一種數(shù)字控制可調(diào)增益放大器

1、電子工程師微電子與基礎(chǔ)產(chǎn)品.12001Vol.27No一種數(shù)字控制可調(diào)增益放大器ADigitallyControlledandVariableGainAmplifier西安交通大學(xué)電氣學(xué)院(西安710049)夏建生陳國聯(lián)【摘要】介紹了一種基于R22R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)原理的CMOS數(shù)字控制可調(diào)增益放大器。放大器的增益由數(shù)字信號控制線性調(diào)節(jié),增益調(diào)節(jié)的步長可根據(jù)不同需要調(diào)整變換,進(jìn)行高精度的線性增益調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞:數(shù)字控制,電壓放大器,增益調(diào)節(jié)【Abstract】AdigitallycontrolledCMOSvariablegainamplifierbaseonR22Rladderresistance

2、networkisintroduced.Thegainofamplifiercanbeadjustedbythedigitallycontrolledword,andgainstepsizecanbeeasilychanged.Keywords:digitalcontrol,voltageamplifier,gainadjust可調(diào)增益放大器(VGA,VariableGainAmpli2傳輸、通信接口等電路中的基本器fier)是信號轉(zhuǎn)換、件,這種放大器的增益可通過外加的控制信號來調(diào)節(jié),根據(jù)控制信號的不同,可分為由電壓或電流等模擬信號作控制量的模擬控制型VGA作控制量的數(shù)字控制型V,同,dB。、

3、數(shù)字控制型VGA的應(yīng)用也越來越廣泛。本文介紹一種基于R22R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理的數(shù)字控制可調(diào)增益放大電路,它具有調(diào)節(jié)范圍廣、調(diào)節(jié)線性精度高、增益步長可變、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。圖R22R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)電路b兩端右邊的梯形網(wǎng)絡(luò)的電阻節(jié)點(diǎn)有多少個,只要它滿足R22R結(jié)構(gòu),則a、b兩端的等效電阻總是為R。(2)當(dāng)a、b兩端加一個電壓uab后,電路從左到右,每個2R電阻中的電流得依次減少一半。設(shè)輸入總電流為ii,則2R電阻支路中的電流將依次為ii24iiiiiiii。82n2n圖1所示電路的電阻網(wǎng)絡(luò)中,每個梯形節(jié)點(diǎn)所接的2R電阻支路中有一個單刀雙擲開關(guān),開關(guān)位置由外加數(shù)字信號控制,當(dāng)數(shù)字控制信號為“1”時(shí),

4、開關(guān)接通左邊的2R電阻;當(dāng)數(shù)字控制信號為“0”時(shí),開關(guān)接通右邊的2R電阻。但無論每一個開關(guān)的位置如何,在任一時(shí)刻從第一級運(yùn)算放大器的輸出端向右看,該電阻網(wǎng)絡(luò)始終滿足R22R結(jié)構(gòu),因此,第一級運(yùn)算放大器輸出端等效負(fù)載電阻始終為R,輸入梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的電流:i01=R1電路工作原理圖1為該數(shù)字控制可調(diào)增益放大器的工作原理圖。它由運(yùn)算放大器構(gòu)成的兩級反相比例放大電路和R22R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的變形電路組成。圖1數(shù)字控制可調(diào)增益放大器工作原理圖如圖2所示的典型R22R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)是我們很熟悉的一種電路,它具有這樣的特性:(1)無論a、收稿日期:20000627對于第二級運(yùn)算放大器,其反相輸入電流為ii2,且

5、ii2是i01的一部分(或全部),ii2的大小由數(shù)字控制信號Di的狀態(tài)決定,它們之間有如下關(guān)系:58夏建生,等:一種數(shù)字控制可調(diào)增益放大器ii2=i01n+2n-22n1+n-12+12n下面介紹一種采用了CMOS場效應(yīng)管的實(shí)際電路。=i01i=1n+1-2ii其中Di取“0”或“1”值,ii2的變化范圍為0i01。若運(yùn)算放大器A1、A2的開環(huán)電壓增益和開環(huán)輸入電阻均很大,根據(jù)圖1電路,有如下推導(dǎo):ii1nif1-R1Rii2=i01i=1in+1-iif2-Rf2i01R圖3數(shù)字控制可調(diào)增益放大器電路2CMOS數(shù)字控制可調(diào)增益放大器電路圖3是采用CMOS場效應(yīng)管構(gòu)成圖1電路中的R22R梯形電

6、阻網(wǎng)絡(luò)而組成的數(shù)字控制可調(diào)增益放大器電路。采用MOS場效應(yīng)管構(gòu)成梯形電阻網(wǎng)絡(luò)具有下面幾個特點(diǎn):(1)利用MOS場效應(yīng)管的電壓控制電流特性,完成圖1。并通過n2OS,由于該導(dǎo)通電阻的溫度漂。(3)MOS場效應(yīng)管為電壓控制器件,故數(shù)字控制信號的功率損耗非常小。Rp電阻可調(diào)節(jié)流入梯形網(wǎng)絡(luò)電流I01的大小。圖4為n=8,K分別為1和2時(shí),電路電壓增益Au圖4n=8,k=1和2時(shí),電路與數(shù)字控制信號電壓增益Au與數(shù)字控制的控制值m之間信號的控制值m之間的的關(guān)系曲線。關(guān)系曲線由于:ii1if1ii2if2則有:-R1-RfRni=1R(1)n+1-i2i(2)上述(2)式與(1)式的比值為圖1所示放大電路

7、的電壓增益:Au=ui1n=i=R1n2+1n-12+12n(2n-1Dn+2n-2Dn-n2R1n+2D2+D1)i=K2i=1n-1Dn+1-其中:K=數(shù)。為增益步長,n為數(shù)字控制信號的位2nR1表1數(shù)字位數(shù)n可調(diào)增益范圍K=1K=24681001506302550102303001260510020463結(jié)束語該數(shù)字控制可調(diào)增益放大器,通過R22R梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成的增益放大器,達(dá)到了由數(shù)字控制放大器增益的目的,數(shù)字位數(shù)可根據(jù)增益可調(diào)范圍的要求來增減,調(diào)節(jié)的精度也可通過變換步長K來選擇。該電路可作為數(shù)字系統(tǒng)及閉環(huán)控制電路中高精度的放大器增益調(diào)節(jié),也可作為微機(jī)控制電路的放大器增益調(diào)節(jié)。59調(diào)節(jié)Rf󰃗R1,即可改變增益步長,