)點之間，用以 作為一第二退化電阻，其中上述第三、第四MOS晶體管具有不同的厚度的 柵極氧化層。
14. 如權利要求13所述的可變增益放大器，其中上述第三MOS晶體管 為一原生型MOS晶體管。
15. 如權利要求13所述的可變增益放大器，其中上述第四MOS晶體管 的柵極氧化層較厚于上述第一、第二MOS晶體管的柵極氧化層。
16. 如權利要求13所述的可變增益放大器，其中上述第四MOS晶體管 與上述第一、第二MOS晶體管具有相同厚度的柵極氧化層。
17. 如權利要求15所述的可變增益放大器，其中上述第三MOS晶體管 的臨界電壓低于上述第一、第二與第四MOS晶體管的臨界電壓。
18. —轉(zhuǎn)導單元，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)導單元包括第一、第二電流源，分別耦接于一第一節(jié)點與一接地電壓之間以及一第 二節(jié)點與上述接地電壓之間；第一、第二 MOS晶體管，包括復數(shù)第一端分別耦接至第一、第二負載 以及復數(shù)第二端分別耦接至上述第一、第二節(jié)點，上述第一、第二 MOS晶 體管用以將一組輸入信號轉(zhuǎn)換成一差動信號；以及一第三MOS晶體管，耦接于上述第一、第二節(jié)點之間，由一增益控制 電壓所控制，上述第三MOS晶體管具有一臨界電壓低于上述第一、第二MOS 晶體管的臨界電壓。
19. 如權利要求18所述的轉(zhuǎn)導單元，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)導單元更包 括一第四MOS晶體管包括一第一端耦接上述第一節(jié)點、 一第二端耦接上述 第二節(jié)點，以及一控制端耦接上述增益控制電壓，其中上述第三、第四MOS 晶體管具有不同的臨界電壓。
20. 如權利要求18所述的轉(zhuǎn)導單元，其中上述第四MOS晶體管的臨界 電壓高于上述第三MOS晶體管的臨界電壓。
21. 如權利要求18所述的轉(zhuǎn)導單元，其中上述第一、第二、第四MOS 晶體管具有相同的臨界電壓。
全文摘要
本發(fā)明是關于一種可變增益放大器及相關的轉(zhuǎn)導單元，所述的可變增益放大器包括第一、第二負載耦接至一電源電壓；以及一轉(zhuǎn)導單元包括第一、第二晶體管，包括復數(shù)控制端用以接收一組輸入信號、復數(shù)第一端分別耦接至第一、第二負載，以及復數(shù)第二端分別耦接至第一、第二節(jié)點；第一、第二電流源，分別耦接于第一節(jié)點與一第一電壓之間和第二節(jié)點與第一電壓之間；以及一第一增益控制晶體管，耦接于第一、第二節(jié)點之間，用以接收一增益控制電壓，其中第一增益控制晶體管的臨界電壓低于第一、第二晶體管的臨界電壓。本發(fā)明所提供的可變增益放大器能夠在一個廣泛范圍內(nèi)調(diào)整其增益大小。
文檔編號H03G3/30GK101162893SQ20071016262
公開日2008年4月16日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權日2006年10月13日
發(fā)明者侯鈞豑, 涂維軒 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司