可變增益放大器的制造方法
【專利摘要】本公開提供放大器以及操作的相關(guān)方法。一種示例性放大器包括輸入端子、輸出端子、第一虛擬接地節(jié)點、第二虛擬接地節(jié)點、與所述輸入端子和所述輸出端子耦合的運算放大器、與所述運算放大器的輸入端耦合的電阻輸入部分以及與所述運算放大器的輸出端耦合的電阻反饋部分。所述電阻輸入部分包括與所述輸入端子和所述第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定輸入電阻器以及與所述固定輸入電阻器并聯(lián)耦合的可切換輸入電阻器區(qū)段。所述電阻反饋部分包括與所述輸出端子和所述第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定反饋電阻器以及與所述固定反饋電阻器并聯(lián)耦合的可切換反饋電阻器區(qū)段。
【專利說明】可變增益放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開一般涉及放大器，并且更具體而言，涉及可變增益放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]放大器可以增大諸如電信號的輸入信號的信號特性(例如，電流、電壓、功率、其它信號特性或其組合)。放大器的一種類型為可變增益放大器。可變增益放大器可以包括在反饋通路(從放大器輸出端至放大器輸入端)中、在輸入通路(從輸入端子至放大器輸入端)中或在這兩者中的可調(diào)電阻以實現(xiàn)變化的增益電平。雖然現(xiàn)有的放大器一般已經(jīng)足夠用于其預(yù)期的用途，但是它們還不能完全滿足所有方面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]當(dāng)與附圖一起閱讀下列詳細(xì)描述時能最佳理解本公開。需要強調(diào)的是根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)慣例，各種特征不是按比例繪制并且僅用于說明的目的。事實上，為了論述的清晰可任意增大或減小各種特征的尺寸。
[0004]圖1為根據(jù)本公開的各個方面的示例性放大器的示意電路圖。
[0005]圖2為根據(jù)本公開的各個方面的圖1的示例性放大器的一部分的示意電路圖。
[0006]示例實施方案概述
[0007]在各種實施中，示例性放大器包括輸入端子、輸出端子、第一虛擬接地節(jié)點、第二虛擬接地節(jié)點、與輸入端子和輸出端子耦合的運算放大器、與運算放大器的輸入端耦合的電阻輸入部分以及與運算放大器的輸出端耦合的電阻反饋部分。電阻輸入部分包括與輸入端子和第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定輸入電阻器以及與固定輸入電阻器并聯(lián)耦合的可切換輸入電阻器區(qū)段?？汕袚Q輸入電阻器區(qū)段包括輸入電阻器、第一輸入開關(guān)以及第二輸入開關(guān)，其中輸入電阻器與輸入端子耦合、經(jīng)由第一輸入開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點耦合并且經(jīng)由第二輸入開關(guān)與第二虛擬接地節(jié)點耦合。電阻反饋部分包括與輸出端子和第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定反饋電阻器以及與固定反饋電阻器并聯(lián)耦合的可切換反饋電阻器區(qū)段。可切換反饋電阻器區(qū)段包括反饋電阻器和反饋開關(guān)，其中反饋電阻器與輸出端子耦合并且經(jīng)由反饋開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點耦合。第一輸入開關(guān)、第二輸入開關(guān)和反饋開關(guān)可以為場效應(yīng)晶體管。放大器可以被配置使得當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)處于第二狀態(tài)時第二開關(guān)處于第一狀態(tài)，并且當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)處于所述第一狀態(tài)時第二開關(guān)處于所述第二狀態(tài)。例如，放大器還可以包括與第一輸入開關(guān)和第二輸入開關(guān)稱合的反相器。在各種實施中，固定輸入電阻器經(jīng)由第三輸入開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點耦合，并且固定反饋電阻器經(jīng)由另一反饋開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點耦合。
[0008]在各種實施中，放大器包括與第一輸入開關(guān)稱合的第一電壓控制端子、與第二開關(guān)耦合的第二電壓控制端子、與第一電壓控制端子和第二電壓控制端子耦合的電壓饋送，其中電壓饋送與輸入端子的輸入共模電壓相關(guān)聯(lián)。電壓饋送還可以與第二虛擬接地節(jié)點耦合。在各種實施中，第一虛擬接地節(jié)點與運算放大器的反相輸入端和非反相輸出端中的一個率禹合。在各種實施中，輸入端子包括與運算放大器的非反相輸入端稱合的第一輸入端子，以及與運算放大器的反相輸入端耦合的第二輸入端子。放大器還可以包括與第一輸入端子和第二輸入端子串聯(lián)耦合的第一電阻器和第二電阻器。在各種實施中，放大器還包括與在第一電阻器與第二電阻器之間的連結(jié)節(jié)點以及第二虛擬接地節(jié)點耦合的緩沖器。
[0009]在各種實施中，操作放大器的示例性方法包括設(shè)置第一開關(guān)和反饋開關(guān)的狀態(tài)以設(shè)置放大器的增益特性。該方法還可以包括基于第一開關(guān)的狀態(tài)來設(shè)置第二開關(guān)的狀態(tài)和/或基于與輸入端子相關(guān)聯(lián)的輸入共模電壓來設(shè)置第一開關(guān)和第二開關(guān)的電壓驅(qū)動電平。在各種實施中，其中固定輸入電阻器經(jīng)由第三輸入開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點耦合并且固定反饋電阻器經(jīng)由另一反饋開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點耦合，該方法還可以包括設(shè)置第三輸入開關(guān)和另一反饋開關(guān)的狀態(tài)，使得第三輸入開關(guān)和另一反饋開關(guān)在放大器的操作期間處于接通(ON)狀態(tài)。
[0010]在各種實施中，可變增益放大器包括輸入端子、輸出端子、與輸入端子和輸出端子耦合的運算放大器(其中運算放大器具有非反相輸入端、反相輸入端和輸出端)、與非反相輸入端耦合的第一虛擬接地節(jié)點、與反相輸入端耦合的第二虛擬接地節(jié)點、第三虛擬接地節(jié)點、與輸入端子和非反相輸入端稱合的第一電阻輸入部分、與輸入端子和反相輸入端率禹合的第二電阻輸入部分、與非反相輸入端和輸出端稱合的第一電阻反饋部分、與反相輸入端和輸出端耦合的第二電阻反饋部分。第一電阻輸入部分和第二電阻輸入部分每個包括與輸入端子以及第一虛擬接地節(jié)點或第二虛擬接地節(jié)點耦合的固定輸入電阻器，以及與固定輸入電阻器并聯(lián)耦合的至少一個可切換輸入電阻器區(qū)段，其中可切換輸入電阻器區(qū)段包括輸入電阻器、第一輸入開關(guān)以及第二輸入開關(guān)，其中輸入電阻器與輸入端子I禹合、經(jīng)由第一輸入開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點或第二虛擬接地節(jié)點耦合并且經(jīng)由第二輸入開關(guān)與第三虛擬接地節(jié)點耦合。第一電阻反饋部分和第二電阻反饋部分每個包括與輸出端子以及第一虛擬接地節(jié)點或第二虛擬接地節(jié)點耦合的固定反饋電阻器，以及與固定反饋電阻器并聯(lián)耦合的可切換反饋電阻器區(qū)段，其中可切換反饋電阻器區(qū)段包括反饋電阻器和反饋開關(guān)，其中反饋電阻器與輸出端子耦合并且經(jīng)由反饋開關(guān)與第一虛擬接地節(jié)點或第二虛擬接地節(jié)點耦合。
[0011]在各種實施中，輸入端子包括第一輸入端子和第二輸入端子，其中運算放大器的非反相輸入端與第一輸入端子耦合并且運算放大器的反相輸入端與第二輸入端子耦合；第一電阻反饋部分的固定輸入電阻器和輸入電阻器與第一輸入端子耦合；并且第二電阻反饋部分的固定輸入電阻器和輸入電阻器與第二輸入端子耦合。在各種實施中，輸出端子包括第一輸出端子和第二輸出端子；運算放大器的輸出端包括非反相輸出端和反相輸入端；第一電阻反饋部分與非反相輸出端和第一輸出端子耦合；并且第二電阻反饋部分與反相輸出端和第二輸出端子I禹合。
[0012]可變增益放大器還可以包括與第一輸入端子和第二輸入端子串聯(lián)耦合的第一電阻器和第二電阻器?？勺冊鲆娣糯笃鬟€可以包括與第三虛擬接地節(jié)點以及在第一電阻器與第二電阻器之間的接合節(jié)點耦合的緩沖器。在各種實施中，可變增益放大器還包括分別與第一輸入開關(guān)、第二輸入開關(guān)和反饋開關(guān)耦合的第一電壓控制端子、第二電壓控制端子和第三電壓控制端子，以及與輸入端子的輸入共模電壓相關(guān)聯(lián)的電壓電源，其中電壓電源與第一電壓控制端子、第二電壓控制端子和第三電壓控制端子耦合。電壓電源可以與第三虛擬接地節(jié)點耦合。
【具體實施方式】
[0013]下文公開提供用于實施本公開的不同特征的許多不同的實施方案或示例。下面描述部件和布置的具體示例以簡化本公開。當(dāng)然，這些僅僅是示例，并且不旨在限制。此外，本公開可在各種示例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡便和清晰的目的，并且其本身不表示在所論述的各種實施方案和/或配置之間的關(guān)系。
[0014]放大器增大諸如電信號的輸入信號的信號特性(例如，電流、電壓、功率、其它信號特性或其組合)。放大器的增益指示放大器增大功率(或從輸入端至輸出端的輸入信號的振幅)的能力。放大器的一種類型為可變增益放大器，其可以根據(jù)諸如控制電壓信號的控制信號來變化其增益。本公開提供可變增益放大器的各種實施(諸如DC耦合的可變增益放大器)，其可以減少噪聲(即使在增益減小時)、在增益改變時維持恒定的輸入阻抗和/或使失真最小化。在各種實施中，電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)使用開關(guān)(諸如晶體管)以降低放大器的噪聲同時設(shè)置增益。在各種實施中，通過配置放大器使放大器的失真不會被可變輸入共模電平惡化，使得開關(guān)的(在電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的開關(guān)的)電壓驅(qū)動從動于輸入共模電平。許多不同的實施方案具有不同的優(yōu)勢，并且任何實施方案不一定需要任何特定的優(yōu)勢。
[0015]轉(zhuǎn)到圖1，示例性放大器100的示意電路圖根據(jù)本公開的各個方面而提供。放大器100為電子裝置(包括電子電路和/或一個或多個部件)，其被配置以增大輸入電信號的信號特性(例如，電流、電壓、功率、其它信號特性或其組合)。在所描繪的實施方案中，放大器100為可變增益放大器，其可以根據(jù)一個或多個控制信號(電壓)來變化其增益。圖1為了清晰起見而被簡化，以更好地理解本公開的發(fā)明概念?？梢栽诜糯笃?00中添加附加的特征，并且可以在放大器100的其它實施方案中代替或消除下面所述的特征中的一些。
[0016]放大器100包括運算放大器102。運算放大器102被配置成放大兩個電壓輸入端之間的差。運算放大器102與輸入端子和輸出端子耦合，使得運算放大器102根據(jù)放大器100設(shè)置的增益電平來接收并且放大從輸入端子所接收的輸入信號之間的差以產(chǎn)生輸出信號(放大的信號)至輸出端子。如下面進(jìn)一步描述的，放大器100可以變化施加到輸入信號的增益。在所描繪的實施方案中，運算放大器102包括差分輸入端(非反相輸入端和反相輸入端)和差分輸出端(非反相輸出端和反相輸出端)，使得運算放大器102為全差分放大器。例如，運算放大器102與接收輸入信號105的輸入端子104耦合(特別地，運算放大器102的非反相輸入端與輸入端子104稱合)、與接收輸入信號107的輸入端子106 f禹合(特別地，運算放大器102的反相輸入端與輸入端子106耦合)、與接收輸出信號109的輸出端子108耦合(特別地，運算放大器102的反相輸出端與輸出端子108耦合)以及與接收輸出信號111的輸出端子110耦合(特別地，運算放大器102的非反相輸出端與輸出端子110耦合)。或者，運算放大器102具有單端輸出端，其中運算放大器102的輸出端與單個輸出端子I禹合。
[0017]放大器100還包括虛擬接地節(jié)點112A、虛擬接地節(jié)點112B以及虛擬接地節(jié)點114以在放大器100的操作期間維持具有最小電壓擺動的穩(wěn)定參考電勢(“非移動”(nonmoving)電壓)。在所描繪的實施方案中，虛接地節(jié)點112A與運算放大器102的非反相輸入端耦合，并且虛接地節(jié)點112B與運算放大器102的反相輸入端耦合。[0018]電阻反饋部分120A與輸出端子108 (并且還與運算放大器102的反相輸出端)以及運算放大器102的輸入端(在此，非反相輸入端)耦合；并且電阻反饋部分120B與輸出端子110 (并且還與運算放大器102的非反相輸出端)以及運算放大器102的輸入端(在此，反相輸入端)耦合。在所描繪的實施方案中，電阻反饋部分120A基本上類似于電阻反饋部分120B。例如，電阻反饋部分120A包括與運算放大器102的輸出端(在所描繪的實施方案中，反相輸出端)以及虛擬接地節(jié)點112A耦合的固定電阻器RFB，并且電阻反饋部分120B包括與運算放大器102的輸出端(在所描繪的實施方案中，非反相輸出端)以及虛擬接地節(jié)點112B耦合的固定電阻器RFBB。為了促進(jìn)本示例，電阻反饋部分120A包括與固定電阻器RFB并聯(lián)耦合的至少一個可切換反饋電阻器區(qū)段，諸如可切換反饋電阻器區(qū)段122p可切換反饋電阻器區(qū)段1222、...可切換反饋電阻器區(qū)段122n(其中N為在電阻反饋部分120A中的可切換反饋電阻器區(qū)段的數(shù)量)。類似地，電阻反饋部分120B包括與固定電阻器RFBB并聯(lián)耦合的至少一個可切換反饋電阻器區(qū)段，諸如可切換反饋電阻器區(qū)段124、可切換反饋電阻器區(qū)段1242、...可切換反饋電阻器區(qū)段124n(其中η為在電阻反饋部分120Β中的可切換反饋電阻器區(qū)段的數(shù)量)?？汕袚Q反饋電阻器區(qū)段1221、可切換反饋電阻器區(qū)段1222、...可切換反饋電阻器區(qū)段122,包括各自的反饋電阻器RFB1、反饋電阻器RFB2...反饋電阻器RFBN以及各自的反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBN ;以及可切換反饋電阻器區(qū)段124、可切換反饋電阻器區(qū)段1242、...可切換反饋電阻器區(qū)段124n包括各自的反饋電阻器RFBB1、反饋電阻器RFBB2...反饋電阻器RFBBn以及各自的反饋開關(guān)SFBBl、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBn。在本示例中，反饋開關(guān)(在此，反饋開關(guān)SFBl、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBN以及反饋開關(guān)SFBBl、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBN)為包括由源極(S)和漏極(D)插入的柵極(G)的晶體管，諸如場效應(yīng)晶體管(FET)?；蛘呋蛄硐Σ罚答侀_關(guān)被實施為結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、PIN 二極管、其它開關(guān)元件或其組合。
[0019]在所描繪的實施方案中，電阻反饋部分120A和電阻反饋部分120B包括十個可切換反饋電阻器區(qū)段(N=n=10)，使得電阻反饋部分120A包括可切換反饋電阻器區(qū)段122p可切換反饋電阻器區(qū)段1222、...可切換反饋電阻器區(qū)段1221(|，每個區(qū)段具有各自的反饋電阻器RFB1、反饋電阻器RFB2...反饋電阻器RFBlO以及各自的反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBlO ;并且電阻反饋部分120B包括可切換反饋電阻器區(qū)段12七、可切換反饋電阻器區(qū)段1242、...可切換反饋電阻器區(qū)段1241(|，每個區(qū)段具有各自的反饋電阻器RFBB1、反饋電阻器RFBB2...反饋電阻器RFBBlO以及各自的反饋開關(guān)SFBB1、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBB10。在所描繪的實施方案中，反饋電阻器RFB1、反饋電阻器RFB2...反饋電阻器RFBlO與運算放大器102的反相輸出端耦合以及經(jīng)由其各自的反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBlO與虛擬接地節(jié)點112A耦合；并且反饋電阻器RFBB1、反饋電阻器RFBB2...反饋電阻器RFBBlO與運算放大器102的非反相輸出端耦合以及經(jīng)由其各自的反饋開關(guān)SFBBl、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBlO與虛擬接地節(jié)點112B耦合。例如，對于可切換反饋電阻器區(qū)段122i，反饋電阻器RFBl與運算放大器102的反相輸出端(并且還與輸出端子108)耦合以及經(jīng)由反饋開關(guān)SFBl與虛擬接地端子112A耦合。類似地，對于可切換反饋電阻器區(qū)段121，反饋電阻器RFBBl與運算放大器102的非反相輸出端(并且還與輸出端子110)耦合以及經(jīng)由反饋開關(guān)SFBBl與虛擬接地端子112B耦合。[0020]放大器100也包括電阻輸入(前饋)部分130A和電阻輸入(前饋)部分130B。電阻輸入部分130A與輸入端子104和運算放大器102的輸入端(在此，非反相輸入端)耦合，并且電阻輸入部分130B與輸入端子106和運算放大器102的輸入端(在此，反相輸入端)稱合。在所描繪的實施方案中，電阻輸入部分130A基本上類似于電阻輸入部分130B。例如，電阻輸入部分130A包括與輸入端子104和虛擬接地節(jié)點112A耦合的固定輸入電阻器RI，并且電阻輸入部分130B包括與輸入端子106和虛擬接地節(jié)點112B耦合的固定輸入電阻器RIB。為了促進(jìn)本示例，電阻輸入部分130A包括與固定輸入電阻器RI并聯(lián)耦合的至少一個可切換輸入電阻器區(qū)段，諸如可切換輸入電阻器區(qū)段1321、可切換輸入電阻器區(qū)段1322、...可切換輸入電阻器區(qū)段132m(其中M為在電阻輸入部分130A中的可切換輸入電阻器區(qū)段的數(shù)量)。類似地，電阻輸入部分130B包括與固定輸入電阻器RIB并聯(lián)耦合的至少一個可切換輸入電阻器區(qū)段，諸如可切換輸入電阻器區(qū)段131、可切換輸入電阻器區(qū)段1342、...可切換輸入電阻器區(qū)段134m(其中m為在電阻輸入部分130B中的可切換輸入電阻器區(qū)段的數(shù)量)?？汕袚Q輸入電阻器區(qū)段1321、可切換輸入電阻器區(qū)段1322、...可切換輸入電阻器區(qū)段132m包括各自的輸入電阻器RI1、輸入電阻器RI2...輸入電阻器RIM、各自的輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SIMA以及各自的輸入開關(guān)SI1B、輸入開關(guān)SI2B...輸入開關(guān)SIMB ;并且可切換輸入電阻器區(qū)段13+、可切換輸入電阻器區(qū)段1342、...可切換輸入電阻器區(qū)段134m&括各自的輸入電阻器RIB1、輸入電阻器RIB2...輸入電阻器RIBn、各自的輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIBmA以及各自的輸入開關(guān)SIB1B、輸入開關(guān)SIB2B...輸入開關(guān)SIBmB。在本示例中，輸入開關(guān)(在此，輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SIMA ;輸入開關(guān)SI1B、輸入開關(guān)SI2B...輸入開關(guān)SIMB ;輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIBmA以及輸入開關(guān)SIB1B、輸入開關(guān)SIB2B...輸入開關(guān)SIBmB)為包括由源極⑶和漏極⑶插入的柵極(G)的晶體管，諸如場效應(yīng)晶體管(FET)?；蛘呋蛄硗?，輸入開關(guān)被實施為結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、PIN 二極管、其它開關(guān)元件或其組合。
[0021]在所描繪的實施方案中，電阻輸入部分130A和電阻輸入部分130B包括六個可切換輸入電阻器區(qū)段(M=m=6)，使得電阻輸入部分130A包括可切換輸入電阻器區(qū)段1321、可切換輸入電阻器區(qū)段1322、...可切換輸入電阻器區(qū)段1326，每個區(qū)段具有各自的輸入電阻器RI1、輸入電阻器RI2...輸入電阻器RI6、各自的輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SI6A以及各自的輸入開關(guān)SI1B、輸入開關(guān)SI2B...輸入開關(guān)SI6B ;并且電阻輸入部分130B包括可切換輸入電阻器區(qū)段131、可切換輸入電阻器區(qū)段1342、...可切換輸入電阻器區(qū)段1346，每個區(qū)段具有各自的輸入電阻器RIB1、輸入電阻器RIB2...輸入電阻器RIB6、各自的輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIB6A以及各自的輸入開關(guān)SIB1B、輸入開關(guān)SIB2B...輸入開關(guān)SIB6B。在所描繪的實施方案中，輸入電阻器RI1、輸入電阻器RI2...輸入電阻器RI6與輸入端子104稱合、經(jīng)由其各自的輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SI6A與虛擬接地節(jié)點112A耦合以及經(jīng)由其各自的輸入開關(guān)SI1B、輸入開關(guān)SI2B...輸入開關(guān)SI6B與虛擬接地節(jié)點114耦合；并且輸入電阻器RIB1、輸入電阻器RIB2...輸入電阻器RIB6與輸入端子106稱合、經(jīng)由其各自的輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIB6A與虛擬接地節(jié)點112B耦合以及經(jīng)由其各自的輸入開關(guān)SIB1B、輸入開關(guān)SIB2B...輸入開關(guān)SIB6B與虛擬接地節(jié)點114耦合。例如，對于可切換反饋電阻器區(qū)段132i，輸入電阻器RIl與輸入端子104耦合、經(jīng)由輸入開關(guān)SIlA與虛擬接地端子112A耦合并且經(jīng)由輸入開關(guān)SIlB與虛擬接地端子114耦合。類似地，對于可切換輸入電阻器區(qū)段131，輸入電阻器RIBl與輸入端子106耦合、經(jīng)由輸入開關(guān)SIBlA與虛擬接地端子112B耦合并且經(jīng)由輸入開關(guān)SIBlB與虛擬接地端子114耦合。
[0022]電壓控制端子B1、電壓控制端子B2...電壓控制端子BX(其中X為與運算放大器102的輸入端(諸如運算放大器102的非反相輸入端或反相輸入端)耦合或者與虛擬接地節(jié)點112A或虛擬接地節(jié)點112B耦合的反饋開關(guān)和輸入開關(guān)的總數(shù))與輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SIMA、輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIBmA、反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBN和/或反饋開關(guān)SFBBl、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBN耦合。在所描繪的實施方案中，其中存在十六個開關(guān)與電壓控制端子112A (輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SI6A以及反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFB10)和電壓控制端子112B (輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIB6A以及反饋開關(guān)SFBBl、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBB10)耦合，放大器100包括與輸入開關(guān)和反饋開關(guān)耦合的電壓控制端子B1、電壓控制端子B2...電壓控制端子B16。例如，電壓控制端子BI與反饋開關(guān)SFBl和反饋開關(guān)SFBBl耦合；電壓控制端子BlO與反饋開關(guān)SFBlO和反饋開關(guān)SFBBlO耦合；電壓控制端子Bll與輸入開關(guān)SIlA和輸入開關(guān)SIBlA耦合；并且電壓控制端子B16與輸入開關(guān)SI6A和輸入開關(guān)SIB6A f禹合。
[0023]電壓控制端子NB1、電壓控制端子NB2...電壓控制端子NBx (其中x為與運算放大器的輸入端耦合的可切換輸入電阻器區(qū)段的總數(shù))分別與輸入開關(guān)SI1B、輸入開關(guān)SI2B...輸入開關(guān)SMB以及輸入開關(guān)SIB1B、輸入開關(guān)SIB2B...輸入開關(guān)SIBmB耦合。在所描繪的實施方案中，其中存在與電壓控制端子112A(可切換輸入電阻器區(qū)段1321、可切換輸入電阻器區(qū)段13?...可切換輸入電阻器區(qū)段1326)和電壓控制端子112B(可切換輸入電阻器區(qū)段131、可切換輸入電阻器區(qū)段1342...可切換輸入電阻器區(qū)段1346)耦合的六個可切換輸入電阻器區(qū)段，放大器100包括與輸入開關(guān)SI1B、輸入開關(guān)SI2B...輸入開關(guān)SI6B以及輸入開關(guān)SIB1B、輸入開關(guān)SIB2B...輸入開關(guān)SIB6B耦合的電壓控制端子NB1、電壓控制端子NB2...電壓控制端子NB6 (其中x=6)。例如，電壓控制端子NBl與輸入開關(guān)SI IB和輸入開關(guān)SIBlB耦合，并且電壓控制端子NB6與輸入開關(guān)SI6B和輸入開關(guān)SIB6B耦
入
口 ο
[0024]在操作中，電阻反饋部分120A的等效電阻可以被變化以改變放大器100的增益。例如，為了改變電阻反饋部分120A的等效電阻，反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBN被配置成將其相關(guān)聯(lián)的反饋電阻器RFB1、反饋電阻器RFB2...反饋電阻器RFBN切換至(以及不)與固定反饋電阻器RFB并聯(lián)。通過將反饋電阻器RFB1、反饋電阻器RFB2...反饋電阻器RFBN中的一個或多個切換與固定反饋電阻器RFB并聯(lián)，放大器100降低電阻反饋部分120A的等效電阻，從而減小放大器的增益。在所描繪的實施方案中，反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBlO的柵極分別與電壓控制端子B1、電壓控制端子B2...電壓控制端子BlO耦合，使得反饋開關(guān)SFB1、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBlO的狀態(tài)由經(jīng)由各自的電壓控 制端子B1、電壓控制端子B2...電壓控制端子BlO接收的電壓控制信號來控制。電壓控制信號為將反饋開關(guān)SFBl、反饋開關(guān)SFB2...反饋開關(guān)SFBlO轉(zhuǎn)至接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的控制(驅(qū)動)電壓，其中接通狀態(tài)將開關(guān)的相關(guān)聯(lián)反饋電阻器RFB1、反饋電阻器RFB2...反饋電阻器RFB6與固定反饋電阻器RFB并聯(lián)放置。類似地，電阻反饋部分120B的等效電阻可以被變化以改變放大器100的增益。例如，為了改變電阻反饋部分120B的等效電阻，反饋開關(guān)SFBB1、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBN被配置成將其相關(guān)聯(lián)的反饋電阻器RFBBl、反饋電阻器RFBB2...反饋電阻器RFBBN切換至(以及不)與固定反饋電阻器RFBB并聯(lián)。通過將反饋電阻器RFBB1、反饋電阻器RFBB2...反饋電阻器RFBBN中的一個或多個開關(guān)切換與固定反饋電阻器RFBB并聯(lián)，放大器100降低電阻反饋部分120B的等效電阻同時減小增益并且減小輸出噪聲。在所描繪的實施方案中，反饋開關(guān)SFBB1、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBlO的柵極分別與電壓控制端子B1、電壓控制端子B2...電壓控制端子BlO耦合，使得反饋開關(guān)SFBB1、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBlO的狀態(tài)由經(jīng)由各自的電壓控制端子B1、電壓控制端子B2...電壓控制端子BlO接收的電壓控制信號(也稱為電壓斜坡)控制。電壓控制信號為將反饋開關(guān)SFBB1、反饋開關(guān)SFBB2...反饋開關(guān)SFBBlO轉(zhuǎn)至接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的控制(驅(qū)動)電壓，其中接通狀態(tài)將開關(guān)的相關(guān)聯(lián)反饋電阻器RFBBl、反饋電阻器RFBB2...反饋電阻器RFBB6與固定反饋電阻器RFBB并聯(lián)放置。
[0025]與常規(guī)的放大器配置(例如，常規(guī)的可變增益輸入R-NR衰減器放大器)相比，其中放大器的輸出噪聲電平在增益減小時保持不變，放大器100通過將固定反饋電阻器RFB與可切換反饋電阻器區(qū)段1221、可切換反饋電阻器區(qū)段12?...可切換反饋電阻器區(qū)段122N并聯(lián)來配置電阻反饋部分120A并且將固定反饋電阻器RFBB與可切換反饋電阻器區(qū)段1221、可切換反饋電阻器區(qū)段12?...可切換反饋電阻器區(qū)段122n并聯(lián)來配置電阻反饋部分120B而減小輸出噪聲同時減小增益。或者，放大器100可以被配置成切換取代固定反饋電阻器RFB(和/或固定反饋電阻器RFBB) 的電阻器，在這種情況下固定反饋電阻器(和/或固定反饋電阻器RFBB)也與開關(guān)耦合，使得可以將固定反饋電阻器切換至(和脫離)電阻反饋部分120A(和/或電阻反饋部分120B)。盡管此類配置也可以減小輸出噪聲同時減小增益，但是在該配置中的電阻器值通常具有比所描繪的實施方案中(其中固定電阻器可以經(jīng)由切換與一個或多個電阻器并聯(lián)放置)的電阻器值低的值，這需要較大的開關(guān)尺寸，從而導(dǎo)致增大的面積開銷和相關(guān)聯(lián)的電容。增大的電容可以導(dǎo)致增大的失真，這可以降低放大器100的操作穩(wěn)定性。放大器100的所描繪的配置因此優(yōu)化減小輸出噪聲同時減小增
Mo
[0026]在放大器100中，電阻輸入部分130A的等效電阻也可以被變化以改變放大器100的增益。例如，為了改變電阻輸入部分130A的等效電阻，輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SIMA被配置成將其相關(guān)聯(lián)的輸入電阻器RI1、輸入電阻器RI2...輸入電阻器RM切換至(和不)與固定輸入電阻器RI并聯(lián)。通過將輸入電阻器RH、反饋電阻器RI2...反饋電阻器RIM中的一個或多個切換與固定輸入電阻器RI并聯(lián)，放大器100降低電阻輸入部分130A的等效電阻，從而增大放大器的增益。在所描繪的實施方案中，輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SI6A的柵極分別與電壓控制端子B11、電壓控制端子B12...電壓控制端子B16耦合，使得輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SI6A的狀態(tài)由經(jīng)由各自的電壓控制端子BH、電壓控制端子B12...電壓控制端子B16接收的電壓控制信號來控制。電壓控制信號為將輸入開關(guān)SI1A、輸入開關(guān)SI2A...輸入開關(guān)SI6A轉(zhuǎn)至接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的控制(驅(qū)動)電壓，其中接通狀態(tài)將開關(guān)的相關(guān)聯(lián)輸入電阻器RH、輸入電阻器RI2...輸入電阻器RI6與固定輸入電阻器RI并聯(lián)放置。類似地，電阻輸入部分130B的等效電阻可以被變化以改變放大器100的增益。例如，為了改變電阻輸入部分130B的等效電阻，輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIBmA被配置成將其相關(guān)聯(lián)的輸入電阻器RIB1、輸入電阻器RIB2...輸入電阻器RIBm切換至(和不)與固定輸入電阻器RIB并聯(lián)。通過將輸入電阻器RIBl、輸入電阻器RIB2...輸入電阻器RIBm中的一個或多個切換與固定輸入電阻器RIB并聯(lián)，放大器100降低電阻輸入部分130B的等效電阻，從而增大增益。在所描繪的實施方案中，輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIB6A的柵極分別與電壓控制端子BH、電壓控制端子B12...電壓控制端子B16耦合，使得輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIB6A的狀態(tài)由經(jīng)由各自的電壓控制端子B11、電壓控制端子B12...電壓控制端子B16接收的電壓控制信號來控制。電壓控制信號為將輸入開關(guān)SIB1A、輸入開關(guān)SIB2A...輸入開關(guān)SIB6A轉(zhuǎn)至接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的控制(驅(qū)動)電壓，其中接通狀態(tài)將開關(guān)的相關(guān)聯(lián)輸入電阻器RIB1、輸入電阻器RIB2...輸入電阻器RIB6與固定輸入電阻器RIB并聯(lián)放置。
[0027]通過在電阻輸入部分130A和電阻輸入部分130B中實施一個或多個可切換輸入電阻器區(qū)段，放大器100減少了在反饋網(wǎng)絡(luò)(在此，電阻反饋部分120A和電阻反饋部分120B)中必需的電阻器的數(shù)量。例如，如果放大器100被配置為不具有電阻輸入部分130A和電阻輸入部分130B，那么為了實現(xiàn)有4dB增益步長的20db增益放大器，電阻反饋部分120A將需要固定反饋電阻器RFB和五個可切換反饋電阻器區(qū)段(N=5)，并且電阻反饋部分120B將需要固定反饋電阻器RFBB和五個可切換反饋電阻器區(qū)段(n=5)。為了實現(xiàn)2dB增益步長的20db增益放大器，電阻反饋部分120A和電阻反饋部分120B將需要將可切換反饋電阻器區(qū)段的數(shù)量加倍(N=n=10)，總共20個可切換反饋電阻器區(qū)段。為了實現(xiàn)有IdB增益步長的20db增益放大器，電阻反饋部分120A和電阻反饋部分120B將再將可切換反饋電阻器區(qū)段的數(shù)量加倍(N=n=20)，總共40個可切換反饋電阻器區(qū)段。在所描繪的實施方案中，為了減少有IdB增益步長的20db增益放大器中的可切換反饋電阻器區(qū)段的數(shù)量，放大器100被配置使得每個可切換反饋電阻器區(qū)段(在電阻反饋區(qū)段120A和電阻反饋區(qū)段120B中)表示2dB增益步長。然后，電阻反饋區(qū)段120A被用電阻輸入部分130A插值，并且然后電阻反饋區(qū)段120B被用電阻輸入部分130B插值，其中每個可切換輸入電阻器區(qū)段(在電阻輸入?yún)^(qū)段130A和電阻輸入?yún)^(qū)段130B中)表示IdB步長。放大器100因此必需十個可切換反饋電阻器區(qū)段用于電阻反饋部分120A和電阻反饋部分120B(N=n=10)，對比于當(dāng)使用常規(guī)的放大器配置時的20個可切換反饋電阻器區(qū)段。因此，放大器100減少反饋電阻器的數(shù)量以及相關(guān)聯(lián)的開關(guān)的數(shù)量。放大器100的所描繪的配置通過在電阻輸入?yún)^(qū)段130A和電阻輸入?yún)^(qū)段130B中實施一個或多個可切換輸入電阻器區(qū)段來進(jìn)一步實現(xiàn)負(fù)增益電平。下面表I給出可由放大器100如所描繪的通過使用電壓控制端子B1、電壓控制端子B2...電壓控制端子B16以設(shè)置各自的開關(guān)至接通狀態(tài)(用I表示)或斷開狀態(tài)(用O表示)來實現(xiàn)的各種增益，其中每個可切換輸入電阻器區(qū)段(在電阻輸入?yún)^(qū)段130A和電阻輸入?yún)^(qū)段130B中)表示IdB步長并且每個可切換反饋電阻器區(qū)段(在電阻反饋區(qū)段120A和電阻反饋區(qū)段120B中)表示2dB增益步長。
【權(quán)利要求】
1.一種放大器，其包括: 輸入端子； 輸出端子； 第一虛擬接地節(jié)點； 第二虛擬接地節(jié)點； 與所述輸入端子和所述輸出端子耦合的運算放大器，其中所述運算放大器具有輸入端和輸出端；與所述運算放大器的所述輸入端耦合的電阻輸入部分，其中所述電阻輸入部分包括:與所述輸入端子和所述第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定輸入電阻器，以及與所述固定輸入電阻 器并聯(lián)耦合的可切換輸入電阻器區(qū)段，其中所述可切換輸入電阻器區(qū)段包括輸入電阻器、第一輸入開關(guān)和第二輸入開關(guān)，其中所述輸入電阻器與所述輸入端子耦合、經(jīng)由所述第一輸入開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點耦合并且經(jīng)由所述第二輸入開關(guān)與所述第二虛擬接地節(jié)點耦合；以及 與所述運算放大器的所述輸出端耦合的電阻反饋部分，其中所述電阻反饋部分包括:與所述輸出端子和所述第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定反饋電阻器，以及與所述固定反饋電阻器并聯(lián)耦合的可切換反饋電阻器區(qū)段，其中所述可切換反饋電阻器區(qū)段包括反饋電阻器和反饋開關(guān)，其中所述反饋電阻器與所述輸出端子耦合并且經(jīng)由所述反饋開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中所述第一虛擬接地節(jié)點與所述運算放大器的反相輸入端和非反相輸出端中的一個I禹合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中所述第一輸入開關(guān)、所述第二輸入開關(guān)和所述反饋開關(guān)為場效應(yīng)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其還包括與所述第一輸入開關(guān)和所述第二輸入開關(guān)耦合的反相器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其還包括: 與所述第一輸入開關(guān)耦合的第一電壓控制端子； 與所述第二開關(guān)耦合的第二電壓控制端子；以及 與所述第一電壓控制端子和所述第二電壓控制端子耦合的電壓饋送，其中所述電壓饋送與所述輸入端子的輸入共模電壓相關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放大器，其中所述電壓饋送還與所述第二虛擬接地節(jié)點耦入口 ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其被配置使得當(dāng)所述第一開關(guān)處于第二狀態(tài)時所述第二開關(guān)處于第一狀態(tài)，并且當(dāng)所述第一開關(guān)處于所述第一狀態(tài)時所述第二開關(guān)處于所述第二狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中所述輸入端子包括: 與所述運算放大器的非反相輸入端耦合的第一輸入端子；以及與所述運算放大器的反相輸入端耦合的第二輸入端子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的放大器，其還包括與所述第一輸入端子和所述第二輸入端子串聯(lián)耦合的第一電阻器和第二電阻器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的放大器，其還包括與在所述第一電阻器與所述第二電阻器之間的連結(jié)節(jié)點以及所述第二虛擬接地節(jié)點耦合的緩沖器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中: 所述固定輸入電阻器經(jīng)由第三輸入開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點耦合；并且 所述固定反饋電阻器經(jīng)由另一反饋開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點耦合。
12.—種可變增益放大器,其包括: 輸入端子； 輸出端子； 與所述輸入端子和所述輸出端子耦合的運算放大器，其中所述運算放大器具有非反相輸入端、反相輸入端和輸出端； 與所述非反相輸入端耦合的第一虛擬接地節(jié)點； 與所述反相輸入端耦合的第二虛擬接地節(jié)點； 第三虛擬接地節(jié)點； 與所述輸入端子和所述非反相輸入端耦合的第一電阻輸入部分； 與所述輸入端子和 所述反相輸入端耦合的第二電阻輸入部分； 與所述非反相輸入端和所述輸出端耦合的第一電阻反饋部分； 與所述反相輸入端和所述輸出端耦合的第二電阻反饋部分； 其中，所述第一電阻輸入部分和所述第二電阻輸入部分每個包括: 與所述輸入端子以及所述第一虛擬接地節(jié)點或所述第二虛擬接地節(jié)點耦合的固定輸入電阻器，以及 與所述固定輸入電阻器并聯(lián)耦合的至少一個可切換輸入電阻器區(qū)段，其中所述可切換輸入電阻器區(qū)段包括輸入電阻器、第一輸入開關(guān)和第二開關(guān)輸入，其中所述輸入電阻器與所述輸入端子耦合、經(jīng)由所述第一輸入開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點或所述第二虛擬接地節(jié)點耦合并且經(jīng)由所述第二輸入開關(guān)與所述第三虛擬接地節(jié)點耦合；并且其中，所述第一電阻反饋部分和所述第二電阻反饋部分每個包括: 與所述輸出端子以及所述第一虛擬接地節(jié)點或所述第二虛擬接地節(jié)點耦合的固定反饋電阻器，以及 與所述固定反饋電阻器并聯(lián)耦合的可切換反饋電阻器區(qū)段，其中所述可切換反饋電阻器區(qū)段包括反饋電阻器和反饋開關(guān)，其中所述反饋電阻器與所述輸出端子耦合并且經(jīng)由所述反饋開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點或所述第二虛擬接地節(jié)點耦合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可變增益放大器，其中: 所述輸入端子包括第一輸入端子和第二輸入端子，其中所述運算放大器的所述非反相輸入端與所述第一輸入端子耦合并且所述運算放大器的所述反相輸入端與所述第二輸入端子稱合； 所述第一電阻反饋部分的所述固定輸入電阻器和所述輸入電阻器與所述第一輸入端子耦合；以及 所述第二電阻反饋部分的所述固定輸入電阻器和所述輸入電阻器與所述第二輸入端子率禹合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可變增益放大器，其還包括與所述第一輸入端子和所述第二輸入端子串聯(lián)耦合的第一電阻器和第二電阻器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可變增益放大器，其還包括與所述第三虛擬接地節(jié)點以及在所述第一電阻器與所述第二電阻器之間的接合節(jié)點耦合的緩沖器。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可變增益放大器，其還包括: 分別與所述第一輸入開關(guān)、所述第二輸入開關(guān)和所述反饋開關(guān)耦合的第一電壓控制端子、第二電壓控制端子和第三電壓控制端子；以及 與所述輸入端子的輸入共模電壓相關(guān)聯(lián)的電壓電源，其中所述電壓電源與所述第一電壓控制端子、所述第二電壓控制端子和所述第三電壓控制端子耦合。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可變增益放大器，其中: 所述輸出端子包括第一輸出端子和第二輸出端子； 所述運算放大器的所述輸出端包括非反相輸出端和反相輸入端；并且 所述第一電阻反饋部分與 所述非反相輸出端和所述第一輸出端子耦合；并且 所述第二電阻反饋部分與所述反相輸出端和所述第二輸出端子耦合。
18.一種方法，其包括: 提供一種放大器，所述放大器包括: 輸入端子； 輸出端子； 第一虛擬接地節(jié)點； 第二虛擬接地節(jié)點； 與所述輸入端子和所述輸出端子耦合的運算放大器，其中所述運算放大器具有輸入端和輸出端；與所述運算放大器的所述輸入端耦合的電阻輸入部分，其中所述電阻輸入部分包括:與所述輸入端子和所述第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定輸入電阻器，以及與所述固定輸入電阻器并聯(lián)耦合的可切換輸入電阻器區(qū)段，其中所述可切換輸入電阻器區(qū)段包括輸入電阻器、第一輸入開關(guān)和第二輸入開關(guān)，其中所述輸入電阻器與所述輸入端子耦合、經(jīng)由所述第一輸入開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點耦合并且經(jīng)由所述第二輸入開關(guān)與所述第二虛擬接地節(jié)點耦合；以及 與所述運算放大器的所述輸出端耦合的電阻反饋部分，其中所述電阻反饋部分包括:與所述輸出端子和所述第一虛擬接地節(jié)點耦合的固定反饋電阻器，以及與所述固定反饋電阻器并聯(lián)耦合的可切換反饋電阻器區(qū)段，其中所述可切換反饋電阻器區(qū)段包括反饋電阻器和反饋開關(guān)，其中所述反饋電阻器與所述輸出端子耦合并且經(jīng)由所述反饋開關(guān)與所述第一虛擬接地節(jié)點耦合；并且 設(shè)置所述第一開關(guān)和所述反饋開關(guān)的狀態(tài)以設(shè)置所述放大器的增益特性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其還包括基于所述第一開關(guān)的所述狀態(tài)來設(shè)置所述第二開關(guān)的狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其還包括基于與所述輸入端子相關(guān)聯(lián)的輸入共模電壓來設(shè)置所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的電壓驅(qū)動電平。
【文檔編號】H03F1/42GK103986432SQ201410045383
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月8日
【發(fā)明者】E·P·戈登 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司