專利名稱：用于紅外接收器中的可變增益運算放大器的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子電路技術領域，涉及模擬集成電路，特別是一種用于紅外接收器中的可變增益運算放大器。
背景技術：
紅外傳輸電路具有成本低、功耗低、傳輸速率高等優點，在便攜式產品中被廣泛應用。紅外接收器是紅外傳輸電路的重要組成部分，在紅外接收器中，接收到的有用信號首先需要經過運算放大器進行放大，運算放大器的性能直接影響紅外接收器的性能。因此，紅外接收器中運算放大器的研究顯得十分必要。圖1所示為現有紅外接收器中兩級運算放大器的結構圖，包括第一級固定增益放大器和第二級固定增益放大器；第一級固定增益放大器的兩個輸入端分別與差分輸入信號Vinl和Vin2相連,經過第一級固定增益放大器的放大后,輸出第一放大信號Vol和第二放大信號Vo2分別給第二級固定增益放大器的第一輸入端和第二輸入端，第二級固定增益放大器將輸入的第一放大信號Vol和第二放大信號Vo2轉換為單端輸出信號Vo。上述兩級運算放大器由于其增益是固定的，因此輸入動態范圍小，不能對變化幅度很大的接收信號進行準確放大，使得紅外接收器的靈敏度下降，限制了紅外接收器的發展。

發明內容
本發明的目的在于針對上述兩級運算放大器的不足，提出了一種用于紅外接收器中的可變增益運算放大器，該可變增益運算放大器能夠根據輸入信號的大小調節運算放大器的增益，使運算放大器能夠對幅度變化很大的接收信號進行準確放大，以提高紅外接收器的靈敏度。為實現上述目的，本發明包括第一級增益放大器I和第二級增益放大器2 ;第一級增益放大器I將差分輸入信號Vinl和Vin2初步放大為第一放大信號VN和第二放大信號VM后，傳輸給第二級增益放大器2 ;第二級增益放大器2將第一放大信號VN和第二放大信號VM轉換為單端輸出信號；其特征在于所述第二級增益放大器2，包括增益控制信號產生模塊21和可變增益模塊22 ;增益控制信號產生模塊21對其所在芯片的輸入信號Dl、D2和D3進行數模轉換，輸出增益控制信號VC給可變增益模塊22的第一輸入端；可變增益模塊22的第二輸入端和第三輸入端分別與第一級增益放大器I所輸出的第一放大信號VN和第二放大信號VM相連，其輸出端輸出增益可隨其所在芯片輸入信號變化而變化的放大信號Vo ；所述第一級增益放大器I的輸入端連接有偏置電壓產生模塊3，該偏置電壓產生模塊3的兩個輸出端分別輸出偏置信號Vbl和Vb2給第一級增益放大器1，用于為第一級增益放大器I提供直流偏置。作為優選，上述偏置電壓產生模塊3，包括四個PMOS管、第一電阻Rl和電流源II，其中第一 PMOS管MPl、第二 PMOS管MP2、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源極均與第一電阻Rl的一端相連；第一 PMOS管MPl的柵極、第四PMOS管MP4的柵極、第二 PMOS管MP2的柵極、漏極以及第三PMOS管MP3的柵極、漏極均與電流源Il的正端相連；第一 PMOS管MPl的漏極和第四PMOS管MP4的漏極分別輸出第一偏置信號Vbl和第二偏置信號Vb2給第一級增益放大器I ;第一電阻Rl的另一端與其所在芯片的電源電壓VCC相連；電流源Il的負端接地；作為優選，上述可變增益模塊22，包括三個PNP管、兩個NMOS管、第二電阻R2和電容Cl，其中第一 PNP管Pl，其發射極分別與第二 PNP管P2的發射極和第三PNP管P3的集電極相連；其基極與第一級增益放大器I所輸出的第一放大信號VN相連；其集電極與第一 NMOS管麗I的漏極相連；第二 PNP管P2，其基極與第一級增益放大器I所輸出的第二放大信號VM相連；其集電極與第二 NMOS管MN2的漏極相連，作為可變增益模塊22的輸出端；第一 NMOS管匪1，其柵極分別與第二 NMOS管匪2的柵極、漏極相連；其源極和第
二NMOS管NM2的源極均接地；第三PNP管P3，其柵極與增益控制信號產生模塊21所輸出的增益控制信號VC相連，其發射極與所在芯片的電源電壓VCC相連；電容Cl和第二電阻R2均跨接于第二 NMOS管麗2的漏極和地之間，作為可變增益模塊22的負載。本發明與現有技術相比具有如下優點1、本發明由于采用了增益可變的第二級增益放大器，可根據輸入信號的大小調節運算放大器的增益，使運算放大器能夠對幅度變化很大的接收信號進行準確放大，以提高紅外接收器的靈敏度。2、本發明由于添加了偏置電壓產生模塊，為第一級增益放大器提供偏置電壓，可使第一級增益放大器的輸入失調電壓減小，以提高運算放大器的性能。


圖1為現有兩級運算放大器的結構圖；圖2為本發明的結構圖；圖3為本發明中偏置電壓產生模塊的電路原理圖；圖4為本發明中可變增益模塊的電路原理圖。
具體實施例方式以下參照附圖及其實施例對本發明作進一步描述。參照圖2，本發明的可變增益運算放大器包括第一級增益放大器1、第二級增益放大器2和偏置電壓產生模塊3 ;第一級增益放大器I分別與第二級增益放大器2和偏置電壓產生模塊3相連，第二級增益放大器2輸出放大信號Vo ；所述第二級增益放大器2，包括增益控制信號產生模塊21和可變增益模塊22 ;增益控制信號產生模塊21與可變增益模塊22相連，可變增益模塊22的輸出端作為第二級增益放大器2的輸出端；第一級增益放大器I的第一輸入端和第二輸入端分別與差分輸入信號Vinl和Vin2相連,偏置電壓產生模塊3輸出偏置信號Vbl和Vb2給第一級增益放大器I的第三輸入端和第四輸入端，為第一級增益放大器I提供偏置電壓，第一級增益放大器I對差分輸入信號Vinl和Vin2進行初步放大后輸出第一放大信號VN和第二放大信號VM分別給可變增益模塊22的第二輸入端和第三輸入端；增益控制信號產生模塊21的三個輸入端分別與其所在芯片的輸入信號Dl、D2和D3相連，增益控制信號產生模塊21對其所在芯片的輸入信號D1、D2和D3進行數模轉換，輸出增益控制信號VC給可變增益模塊22的第一輸入端；可變增益模塊22的輸出端作為可變增益運算放大器的輸出端輸出放大信號Vo。參照圖3，本發明的偏置電壓產生模塊1，包括但不局限于第一 PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一電阻Rl和電流源11，其中第一 PMOS管MPl的源極、第二 PMOS管MP2的源極、第三PMOS管MP3的源極、第四PMOS管MP4的源極，它們均與第一電阻Rl的一端相連；第一 PMOS管MPl的柵極、第四PMOS管MP4的柵極、第二 PMOS管MP2的柵極和漏極、第三PMOS管MP3的柵極和漏極，它們均與電流源Il的一端相連；第一 PMOS管MPl與第二 PMOS管MP2構成電流鏡，第三PMOS管MP3與第四PMOS管MP4構成電流鏡；第一 PMOS管MPl的漏極輸出第一偏置信號Vbl給第一級增益放大器I的第三輸入端，為第一級增益放大器I提供輸入偏置電壓，第四PMOS管MP4的漏極輸出第二偏置信號Vb2給第一級增益放大器I的第四輸入端，為第一級增益放大器I提供輸入偏置電壓；第一電阻Rl的另一端與其所在芯片的電源電壓VCC相連；電流源Il的另一端接地。參照圖4，本發明的可變增益模塊22，包括但不局限于第一 PNP管P1、第二 PNP管P2、第三PNP管P3、第一 NMOS管匪1、第二 NMOS管匪2、第二電阻R2、電容Cl，其中第一 PNP管Pl的發射極分別與第二 PNP管P2的發射極和第三PNP管P3的集電極相連；第一 PNP管Pl的基極作為可變增益模塊22的第二輸入端，與第一級增益放大器I所輸出的第一放大信號VN相連；第一 PNP管Pl的集電極與第一 NMOS管麗I的漏極相連；第二 PNP管P2的基極作為可變增益模塊22的第三輸入端，與第一級增益放大器I所輸出的第二輸出信號VM相連；第二 PNP管P2的集電極與第二 NMOS管麗2的漏極相連，作為可變增益模塊22的輸出端；第一 NMOS管NMl的柵極和第二 NMOS管NM2的柵極均與第二 NMOS管NM2的漏極相連；第一 NMOS管匪I的源極和第二 NMOS管匪2的源極均接地，第一 NMOS管匪I和第二NMOS管NM2構成電流鏡；第三PNP管P3的柵極與增益控制信號產生模塊21所輸出的增益控制信號VC相連，增益控制信號VC用來控制可變增益模塊22的增益，第三PNP管P3的發射極與所在芯片的電源電壓VCC相連，第三PNP管P3為第一 PNP管Pl和第二 PNP管P2提供電流；電容Cl和第二電阻R2均跨接于第二 NMOS管麗2的漏極和地之間，作為可變增益模塊22的負載，電容Cl用于濾除放大信號Vo的高頻成分。本發明的工作原理如下
如圖2所示，偏置電壓產生模塊3為第一級增益放大器I提供偏置電壓，第一級增益放大器I對差分輸入信號Vinl和Vin2進行放大，產生第一放大信號VN和第二放大信號VM給可變增益模塊22，第一級增益放大器I的增益為固定值，增益控制信號產生模塊21將其所在芯片的輸入信號Dl、D2和D3轉換為增益控制信號VC，該增益控制信號VC可表示為
權利要求
1.一種用于紅外接收器中的可變增益運算放大器，包括第一級增益放大器(I)和第二級增益放大器(2);第一級增益放大器(I)將差分輸入信號Vinl和Vin2初步放大為第一放大信號VN和第二放大信號VM后,傳輸給第二級增益放大器(2);第二級增益放大器(2)將第一放大信號VN和第二放大信號VM轉換為單端輸出信號；其特征在于 所述第二級增益放大器(2)，包括增益控制信號產生模塊(21)和可變增益模塊(22)；增益控制信號產生模塊(21)對其所在芯片的輸入信號Dl、D2和D3進行數模轉換，輸出增益控制信號VC給可變增益模塊(22)的第一輸入端；可變增益模塊(22)的第二輸入端和第三輸入端分別與第一級增益放大器(I)所輸出的第一放大信號VN和第二放大信號VM相連，其輸出端輸出增益可隨其所在芯片輸入信號變化而變化的放大信號Vo ； 所述第一級增益放大器(I)的輸入端連接有偏置電壓產生模塊(3)，該偏置電壓產生模塊(3)的兩個輸出端分別輸出偏置信號Vbl和Vb2給第一級增益放大器(I),用于為第一級增益放大器(I)提供直流偏置。
2.根據權利要求書I所述的可變增益運算放大器，其特征在于偏置電壓產生模塊(3)，包括四個PMOS管、第一電阻Rl和電流源II，其中 第一 PMOS管MP1、第二 PMOS管MP2、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源極均與第一電阻Rl的一端相連；第一 PMOS管MPl的柵極、第四PMOS管MP4的柵極、第二 PMOS管MP2的柵極、漏極以及第三PMOS管MP3的柵極、漏極均與電流源Il的正端相連；第一 PMOS管MPl的漏極和第四PMOS管MP4的漏極分別輸出第一偏置信號Vbl和第二偏置信號Vb2給第一級增益放大器(I); 第一電阻Rl的另一端與其所在芯片的電源電壓VCC相連；電流源Il的負端接地。
3.根據權利要求書I所述的可變增益運算放大器，其特征在于可變增益模塊(22)，包括三個PNP管、兩個NMOS管、第二電阻R2和電容Cl，其中 第一 PNP管Pl，其發射極分別與第二 PNP管P2的發射極和第三PNP管P3的集電極相連；其基極與第一級增益放大器(I)所輸出的第一放大信號VN相連；其集電極與第一 NMOS管麗I的漏極相連； 第二 PNP管P2，其基極與第一級增益放大器(I)所輸出的第二放大信號VM相連；其集電極與第二 NMOS管MN2的漏極相連，作為可變增益模塊(22)的輸出端； 第一 NMOS管NMl，其柵極分別與第二 NMOS管NM2的柵極、漏極相連；其源極與第二 NMOS管匪2的源極均接地； 第三PNP管P3，其柵極與增益控制信號產生模塊(21)所輸出的增益控制信號VC相連，其發射極與所在芯片的電源電壓VCC相連； 電容Cl和第二電阻R2均跨接于第二 NMOS管MN2的漏極和地之間，作為可變增益模塊(22)的負載。
全文摘要
本發明公開了一種用于紅外接收器中的可變增益運算放大器，主要解決現有運算放大器增益固定的問題。該可變運算放大器包括第一級增益放大器(1)、偏置電壓產生模塊(3)、增益控制信號產生模塊(21)和可變增益模塊(22)；偏置電壓產生模塊(3)輸出偏置信號給第一級增益放大器(1)；第一級增益放大器(1)與可變增益模塊(22)相連；增益控制信號產生模塊(21)將其所在芯片的輸入信號D1、D2和D3轉換為增益控制信號VC給可變增益模塊(22)；增益控制信號VC通過控制可變增益模塊(22)的尾電流來控制其增益，可變增益模塊(22)的輸出端輸出增益可變的放大信號Vo。本發明根據輸入信號的大小調節運算放大器的增益，可實現對幅度變化很大的接收信號進行準確放大。
文檔編號H03F3/45GK103066934SQ20121056024
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者葉強, 來新泉, 倪曉龍, 關會麗 申請人:西安電子科技大學