高线性度CMOS调幅电路技术介绍

引言

本文采用±5V电源，设计出了一种以模拟乘法器为核心电路的输出信号与控制电压成高线性度的电路，并且实现了单端控制和单端输出。它在锁相环、自动增益控制、正弦脉宽调制(SPWM)、模拟运算等方面有着很好的使用和参考价值。

线性化压控源耦对是本设计电路的核心单元，要保证该电路处于正常工作状态，要求线性输入范围较小，约100mV～200mV。设计中采用有源衰减对输入信号衰减后再作为线性化压控源耦对输入信号，提高了线性输入范围，同时也保证了高线性度。另外，还使用比例减法运算电路的倍增功能，将两端输出转化为单端输出，在满足输出幅值要求时，可以进一步提高输出与输入的线性关系的精度。

模拟信号的幅值调制在模拟信号处理中应用非常广泛，为了实现调幅的精确可控制性，

模拟乘法器

该模拟乘法器以线性化压控源耦对为核心结构，实现了CMOS四相限模拟乘法器。电路基本结构和工作原理如图1所示

假定M1～M6具有完全相同的几何尺寸和沟通参数

流源由Vbias电压偏置提供饱和电流偏置。且所有的NMOS管子都处于在饱和工作区，并忽略管子正常工作时的二级效应。则有：

式相减：

其中vd=VGS1-VGS2

若存在另外一组同样结构的电路，设这两组电流输出分别为IO1和 系：IO2，Vb节点共用，即Vb1=Vb2，让其构成减法电路，则：

Vc2、Vd和两个电压乘积的线性控制。考虑到控制的方便并保证所有管子工作在饱和区，令Vc2=0，VG2=0，则I0l-I02d=KVcVG1，这样就实现了模拟信号相乘的运算。

有源衰减器和偏置电路

图2为有源衰减器电路，该结构左右对称，其输入电压Vx和输出电压V1均为平衡差动信号，其中M10和M12、M11和M13构成两管的有源衰减器;M8和M9分别以I1和I2为电流源的源极跟随器，主要完成信号的传输以及电平位移，并提供负载合适的偏置。

设M10、M11工作处于线性区，M12、M13工作在饱和区。忽略二级效应沟道调制和体效应，经公式推导，输出信号和输人信号有如下关系

可以看出F即为衰减系数并可以通过调整M10、M12的宽长比得到合适的F值。