高線性度CMOS調(diào)幅電路技術(shù)介紹

引言

本文采用±5V電源，設(shè)計(jì)出了一種以模擬乘法器為核心電路的輸出信號(hào)與控制電壓成高線性度的電路，并且實(shí)現(xiàn)了單端控制和單端輸出。它在鎖相環(huán)、自動(dòng)增益控制、正弦脈寬調(diào)制(SPWM)、模擬運(yùn)算等方面有著很好的使用和參考價(jià)值。

線性化壓控源耦對(duì)是本設(shè)計(jì)電路的核心單元，要保證該電路處于正常工作狀態(tài)，要求線性輸入范圍較小，約100mV～200mV。設(shè)計(jì)中采用有源衰減對(duì)輸入信號(hào)衰減后再作為線性化壓控源耦對(duì)輸入信號(hào)，提高了線性輸入范圍，同時(shí)也保證了高線性度。另外，還使用比例減法運(yùn)算電路的倍增功能，將兩端輸出轉(zhuǎn)化為單端輸出，在滿足輸出幅值要求時(shí)，可以進(jìn)一步提高輸出與輸入的線性關(guān)系的精度。

模擬信號(hào)的幅值調(diào)制在模擬信號(hào)處理中應(yīng)用非常廣泛，為了實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的精確可控制性，

模擬乘法器

該模擬乘法器以線性化壓控源耦對(duì)為核心結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了CMOS四相限模擬乘法器。電路基本結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示

假定M1～M6具有完全相同的幾何尺寸和溝通參數(shù)

流源由Vbias電壓偏置提供飽和電流偏置。且所有的NMOS管子都處于在飽和工作區(qū)，并忽略管子正常工作時(shí)的二級(jí)效應(yīng)。則有：

式相減：

其中vd=VGS1-VGS2

若存在另外一組同樣結(jié)構(gòu)的電路，設(shè)這兩組電流輸出分別為IO1和 系：IO2，Vb節(jié)點(diǎn)共用，即Vb1=Vb2，讓其構(gòu)成減法電路，則：

Vc2、Vd和兩個(gè)電壓乘積的線性控制?？紤]到控制的方便并保證所有管子工作在飽和區(qū)，令Vc2=0，VG2=0，則I0l-I02d=KVcVG1，這樣就實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)相乘的運(yùn)算。

有源衰減器和偏置電路

圖2為有源衰減器電路，該結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，其輸入電壓Vx和輸出電壓V1均為平衡差動(dòng)信號(hào)，其中M10和M12、M11和M13構(gòu)成兩管的有源衰減器;M8和M9分別以I1和I2為電流源的源極跟隨器，主要完成信號(hào)的傳輸以及電平位移，并提供負(fù)載合適的偏置。

設(shè)M10、M11工作處于線性區(qū)，M12、M13工作在飽和區(qū)。忽略二級(jí)效應(yīng)溝道調(diào)制和體效應(yīng)，經(jīng)公式推導(dǎo)，輸出信號(hào)和輸人信號(hào)有如下關(guān)系

可以看出F即為衰減系數(shù)并可以通過調(diào)整M10、M12的寬長(zhǎng)比得到合適的F值。