具有驱动叠加电流的电流驱动器的放大器 本发明一般涉及高频放大器，更具体地在电路对其输入端口上的电压偏移敏感的电路放大环境中，本发明具有特别有利的应用。本发明的一个应用特例是针对可变增益放大器(“VGA”)电路，其好处是取得了大的动态范围，宽的频率响应和/或改善的线性，同时消耗较低的功率。
电子工业不断地努力取得高效率，高功能电路。通过在很小的硅晶片区上制造大规模地集成电路取得了这方面的很大进步。对于针对高频通信的应用，这种设备的设计和制造中的主要目标通常是获得一种电路，它占用最小的区域，使用最少的功率，同时保持通过信号传输的数据的完整性。
一般将通常使用在通信电路中的一种电路称为可变增益放大器(“VGA”)。VGA被用在许多电子产品中，例如全球定位(GPS)接收机，无线本地网和诸如无绳和蜂窝电话等移动通信设备。特别是，将VGA用在这种设备的各个部分，例如，在射频(RF)，中频(IF)和低频，和/或这些设备的基带信号处理方面。通常的VGA包括一个晶体管差分对，将输入电流信号的一部分引向输出端，而将输入电流信号的其它未用部分引到地。引向输出端的信号电流量依赖于加到该晶体管差分对的各个基极上的差分控制电压。通常，与另一晶体管的基极相比，对一个晶体管的基极加上较高控制电压，将决定在输出端可得到的输入信号电流的数量。将这种VGA电路的增益控制特征的公式确定为由该电路的特定安排定义的互线性等式的函数。对于更详细地分析，可参考各种资料，包括例如由B.Gilbert写的文章，标题为“Current-Mode Circuits from a TranslinearViewpoint”：Tutorial，第二章(英国1990)，和美国专利No.5999053，No.6028478和No.5994961。
为了设计特定应用的VGA，根据是通常给出典型VGA电路装置的几个已知的限定。采用无线通信作为一个应用类型，通常将这些限定指向控制在功能块的输入或输出的信号电平。通常通过控制电压改变在电路中的增益或衰减来实现控制这个信号电平。然而，在VGA电路中，这种控制电压调整可产生严重的操作缺点，包括例如，动态范围的限制和功率消耗的明显增加。随着控制电压调整的信号电平的变化还导致了表示VGA中所用的主要操作方面的质量下降，即噪音和非线性性能。
因此，需要提供一种可变增益放大器，具有扩大的动态范围，宽的频率响应和/或改善的线性，同时消耗较低的功率。
针对上面提出的应用和业务，以及其它的优点可以多种实施方案来实施本发明，详细地阅读下面的讨论将使这些应用、业务和其它优点变得更加清楚。例如，本发明的某些方面是针对在与消除提供给叠加电流引导电路(staeked current-steering crrcuits)的信号中的电压偏移的组合中的叠加电流引导电路方面发现的优点。适当地实施，这种方法可导致改善动态范围，线性和功耗等许多优点。
根据特殊的应用实例，可以第一和第二电流引导部分的形式来实施本发明，安排对差分电流输入信号进行增益调整(或“放大”，包括正和负增益调整二者)。通过差分电流路径对第一和第二电流引导部分的每个进行电流驱动。构成和安排该第一电流引导部分供给电流，从而驱动该第二电流引导部分。
本发明的另一方面采用叠加的吉尔伯特单元(Stacked GilbertCells)(参看上面的背景讨论)来构成可变增益放大器(“VGA”)电路，取得了大的动态范围，宽的频率响应和改善的线性，同时消耗比较小的功率。在这个意义上，Gilbert单元是基于晶体管的放大器的一种形式，其中根据该晶体管放大器设计将输入端口上的电流分为(或分开为)至少两个输出。
在本发明的又一特定的实施方案中，一种放大装置包括一个电流-电压转换器，馈送电流给上述表征的VGA电路。
上面的概要并不想给出本发明的所有方面的综述，在详细描述中将举例和描述本发明的其它方面。
结合附图考虑本发明的各种实施方案的详细描述可更完全地了解本发明，其中：
图1表示根据本发明实施例的放大器电路装置的框图；和
图2表示根据本发明的放大器电路装置的一个特定的实施例。
尽管本发明适于各种修改和替换形式，在附图中通过举例表示了它的细节，并将进行详细地描述。然而，应理解，不应将本发明限定到所描述的特定实施方案。相反，本发明应覆盖落在所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改，等同物和替换物。
相信可将本发明应用到各种高频信号放大电路和应用，已发现对于高频信号电路放大环境本发明特别有好处，在该环境中放大器输入端口上的控制电压偏移可导致操作的缺点，包括例如动态范围的限制和/或不必要的功率消耗增加。尽管不必将本发明限定到这些电路或应用，但通过工作在这种环境中的实施例的讨论可更好地理解本发明的各个方面。
根据第一实施例，一种电流引导放大器电路包括第一和第二叠加电流引导电路部分。构成和安排这些电路部分的每个放大差分电流输入信号。第一电流引导部分响应供给第一部分的输入端口控制差分电流源。将第一电流引导部分的放大输出用于驱动，从而起到了第二电流引导部分的电流源的作用。通过控制馈送给第一电流引导部分的电流的幅度，电压偏移不必控制电流引导放大器电路的工作，减小了它对上述问题的敏感性。因此，增加了动态范围，改善了线性，没有功耗的不必要增加。
现在参看附图，图1表示根据本发明实施例的放大器电路装置100的框图。该放大器电路装置100包括信号源电路110，虽然对于本发明不是主要的，但是设计中的特定重要应用方面。例如，在多种实施方案中，该信号源电路110是在调制信号的射频(RF)，中频(IF)和低频级中的方框。在另一实施例中，该信号源电路110是在无线收发信机的基带信号处理级中的方框。按照通常许多上述的应用示例。将该信号源电路110用于对该放大器电路装置100的下一级提共高频电压控制信号。
然后由电压-电流转换器112接收这个高频电压控制信号。经电流路径118将在该信号中的电压偏移所传送的信息转换为差分电流信号。在本发明中发现的重要优点是，从提供给叠加电流引导电路的信号中消除电压偏移，产生了许多优点，包括上述的涉及动态范围，线性和功耗等优点。
因此，该电流路径118对两个叠加电流引导电路114和116的第一个提供差分电流信号。每个电流引导电路114和116将在输入端口接收的电流分开为两个输出。在这一方面，该第一电流引导电路114接收和放大由电流路径118传输的规定为差分电流的信号，并将这个信号提供给第二电流引导电路116，作为对差分电流路径120上的规定的差分电流信号。然后，将第二电流引导电路116用于完成放大的第二级。可将任选的其它叠加电流引导电路(未示出)用于另外的放大级，在图1中还示出了一个任选的电压移动电路122，使用并行电容124和126实施为一个通常的高通滤波器。
图2表示根据本发明的对于特定应用示例的图1的框112、114和116的示例性衰减电路200。该衰减电路200包括电流源电路210，根据提供给输入端口212的输入偏置信号，选择地将控制信号供给控制端口214。从输入端口212，将该输入偏置信号用于驱动晶体管220的基极，该晶体管220便用由晶体管222和它的发射极泄放(trailing)电阻224设置的基极电压。该晶体管220通过节点218上的源电流进行响应，随后转换为使用晶体管234和236的在节点230和232上的平衡的差分电流路径。节点230和232分别对应于图1的框112提供的差分电流驱动信号的反向(正和负)输入。在一个实施方案中，将镜像的晶体管222，234和236(以及电阻238和240)匹配，以实施在该差分电流驱动信号中的最佳平衡。
可将提供给控制端口214的选择控制信号用于不同的目的。在一种应用中，通过使用MOS晶体管216作为开关，将节点218上的电压有效地接地，将该选择控制信号用于禁止该输入偏置的另外处理，其中也减少了在该禁止模式中的漏电流。另外，或与这种开关操作结合，将该MOS晶体管216用于调节在节点218上的电压，以便加偏置。
从节点230和232，将该差分电流驱动信号提供给第一平衡电流引导电路部分250。该电流引导电路部分250包括匹配的电流分离晶体管的两个组252和254。该晶体管组252和254包括：晶体管252a和254a，共有在它们各自基极上的第一(例如，负)共同偏置；和晶体管252b和254b，具有在它们各自基极上的另一相反(或正的)共同偏置。在VGA电流引导电路中通常将这些偏置用于调整放大电路的操作。将晶体管252b和254b的各个集电极用于定义第二平衡电流引导电路部分270的馈流节点260和262。
可用在第一平衡电流引导电路部分250中所示的实施和操作的类似方式，实施该第二平衡电流引导电路部分270，来进一步衰减在节点260和262上提供的该衰减的差分电流驱动信号。因此，将该差分电流驱动信号供给匹配的电流分离晶体管的两组272和274的每一组的连接发射极。正如在第一平衡电流引导电路部分250所表示和描述的那样，晶体管组272和274的每组具有在它们的各自基极上的共同偏置。也可与第一平衡电流引导电路部分250的晶体管基极偏置一起使用这些晶体管基极偏置，以便对该衰减电路200进行任何有用的调整。
在一个特定的VGA应用示例中，实施了上面的一个或多个实施方案。来实现响应大约2.3伏控制电压变化的从-70dB-0dB之上的线性动态范围扩展，而没有通常不可接受的功耗增加。这些是对通常VGA电路的操作的显著改善。
因此，本发明针对电流引导电路装置和信号处理方法，用于实现在动态范围，线性和功耗方面的明显改善。上面只是通过举例说明给出了各种实施方案，而不是对本发明的限制。本领域的技术人员将容易理解，在不严格遵从这里所示和所述的示例性方案和应用的情况下，可对本发明做出许多修改和变化。例如，可将图2中所示的特定电流引导电路以许多方式改变，例如，遵从通过参考引用的上述背景部分的电流引导装置的各个方面，和Gilbert单元的各种其它形式。本发明的范围由下面的权利要求书描述。