高線性度CMOS調(diào)幅電路技術介紹

引言

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

線性化壓控源耦對是本設計電路的核心單元，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。設計中采用有源衰減對輸入信號衰減后再作為線性化壓控源耦對輸入信號，提高了線性輸入范圍，同時也保證了高線性度。另外，還使用比例減法運算電路的倍增功能，將兩端輸出轉化為單端輸出，在滿足輸出幅值要求時，可以進一步提高輸出與輸入的線性關系的精度。

模擬信號的幅值調(diào)制在模擬信號處理中應用非常廣泛，為了實現(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為核心結構，實現(xiàn)了CMOS四相限模擬乘法器。電路基本結構和工作原理如圖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的二級效應。則有：

式相減：

其中vd=VGS1-VGS2

若存在另外一組同樣結構的電路，設這兩組電流輸出分別為IO1和 系：IO2，Vb節(jié)點共用，即Vb1=Vb2，讓其構成減法電路，則：

Vc2、Vd和兩個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，這樣就實現(xiàn)了模擬信號相乘的運算。

有源衰減器和偏置電路

圖2為有源衰減器電路，該結構左右對稱，其輸入電壓Vx和輸出電壓V1均為平衡差動信號，其中M10和M12、M11和M13構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，主要完成信號的傳輸以及電平位移，并提供負載合適的偏置。

設M10、M11工作處于線性區(qū)，M12、M13工作在飽和區(qū)。忽略二級效應溝道調(diào)制和體效應，經(jīng)公式推導，輸出信號和輸人信號有如下關系

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