專利名稱：可編程增益放大器的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法與相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可編程增益放大器(programmable gain amplifier, PGA)
的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法與相關(guān)裝置，且特別涉及一種利用內(nèi)部可變補(bǔ)償電容使得在 不同增益時(shí)具有相同頻寬的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法與相關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
請參照圖1，其為公知可編程增益放大器示意圖。 一般來說，可編程增 益放大器包括運(yùn)算放大器(operational amplifier,簡稱OP)20、反饋電阻(Rf)、 與電阻(Rs)。輸入信號(hào)(Vs)經(jīng)過該電阻(Rs)輸入運(yùn)算放大器20的負(fù)極輸入端， 運(yùn)算放大器20的正極輸入端連接至接地端，而運(yùn)算放大器20的輸出端(Vo) 與運(yùn)算放大器20的負(fù)極輸入端之間連接反饋電阻(Rf)。由于圖1的可編程增 益放大器屬于并反饋放大器(Shunt-Shunt feedback amplifier),而(3為反饋因 子(Feedback Factor)。在該運(yùn)算放大器的開環(huán)增益(open-loop gain)為A(s)之 下，其環(huán)路增益(loop gain)為^W.;5，而該可編程增益放大器的閉環(huán)增益
(closed-loop gain)為AO) = ~~~ 。
、 P& , /、乂i +雄).yj
同理，請參照圖2，其為公知差動(dòng)式(differential)可編程增益放大器示意 圖。相比于圖1的可編程增益放大器，圖2的差動(dòng)式可編程增益放大器具有 較高的共模抑制比(common-mode rejection ratio, CMRR)，因此具備較佳的 抗共模噪聲的能力。差動(dòng)式可編程增益放大器包括差動(dòng)運(yùn)算放大器40、 二相 同數(shù)值的反饋電阻(Rf)與二相同數(shù)值的電阻(Rs)。輸入信號(hào)(Vs)—端經(jīng)過電阻 (Rs)輸入差動(dòng)運(yùn)算放大器40的正極輸入端，輸入信號(hào)(Vs)的另一端經(jīng)過另一電阻(Rs)輸入差動(dòng)運(yùn)算放大器40的負(fù)極輸入端，差動(dòng)運(yùn)算放大器40的負(fù)極 輸出端與差動(dòng)運(yùn)算放大器40的正極輸入端之間連接反饋電阻(Rf)，差動(dòng)運(yùn)算 放大器40的正極輸出端與差動(dòng)運(yùn)算放大器40的負(fù)極輸入端之間連接另一個(gè) 反饋電阻(Rf)，差動(dòng)運(yùn)算放大器40的正極輸出端與差動(dòng)運(yùn)算放大器40的負(fù) 極輸出端之間即為差動(dòng)運(yùn)算放大器40的輸出信號(hào)(Vo)。同理，在該運(yùn)算放大 器的開環(huán)增益為A(s)之下，其環(huán)路增益為A"^，而該可編程增益放大器的
閉環(huán)增益也為4W^ 1;， 。， P為反饋因子。
1 +雄).yff
因此，上述的可編程增益放大器均可利用調(diào)整反饋因子(P)的數(shù)值即可以 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整增益的目的，而一般來說，調(diào)整反饋因子(P)的數(shù)值均是利用調(diào)
整反饋電阻(Rf)的電阻值來實(shí)現(xiàn)。
請參照圖3，其所繪示為利用伯德圖(Bodeplot)表示運(yùn)算放大器的開環(huán)增
益A(s)與環(huán)路增益A"."之間的關(guān)系。假設(shè)4力=-^-，其中，
3、 co2、 ffh稱為極點(diǎn)頻率(pole frequency),且a)3〉02〉o)i;而相位(phase)即為
如圖可知，開環(huán)增益A(s)的伯德圖為水平的GO直線，而于cd頻率時(shí)， 增益值會(huì)以-20dB/十倍(dB/decade)的斜率下降；于co2頻率時(shí)，增益值會(huì)以 -40dB/十倍的斜率下降；同理，于o)3頻率時(shí)，增益值會(huì)以-60dB/十倍(dB/decade) 的斜率下降。由于w為截止頻率(cut-off frequency),因此，開環(huán)增益A(s)的 頻寬即為oh。
再者，當(dāng)反饋因子(P)的數(shù)值為Pi時(shí)，環(huán)路增益J(+A可視為水平的G1 直線，而于cox頻率時(shí)，增益值會(huì)以-20dB/十倍的斜率下降，因此cox為截止 頻率，使得環(huán)路增益^W.A的頻寬即為wx。當(dāng)反饋因子(P)的數(shù)值為{32時(shí)， 環(huán)路增益」W.A可視為水平的G2直線，而于(Dy頻率時(shí)，增益值會(huì)以-20dB/十倍的斜率下降，因此COy為截止頻率，使得環(huán)路增益」W.A的頻寬即為G)y。由圖3可知，當(dāng)公知可編程增益放大器改變反饋因子((3)來改變增益值的大小時(shí)，相對地，公知可編程增益放大器的頻寬也會(huì)隨之改變。也就是，當(dāng)可編程增益放大器的增益值提高時(shí)，可編程增益放大器的頻寬會(huì)變窄；相反 地，當(dāng)可編程增益放大器的增益值降低時(shí)，可編程增益放大器的頻寬會(huì)變寬。 然而，運(yùn)用于數(shù)字視頻調(diào)諧系統(tǒng)(digital video tuner system)中的可編程增 益放大器，必須針對不同的增益值提供相同的頻寬，使得所有頻道的信號(hào)均 不會(huì)因?yàn)樵鲆嬷荡笮〉母淖兪沟媚承┨囟l道的信號(hào)會(huì)被衰減。因此，如何 改進(jìn)上述缺陷，設(shè)計(jì)頻寬不會(huì)隨著增益值大小的改變的可編程增益放大器則 為本發(fā)明最主要的目的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供可編程增益放大器的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法與相關(guān)裝置， 使得可編程增益放大器的頻寬不會(huì)隨著增益值大小而改變。因此，本發(fā)明提出一種可編程增益放大器，包括運(yùn)算放大器與多個(gè)電 阻相互連接，使得該運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)閉反饋控制且具有閉環(huán)增益為，)"，1 。;其中，P為反饋因子，該反饋因子可以根據(jù)所述多個(gè)電阻的電阻值來決定，且A(S)為該運(yùn)算放大器的開環(huán)增益，且該運(yùn)算放大器包括 第一級(jí)放大電路與第二級(jí)放大電路，且可變補(bǔ)償電容提供于該第一級(jí)放大電 路的輸出端與該第二級(jí)放大電路的輸出端之間使得該運(yùn)算放大器的該開環(huán) 增益的主極點(diǎn)可受控于該可變補(bǔ)償電容的電容值。根據(jù)上述方案，所述多個(gè)電阻包括第一電阻與反饋電阻，且該運(yùn)算放大 器具有正極輸入端、負(fù)極輸入端、與輸出端，使得輸入信號(hào)經(jīng)過該第一電阻 輸入至該運(yùn)算放大器的該負(fù)極輸入端，該運(yùn)算放大器的該正極輸入端連接至 接地端，而該運(yùn)算放大器的輸出端與該運(yùn)算放大器的該負(fù)極輸入端之間連接該反饋電阻。第一電阻的電阻值為Rs且反饋電阻的電阻值為Rf，使得該反 饋因子P=Rs/(Rs+Rf);其中，該反饋電阻為可變電阻用以改變該反饋因子。根據(jù)上述方案，該可編程增益放大器于該反饋因子為卩,時(shí)于該運(yùn)算放大 器中提供Cel電容值的該可變補(bǔ)償電容且該可編程增益放大器于該反饋因子 為卩2時(shí)于該運(yùn)算放大器中提供Ce2電容值的該可變補(bǔ)償電容，可使得該可編 程增益放大器具有相同的頻寬；且0<(32<^<1， Cel<Cc2。根據(jù)上述方案，所述多個(gè)電阻包括二相同電阻值的反饋電阻、與二相同 電阻值的第二電阻，且該運(yùn)算放大器具有正極輸入端、負(fù)極輸入端、正極輸 出端、與負(fù)極輸出端，使得輸入信號(hào)一端經(jīng)過第二電阻輸入該運(yùn)算放大器的 該正極輸入端，該輸入信號(hào)的另一端經(jīng)過另一第二電阻輸入該運(yùn)算放大器的 該負(fù)極輸入端，該運(yùn)算放大器的該負(fù)極輸出端與該運(yùn)算放大器的該正極輸入 端之間連接反饋電阻，該運(yùn)算放大器的該正極輸出端與該運(yùn)算放大器的該負(fù) 極輸入端之間連接另一反饋電阻，且該運(yùn)算放大器的該正極輸出端與該差動(dòng) 運(yùn)算放大器的該負(fù)極輸出端之間即可輸出該運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)。第二電 阻的電阻值為Rs且該反饋電阻的電阻值為Rf，使得該反饋因子 P=RS/(Rs+Rf);其中，該反饋電阻為可變電阻用以改變該反饋因子。本發(fā)明還提出一種可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，包括第一級(jí)放大電路，該 第一級(jí)放大電路具有正極輸入端、負(fù)極輸入端、與第一級(jí)輸出端；第二級(jí)放 大電路，該第二級(jí)放大電路具有第二級(jí)輸入端、與第二級(jí)輸出端；以及，可 變補(bǔ)償電容連接于該第一級(jí)放大電路的該第一級(jí)輸出端與該第二級(jí)放大電 路的該第二級(jí)輸出端之間使得該運(yùn)算放大器的該開環(huán)增益的主極點(diǎn)可受控 于該可變補(bǔ)償電容的電容值。如上所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容為切換電容庫。如上所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該切換電容庫包含多個(gè)電容受控路徑，每一個(gè)電容受控路徑包含電容器與開關(guān)晶體管，經(jīng)過該開關(guān)晶體管 的開關(guān)控制端以選擇性地控制電容受控路徑的連接或不連接。如上所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容耦接于該第一 級(jí)放大電路的該第一級(jí)輸出端與該第二級(jí)放大電路的該第二級(jí)輸出端之間。如上所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容為場效應(yīng)晶體 管，該場效應(yīng)晶體管具有柵極、漏極與源極，該漏極與該源極相互連接并連 接至電壓控制端，而該柵極耦接于該第一級(jí)放大電路的該第一級(jí)輸出端。如上所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容為變?nèi)荻O管。本發(fā)明還提出一種可編程增益放大器的補(bǔ)償方法，該可編程增益放大器具有閉環(huán)增益為^(力=。，且p為反饋因子，A(s)開環(huán)增益，且開環(huán)增益的極點(diǎn)可以利用可變補(bǔ)償電容來調(diào)整，該方法包括下列步驟于該反饋 因子為l^時(shí)，提供Cd電容值的該可變補(bǔ)償電容；于該反饋因子為卩2時(shí)，提 供Cc2電容值的該可變補(bǔ)償電容；以及，其中，(KP^P卜1，且Ce一Cc2用以 使得該可編程增益放大器具有相同的頻寬。根據(jù)上述方案，該可編程增益放大器包括運(yùn)算放大器與多個(gè)電阻相互 連接，且該開環(huán)增益為該運(yùn)算放大器的開環(huán)增益，且該運(yùn)算放大器包括第一 級(jí)放大電路與第二級(jí)放大電路，且該可變補(bǔ)償電容連接于該第一級(jí)放大電路 的輸出端與該第二級(jí)放大電路的輸出端之間。反饋因子可以根據(jù)所述多個(gè)電 阻的電阻值來決定且該運(yùn)算放大器為差動(dòng)運(yùn)算放大器。因此，本發(fā)明利用改變可變補(bǔ)償電容的等效電容值即可以調(diào)整運(yùn)算放大 器的頻寬。更進(jìn)一步地，利用多個(gè)電阻連接而成負(fù)反饋的可編程增益放大器， 即可根據(jù)反饋因子的大小來動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)算放大器的極點(diǎn)實(shí)現(xiàn)在不同增益時(shí) 具有相同的頻寬的效果。為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，但是附圖僅提供參考與說明，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1為公知可編程增益放大器示意圖。圖2為公知差動(dòng)式可編程增益放大器示意圖。圖3所繪示為利用伯德圖表示運(yùn)算放大器的開環(huán)增益A(s)與環(huán)路增益 A力^之間的關(guān)系。圖4為二級(jí)式互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體運(yùn)算放大器電路圖。圖5所繪示為二級(jí)式互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體運(yùn)算放大器的小信號(hào)模型。圖6A及圖6B為本發(fā)明可編程增益放大器示意圖。圖7為本發(fā)明另一可編程增益放大器示意圖。圖8為根據(jù)不同反饋因子(P)調(diào)整可編程增益放大器頻寬示意圖。圖9為根據(jù)不同反饋因子調(diào)整可編程增益放大器頻寬示意圖。圖IOA、圖IOB及圖IOC為本發(fā)明各種可變補(bǔ)償電容示意圖。圖11所繪示為雙級(jí)結(jié)晶體管所組成的運(yùn)算放大器。并且，上述附圖中的各附圖標(biāo)記說明如下20 運(yùn)算放大器40 差動(dòng)運(yùn)算放大器100可變補(bǔ)償電容101可變補(bǔ)償電容120可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器140可調(diào)極點(diǎn)的差動(dòng)運(yùn)算放大器170切換電容庫172a、 172b、 172c 電容器174a、174b、 174c 開關(guān)晶體管180變?nèi)輪卧?82場效應(yīng)晶體管賜電壓控制端l卯變?nèi)輪卧?92變?nèi)荻O管196電壓控制端300第一級(jí)放大電路310第二級(jí)放大電路具體實(shí)施方式
請參照圖4,其為二級(jí)式(two-stage)互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體 (complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)運(yùn)算方夂大器電路圖。晶體 管Q8與Q5所形成的電流鏡(current mirror)提供第一級(jí)放大電路的偏壓電流 (bias current);而晶體管Q8與Q7所形成的電流鏡則提供第二級(jí)放大電路的 偏壓電流。而第一級(jí)放大電路是由晶體管Q1、 Q2的差動(dòng)對(differential pair) 以及晶體管Q3、 Q4的動(dòng)態(tài)負(fù)載(activeload)所組成，而晶體管Q3、 Q4形成 電流鏡。第二級(jí)放大電路包含晶體管Q6的共源極放大器(common-source amplifier)以及晶體管Q7的動(dòng)態(tài)負(fù)載。第一級(jí)放大電路的輸出端(節(jié)點(diǎn)a)連接 至第二級(jí)放大電路的輸入端(晶體管Q6柵極)。因此，晶體管Q1、 Q2即為運(yùn) 算放大器的二個(gè)輸入端，晶體管Q6的漏極(節(jié)點(diǎn)b)即為第二級(jí)放大器的輸出 端，也是運(yùn)算放大器的輸出端(Vo)。而為了要讓此運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)穩(wěn) 定，第二級(jí)放大電路的輸出端與第一級(jí)放大電路的輸出端之間會(huì)連接固定電 容值的反饋電容(feedback capacitance)Cc，用以提供該運(yùn)算放大器一個(gè)較低的 極點(diǎn)頻率用以調(diào)整運(yùn)算放大器的頻寬。再者，晶體管Q2的轉(zhuǎn)導(dǎo)值(transconductance)為^, <formula>formula see original document page 13</formula> ，輸電阻(output resistance) ;2=1^。其中，^為空穴遷移率(hole mobility) 、 COT為氧化層電容(oxide capacitance)、 (&)為晶體管Q2的長寬比(aspect ratio)、 /D2為晶體管Q2的漏極直流電流、|^|是由MOSFET參數(shù)X求得(巳=1")。同理，晶體管Q6的轉(zhuǎn)導(dǎo)值為^與輸出電阻^也可以用相同的方式求出。請參照圖5，其所繪示為二級(jí)式互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體運(yùn)算放大器的 小信號(hào)模型(small signal modd)。第一級(jí)放大電路包括差動(dòng)信號(hào)(Vid)輸入端、 與并聯(lián)于節(jié)點(diǎn)(node)a與接地端之間的第一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(gm2Vjd)、第一電阻(Rl)、與第一電容(C1)。其中，第一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(g^Vid)可產(chǎn)生該差動(dòng)信號(hào)(Vid)乘以晶體管Q2轉(zhuǎn)導(dǎo)值(g^)的電流源；第一電阻(R1)的電阻值等于并聯(lián)的晶 體管Q2與Q4輸出電阻(r。2/Zr。4)，第一電容(C1)的電容值為第一級(jí)與第二級(jí) 放大電路之間的接口等效電容值，而節(jié)點(diǎn)a為第一級(jí)放大電路的輸出端，且 節(jié)點(diǎn)a與接地端之間的電壓信號(hào)(Vi2)即為第一級(jí)放大電路的輸出電壓。再者， 第二級(jí)放大電路包括并聯(lián)于節(jié)點(diǎn)b與接地端的第二轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(g^Vi2)、第二電阻(R2)、與第二電容(C2)。其中，第二轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(gm6Vi2)可產(chǎn)生該第一級(jí) 放大電路的輸出電壓(Vi2)乘以晶體管Q6轉(zhuǎn)導(dǎo)值(gm6)的電流源;第二電阻(R2)的電阻值等于并聯(lián)的晶體管Q6與Q7輸出電阻(r。6^r。7)，第二電容(C2)的電 容值為運(yùn)算放大器輸出端上的等效電容值，而節(jié)點(diǎn)b為第二級(jí)放大電路的輸 出端也是運(yùn)算放大器的輸出端，且節(jié)點(diǎn)b與接地端之間的電壓信號(hào)(V。)即為 第二級(jí)放大電路的輸出電壓。再者，反饋電容(Cc)連接于第一級(jí)放大電路的 輸出端(a)與第二級(jí)放大電路的輸出端(b)之間。根據(jù)圖5的二級(jí)式互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體運(yùn)算放大器的小信號(hào)模型， 可以計(jì)算出該運(yùn)算放大器的開環(huán)增益A(s)至少具有二個(gè)極點(diǎn)。也就是， 丄與 d2)， M 湯hp2國點(diǎn)、(dominant-pole)。很明顯地，由于公知運(yùn)算放大器內(nèi)的反饋電容器的電容值 為固定，因此，公知運(yùn)算放大器的開環(huán)增益中的多個(gè)極點(diǎn)固定且無法變更。根據(jù)copl的方程式可知，調(diào)整反饋電容(Cc)的電容值可以改變運(yùn)算放大 器的主極點(diǎn)，也就是改變運(yùn)算放大器的頻寬。也就是說，增加反饋電容(Cc) 的電容值時(shí)即可降低QV并減少運(yùn)算放大器的頻寬，反之，減少反饋電容(Cc) 的電容值時(shí)即可增加a^并增加運(yùn)算放大器的頻寬。本發(fā)明利用于運(yùn)算放大 器中加入可變補(bǔ)償電容用以動(dòng)態(tài)地調(diào)整運(yùn)算放大器的頻寬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可編程 增益放大器在不同增益時(shí)均具有實(shí)質(zhì)相同頻寬的目的。請參照圖6A，其為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器示意圖， 第一級(jí)放大電路輸出端(a)與第二級(jí)放大電路輸出端(b)之間提供可變補(bǔ)償電 容(variable feedback capacitance) 100，用以更改該可變補(bǔ)償電容100的等效電 容值，使得運(yùn)算放大器開環(huán)增益A(s)的極點(diǎn)可以調(diào)整。將本發(fā)明可調(diào)整開環(huán) 增益A(s)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器運(yùn)用于可編程增益放大器，根據(jù)增益放大器的反 饋因子(P)來調(diào)整可變補(bǔ)償電容100所提供的等效電容值，以實(shí)現(xiàn)可編程增益 放大器在不同增益時(shí)具有實(shí)質(zhì)相同的頻寬的效果。請參照圖6B，其為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可調(diào)極點(diǎn)的單端運(yùn)算放大器 示意圖，原理大致與圖6A相似，適合于單端輸出的應(yīng)用，于第一級(jí)放大電 路輸出端(a)提供可變補(bǔ)償電容101，而利用控制電壓(V^)可改變可變補(bǔ)償電 容101所提供的等效電容值，使得運(yùn)算放大器開環(huán)增益A(s)的極點(diǎn)可以調(diào)整， 主極點(diǎn)位置調(diào)整量的多少可以于電路設(shè)計(jì)階段通過電路仿真(simulation)實(shí) 現(xiàn)。請參照圖7，其為本發(fā)明可編程增益放大器示意圖?？删幊淘鲆娣糯笃?包括可調(diào)開環(huán)增益A(s)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器120、反饋電阻(Rf)、與電阻(Rs)。 假設(shè)(K(3^PrCl，公知的運(yùn)算放大器由于開環(huán)增益A(s)無法變更，可編程增益放大器于反饋因子(P)為|32時(shí)具有較大的頻寬，而可編程增益放大器于反饋因子(P)為(3,時(shí)具有較小的頻寬。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)反饋因子((3)為^時(shí)可編程增益放大器具有較高的增益，此時(shí)，改變可變補(bǔ)償電容來調(diào)整運(yùn)算放大器120的開環(huán)增益A(s)使之具有頻率較高的極點(diǎn)，也就是通過提供可變 補(bǔ)償電容提供較低的等效電容值，使得可編程增益放大器的頻寬增加。同理， 當(dāng)反饋因子((3)為p2時(shí)可編程增益放大器具有較低的增益，此時(shí)，利用調(diào)整 運(yùn)算放大器120的開環(huán)增益A(s)使之具有頻率較低的極點(diǎn)，也就是通過提供 可變補(bǔ)償電容提供較高的等效電容值，使得可編程增益放大器的頻寬增加。請參照圖8，其為本發(fā)明另一實(shí)施例的可編程增益放大器示意圖?？删?程增益放大器包括可調(diào)開環(huán)增益A(s)極點(diǎn)的差動(dòng)運(yùn)算放大器140、反饋電阻 (Rf)、與電阻(Rs)。假設(shè)0〈(3^13^1，公知的差動(dòng)運(yùn)算放大器由于開環(huán)增益 A(s)無法變更，可編程增益放大器于反饋因子(|3)為|32時(shí)具有較大的頻寬，而 可編程增益放大器于反饋因子((3)為P,時(shí)具有較小的頻寬。于此實(shí)施例中， 當(dāng)反饋因子(P)為Pt時(shí)可編程增益放大器具有較高的增益，此時(shí)，改變可變 補(bǔ)償電容來調(diào)整運(yùn)算放大器120的開環(huán)增益A(s)使之具有頻率較高的極點(diǎn)， 也就是通過提供可變補(bǔ)償電容提供較低的等效電容值，使得可編程增益放大 器的頻寬增加。同理，當(dāng)反饋因子①)為卩2時(shí)可編程增益放大器具有較低的 增益，此時(shí)，利用調(diào)整運(yùn)算放大器140的開環(huán)增益A(s)使之具有頻率較低 的極點(diǎn)，也就是通過提供可變補(bǔ)償電容提供較高的等效電容值，使得可編程 增益放大器的頻寬增加。請參照圖9，其為根據(jù)不同反饋因子(P)調(diào)整可編程增益放大器頻寬示意 圖。假設(shè)可編程增益放大器的運(yùn)算放大器中的可變補(bǔ)償電容的電容值為(Cd) 時(shí)開環(huán)增益為A^)且主極點(diǎn)為o)pp因此，利用伯德圖可以獲得運(yùn)算放大器 的開環(huán)增益Ai(s)。假設(shè)該可編程增益放大器需要維持在固定頻寬coz，因此，當(dāng)該可編程增益放大器的反饋因子(p)調(diào)整為(3i時(shí)，可編程增益放大器的增益為Gl且頻寬 為ov此時(shí)必須調(diào)高運(yùn)算放大器的開環(huán)增益的主極點(diǎn)，使得運(yùn)算放大器的開環(huán)增益為A2(S)其主極點(diǎn)由0^增加至C0p2，而此時(shí)可編程增益放大器的頻寬 即可由0^改變至COz。也就是說，運(yùn)算放大器的可變補(bǔ)償電容的電容值由C^減少至ce2。再者，當(dāng)該可編程增益放大器的反饋因子((3)調(diào)整為|32時(shí)((XP^(3^1)， 可編程增益放大器的增益為G2頻寬為ay此時(shí)必須減少運(yùn)算放大器的開環(huán) 增益的主極點(diǎn)，使得運(yùn)算放大器的開環(huán)增益為A"s)其主極點(diǎn)由cop"咸少至C0p3，而此時(shí)可編程增益放大器的頻寬即可由O)y改變至QV也就是說，運(yùn)算 放大器的可變補(bǔ)償電容的電容值由Cd增加至Cc3。請參照圖10A，其為本發(fā)明可變補(bǔ)償電容示意圖，可以應(yīng)用于圖6A的 可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器?？勺冄a(bǔ)償電容可為切換電容庫(switching capacitance bank)。切換電容庫170于節(jié)點(diǎn)c與節(jié)點(diǎn)d之間包含多個(gè)電容受控路徑，每一 個(gè)電容受控路徑均包含電容器172a (172b、 172c)、開關(guān)晶體管174a (174b、 174c)串接于節(jié)點(diǎn)c與節(jié)點(diǎn)d之間。經(jīng)過開關(guān)晶體管174a的開關(guān)控制端(Gate) 的控制，每一個(gè)電容受控路徑均可以選擇性地實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)c與節(jié)點(diǎn)d之間的連 接或不連接。當(dāng)電容受控路徑連接于節(jié)點(diǎn)c與節(jié)點(diǎn)d之間時(shí)，可變補(bǔ)償電容 的等效電容值就會(huì)增加；同理，當(dāng)電容受控路徑不連接于節(jié)點(diǎn)c與節(jié)點(diǎn)d之 間時(shí)，可變的電容器的等效電容值就會(huì)減少。請參照圖10B，其為本發(fā)明可變補(bǔ)償電容的示意圖，可以應(yīng)用于圖6B 的可調(diào)極點(diǎn)的單端運(yùn)算放大器?？勺冄a(bǔ)償電容可為變?nèi)輪卧?Varactor Unit)180，該變?nèi)輪卧?80包含漏極與源極相互連接的場效應(yīng)晶體管182，場 效應(yīng)晶體管182的漏極則連接至電壓控制端186。當(dāng)電壓控制端186的輸入 電壓改變時(shí)，場效應(yīng)晶體管182漏極與柵極之間電壓差的改變會(huì)導(dǎo)致場效應(yīng) 晶體管182的電容值改變。因此，利用電壓控制端186的輸入電壓改變，即可實(shí)現(xiàn)改變可變電容的等效電容值的目的。請參照圖10C，其為本發(fā)明可變補(bǔ)償電容的另一示意圖，可以應(yīng)用于圖 6B的可調(diào)極點(diǎn)的單端運(yùn)算放大器，變?nèi)輪卧?90包含變?nèi)荻O管(Varicap Diode) 192，而變?nèi)荻O管192的陽極(Anode)連接至節(jié)點(diǎn)c，變?nèi)荻O管192 的陰極(Cathode)則連接至電壓控制端196。當(dāng)電壓控制端196的輸入電壓改 變時(shí)，變?nèi)荻O管192陽極與陰極之間電壓差的改變會(huì)導(dǎo)致變?nèi)荻O管192 的電容值改變。因此，利用電壓控制端196的輸入電壓改變，即可實(shí)現(xiàn)改變 可變補(bǔ)償電容的等效電容值的目的。再者，本發(fā)明除了可以利用更改二級(jí)式互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體運(yùn)算放 大器的反饋電容來調(diào)整運(yùn)算放大器的頻寬之外。利用相同的原理也可以運(yùn)用 至雙級(jí)結(jié)晶體管(bipolar junction transistor, BJT)所組成的運(yùn)算放大器。請參照圖11，其所繪示為本發(fā)明雙級(jí)結(jié)晶體管所組成的運(yùn)算放大器，于 運(yùn)算放大器的第一級(jí)放大電路300輸出端(節(jié)點(diǎn)e)與第二級(jí)放大電路310輸出 端(節(jié)點(diǎn)f)之間連接可變補(bǔ)償電容(Cc)，該可變補(bǔ)償電容可為圖IOA、圖10B 及圖IOC所示的切換電容庫或者變?nèi)輪卧?；利用改變可變補(bǔ)償電容的等效電 容值即可以調(diào)整運(yùn)算放大器的頻寬。更進(jìn)一步地，利用多個(gè)電阻連接而成負(fù) 反饋的可編程增益放大器，即可根據(jù)反饋因子(P)的大小來動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)算放大 器的極點(diǎn)實(shí)現(xiàn)在不同增益時(shí)具有相同的頻寬的效果。綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，但是其并非用以限定 本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種 更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為 準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種可編程增益放大器，包括運(yùn)算放大器與多個(gè)電阻相互連接，使得該運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)閉反饋控制且具有閉環(huán)增益為<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>A</mi> <mi>f</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>A</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>A</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mi>&beta;</mi> </mrow></mfrac><mo>;</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S200810001712XC00011.gif" wi="149" he="41" img-content="drawing" img-format="tif"/-->其中，β為反饋因子，該反饋因子可以根據(jù)所述多個(gè)電阻的電阻值來決定，且A(s)為該運(yùn)算放大器的開環(huán)增益，且該運(yùn)算放大器包括第一級(jí)放大電路與第二級(jí)放大電路，且提供可變補(bǔ)償電容于該第一級(jí)放大電路的輸出端，使得該運(yùn)算放大器的該開環(huán)增益的主極點(diǎn)能夠受控于該可變補(bǔ)償電容的電容值。
2.權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其中，所述多個(gè)電阻包括第 一電阻與反饋電阻，且該運(yùn)算放大器具有正極輸入端、負(fù)極輸入端、與輸出 端，使得輸入信號(hào)經(jīng)過該第一電阻輸入至該運(yùn)算放大器的該負(fù)極輸入端，該 運(yùn)算放大器的該正極輸入端連接至接地端，而該運(yùn)算放大器的輸出端與該運(yùn) 算放大器的該負(fù)極輸入端之間連接該反饋電阻。
3. 如權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其中，該可編程增益放大器 于該反饋因子為^時(shí)于該運(yùn)算放大器中提供Cel電容值的該可變補(bǔ)償電容且 該可編程增益放大器于該反饋因子為^時(shí)于該運(yùn)算放大器中提供Ce2電容值 的該可變補(bǔ)償電容，使得該可編程增益放大器具有實(shí)質(zhì)相同的頻寬；且<formula>formula see original document page 2</formula>
4. 如權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其中該可變補(bǔ)償電容為切換 電容庫。
5. 如權(quán)利要求4所述的可編程增益放大器，其中該切換電容庫耦接于該 第一級(jí)放大電路的輸出端與該第二級(jí)放大電路的輸出端之間。
6. 如權(quán)利要求4所述的可編程增益放大器，其中該切換電容庫包含多個(gè) 電容受控路徑，每一個(gè)電容受控路徑包含電容器與開關(guān)晶體管，經(jīng)過該開關(guān)晶體管的開關(guān)控制端以選擇性地控制電容受控路徑的連接或不連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其中該可變補(bǔ)償電容為變?nèi)輪卧?br> 8. 如權(quán)利要求7所述的可編程增益放大器，其中該變?nèi)輪卧獮閳鲂?yīng)晶 體管，該場效應(yīng)晶體管具有柵極、漏極與源極，該漏極與該源極相互連接并 連接至電壓控制端，而該柵極耦接于該第一級(jí)放大電路的輸出端。
9. 如權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其中該可變補(bǔ)償電容為變?nèi)?二極管。
10. 如權(quán)利要求9所述的可編程增益放大器，其中該變?nèi)荻O管具有陽 極與陰極，該陽極連接至該第一級(jí)放大電路的輸出端，該陰極則連接至電壓 控制端。
11. 如權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其中，所述多個(gè)電阻包括 二相同電阻值的反饋電阻、與二相同電阻值的第二電阻，且該運(yùn)算放大器具 有正極輸入端、負(fù)極輸入端、正極輸出端、與負(fù)極輸出端，使得輸入信號(hào)一 端經(jīng)過所述多個(gè)第二電阻之一而輸入該運(yùn)算放大器的該正極輸入端，該輸入 信號(hào)的另一端經(jīng)過所述多個(gè)第二電阻的另一者而輸入該運(yùn)算放大器的該負(fù) 極輸入端，該運(yùn)算放大器的該負(fù)極輸出端與該運(yùn)算放大器的該正極輸入端之 間連接所述多個(gè)反饋電阻之一，該運(yùn)算放大器的該正極輸出端與該運(yùn)算放大 器的該負(fù)極輸入端之間連接所述多個(gè)反饋電阻的另一者，且該運(yùn)算放大器的 該正極輸出端與該運(yùn)算放大器的該負(fù)極輸出端之間輸出該運(yùn)算放大器的輸 出信號(hào)。
12. —種可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，包括第一級(jí)放大電路，該第一級(jí)放大電路具有正極輸入端、負(fù)極輸入端、與 第一級(jí)輸出端；第二級(jí)放大電路，該第二級(jí)放大電路具有第二級(jí)輸入端、與第二級(jí)輸出端；以及可變補(bǔ)償電容，提供于該第一級(jí)放大電路的該第一級(jí)輸出端，使得該運(yùn) 算放大器的該開環(huán)增益的主極點(diǎn)能夠受控于該可變補(bǔ)償電容的電容值。
13. 如權(quán)利要求12所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容 為切換電容庫。
14. 如權(quán)利要求13所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該切換電容庫包 含多個(gè)電容受控路徑，每一個(gè)電容受控路徑包含電容器與開關(guān)晶體管，經(jīng)過 該開關(guān)晶體管的開關(guān)控制端以選擇性地控制電容受控路徑的連接或不連接。
15. 如權(quán)利要求12所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容 耦接于該第一級(jí)放大電路的該第一級(jí)輸出端與該第二級(jí)放大電路的該第二 級(jí)輸出端之間。
16. 如權(quán)利要求12所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容 為場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管具有柵極、漏極與源極，該漏極與該源極 相互連接并連接至電壓控制端，而該柵極耦接于該第一級(jí)放大電路的該第一 級(jí)輸出端。
17. 如權(quán)利要求12所述的可調(diào)極點(diǎn)的運(yùn)算放大器，其中該可變補(bǔ)償電容 為變?nèi)荻O管。
18. —種可編程增益放大器的補(bǔ)償方法，該可編程增益放大器具有閉環(huán) 增益為4W^ ，！。，且P為反饋因子，A(s)為開環(huán)增益，且該開環(huán)增益的的極點(diǎn)可以利用可變補(bǔ)償電容來調(diào)整，該方法包括下列步驟 于該反饋因子為^時(shí)，提供Cel電容值的該可變補(bǔ)償電容； 于該反饋因子為P2時(shí)，提供Ce2電容值的該可變補(bǔ)償電容；以及 其中，0〈p,p-l，且Ce^Ce2用以使得該可編程增益放大器具有實(shí)質(zhì)相同的頻寬。
19. 如權(quán)利要求18所述的可編程增益放大器的補(bǔ)償方法，其中可編程增益放大器包括-運(yùn)算放大器與多個(gè)電阻相互連接，且該開環(huán)增益為該運(yùn)算放大器的開環(huán) 增益，且該運(yùn)算放大器包括第一級(jí)放大電路與第二級(jí)放大電路，且該可變補(bǔ) 償電容連接于該第一級(jí)放大電路的輸出端與該第二級(jí)放大電路的輸出端之 間。
20. 如權(quán)利要求18所述的可編程增益放大器的補(bǔ)償方法，其中，該反饋 因子可以根據(jù)所述多個(gè)電阻的電阻值來決定。
21. 如權(quán)利要求18所述的可編程增益放大器的補(bǔ)償方法，其中，該運(yùn)算 放大器為差動(dòng)運(yùn)算放大器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可編程增益放大器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法與相關(guān)裝置。該可編程增益放大器包括運(yùn)算放大器與多個(gè)電阻相互連接，使得該運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)閉反饋控制且具有閉環(huán)增益為右式；其中，β為反饋因子，該反饋因子可以由所述多個(gè)電阻的電阻值來決定，且A(s)為該運(yùn)算放大器的開環(huán)增益，且該運(yùn)算放大器包括第一級(jí)放大電路與第二級(jí)放大電路，且可變補(bǔ)償電容提供于該第一級(jí)放大電路的輸出端與該第二級(jí)放大電路的輸出端之間使得該運(yùn)算放大器的該開環(huán)增益的主極點(diǎn)可以隨著該可變補(bǔ)償電容的電容值改變而改變。本發(fā)明利用改變可變補(bǔ)償電容的等效電容值即可以調(diào)整運(yùn)算放大器的頻寬。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101222209SQ20081000171
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月2日
發(fā)明者林珩之 申請人:晨星半導(dǎo)體股份有限公司