CN101383596A - 可变增益放大器电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变增益放大器电路，用于放大输入电压信号以产生输出电压信号，包括：可变增益放大器，具有第一输入端用以接收输入电压信号，第二输入端，及输出端用以输出此输出电压信号；多个电阻器，分别耦接输出端与偏压输入端之间；多个增益开关中的每一个耦接于第二输入端与多个连接节点中的一个，每一连接节点分别位于多个电阻器中的两个之间；电流源，用于提供电流；以及至少两个电流开关中的每一个耦接于电流源与连接节点中的一个之间。本发明中，选择适当的电流注入节点来进行偏移补偿，确保在此电流注入节点处的电压不会过高或过低，并且输出电压信号的直流电压电位是可被适当地调整以确保不会超过电位范围。

Description

可变增益放大器电路

技术领域

本发明涉及一种可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)电路，尤其是关于一种具有偏移补偿的可变增益放大器电路。

背景技术

图1是现有技术中具有偏移补偿的可变增益放大器电路的电路示意图。此可变增益放大电路具有开关SW11、开关SW12与开关SW13。可依据电阻器R11～R14的电阻值与偏压信号Vb来确定可变增益放大器10的增益。电流源11提供一电流Iofs至节点N13(也称为：电流注入节点)以进行偏移补偿，其中节点N13位于电阻器R13与电阻器R14之间。输出电压信号Vout的直流电压电位是可通过调整电流Iofs的大小来控制。然而，如果在输入电压信号Vin与偏压信号Vb之间存在电压差(即，直流偏移)，或可变增益放大器10初始具有一自身输入偏移，则当可变增益放大器10被设置具有较高增益值时，电流源11将无法提供一合适的电流Iofs以执行准确的偏移补偿操作。

图2是为当图1中开关SW11开启时，图1中所示的可变增益放大器电路的等效电路示意图。请一起参考图1与图2，其中图2中电阻器R21与电阻器R22的电阻总值等于图1中电阻器R11～R13的电阻总值，并且图2中电阻器R23相应于图1中电阻器R14。因此，输出电压信号Vout可由以下等式(1)计算：

$\mathrm{Vout}=\mathrm{Vin}(1+\frac{R22+R23}{R21})-\mathrm{Vb}\left(\frac{R22+R23}{R21}\right)-\mathrm{IofsR}23$

                                      (等式1)

$=\mathrm{Vin}+\left(\frac{R22+R23}{R21}\right)(\mathrm{Vin}-\mathrm{Vb})-\mathrm{IofsR}23$

电流注入节点N13处的电压Vn13可由等式(2)计算：

$\mathrm{Vn}13=\mathrm{Vin}+(\mathrm{Vout}-\mathrm{Vin})\left(\frac{R22}{R22+R23}\right)=\mathrm{Vin}+\frac{R22}{R21}(\mathrm{Vin}-\mathrm{Vb})$           (等式2)

假设于输入电压信号Vin与偏压信号Vb之间存在一直流偏移(如：Vin-Vb)。依据等式(2)可知，随着

增加，电流注入节点N13处的电压Vn13是增大或者减少，因此，当电压Vn13过大或者过少时，电流源11中的晶体管并不能在饱和区(saturation region)中正常运作。即，当可变增益放大器10具有相对于输入电压信号Vin的较高增益时(如：于图1中闭合开关SW11或SW12)，电流源11可能不会提供合适的电流Iofs。

发明内容

因此，为有效解决以上所述的技术问题，本发明提供了一种可变增益放大器电路。

本发明揭示一种可变增益放大器电路，用于放大输入电压信号以产生输出电压信号，可变增益放大器电路包括：可变增益放大器、多个电阻器、多个增益开关、电流源以及至少两个电流开关。可变增益放大器具有第一输入端用以接收输入电压信号、第二输入端、及输出端用以输出此输出电压信号；多个电阻器分别耦接输出端与偏压输入端之间；多个增益开关中的每一个耦接于第二输入端与多个连接节点中的一个，每一连接节点分别位于多个电阻器中的两个之间；电流源，用于提供电流；至少两个电流开关中的每一个耦接于电流源与连接节点中的一个。

本发明还揭示一种可变增益放大器电路，用于放大输入电压信号以产生输出电压信号，可变增益放大器电路包括：可变增益放大器、多个电阻器、多个增益开关、判定单元以及偏移补偿电路。可变增益放大器具有第一输入端用以接收输入电压信号，第二输入端，及输出端用以输出此输出电压信号；多个电阻器分别耦接输出端与偏压输入端之间，偏压输入端用于接收偏压信号；增益开关中的每一个耦接于第二输入端与多个连接节点中的一个，每一连接节点分别位于多个电阻器中的两个之间；判定单元，用以接收输出电压信号，其中判定单元根据输出电压信号的直流电压电位是否超出限制电位来决定是否产生控制信号；以及偏移补偿电路用于依据控制信号选择性地提供电流至连接节点中的一个。

通过实施本发明，即使发生增益变化，选择其中一个连接节点，以作为适当的电流注入节点来进行偏移补偿，确保在此电流注入节点处的电压不会过高或过低。进而电流源中的晶体管能够在其饱和区中正常运作，电流源也可正常提供电流。另外，输出电压信号的直流电压电位是可被适当地调整确保不会超过电位范围。

附图说明

图1是现有技术中具有偏移补偿的可变增益放大器电路的电路示意图。

图2是为当图1中开关SW11开启时，图1中所示的可变增益放大器电路的等效电路示意图。

图3是本发明实施例可变增益放大器电路的电路示意图。

具体实施方式

本发明说明书提供的实施例是说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置是用于说明本发明，并非用以限制本发明。本发明的保护范围应当以权利要求书所要求保护的范围为准。

图3是本发明实施例可变增益放大器电路3的电路示意图。可变增益放大器电路3包括：可变增益放大器30，多个电阻器R1～Rx，多个增益开关GSW1～GSWn，偏移补偿电路31，以及判定单元32，其中，偏移补偿电路31包括电流源33与至少两个电流开关CSW1～CSWm。在本实施例中，m小于或等于n。可变增益放大器电路3利用增益放大输入电压信号Vin以产生输出电压信号Vout。可变增益放大器30具有用于接收输入电压信号Vin的非-反相(non-inverting)输入端IN+，反相(inverting)输入端IN-，以及用于输出此输出电压信号Vout的输出端OUT。电阻器R1～Rx耦接于输出端OUT与偏压输入端BN之间，其中，偏压输入端BN用于接收偏压信号Vb。

电阻器R1～Rx中的两个耦接于连接节点CN，例如，电阻器R1与电阻器R2耦接于连接节点CN1，而电阻器Rx-1与电阻器Rx耦接于连接节点CNn。增益开关GSW1～GSWn中的每一个耦接反相输入端IN-与连接节点CN1～CNn中的每一个。例如，增益开关GSW1耦接于反相输入端IN-与连接节点CN1间，以及增益开关GSWn耦接于反相输入端IN-与连接节点CNn间。当增益开关GSW1～GSWn中的一个被开启，则用以放大输入电压信号Vin的增益是通过电阻器R1～Rx的电阻值与偏压信号Vb来确定。

偏移补偿电路31包括电流源33与至少两个电流开关CSW1～CSWm。至少两个电流开关CSW1～CSWm包括第一电流开关CSWm与第二电流开关CSW1，其中，第一电流开关CSWm耦接至多个连接节点中距离可变增益放大器30的输出端最近的连接节点；第二电流开关CSW1耦接至多个连接节点中距离偏压输入端BN最近的连接节点。在图3中所示实施例中，电流开关CSW的数目是等于增益开关GSW的数目，即m等于n。电流开关CSW1～CSWm中的每一个耦接于电流源33与连接节点CN1～CNn中的一个之间。例如：电流开关CSW1耦接于电流源33与连接节点CN1之间；电流开关CSWm耦接于电流源33与连接节点CNn之间。电流源33选择性地提供电流Iofs至连接节点CN1～CNn中的一个。以下将介绍用于输出电压信号Vout偏移补偿的内容。

判定单元32设定一限制电位(limit level)。判定单元32接收输出电压信号Vout，并判定输出电压信号Vout的直流电压电位是否超出此限制电位。在本实施例中，此限制电位可以是上限电位(upper limit level)或者下限电位(lowerlimit level)。因此，如果此限制电位是为上限电位，则利用判定单元32判定输出电压信号Vout的直流电压电位是否超出此上限电位；以及如果此限制电位是为下限电位，则利用判定单元32判定输出电压信号Vout的直流电压电位是否小于此下限电位。在某些实施例中，判定单元32也可定义一限制电位并判定输出电压信号Vout的直流电压电位是否超出所定义的限制电位。判定单元32依据判定结果产生控制信号CS以控制电流开关CSW1～CSWm的开/关状态。在本发明一实施例中，受控于控制信号CS，在任何时间点，仅开启电流开关CSW1～CSWm中的一个电流开关，而其它的电流开关为关闭状态。电流源33则通过开启的电流开关提供电流Iofs至相应的连接节点(也称为：电流注入节点)。举例来说，判定单元32产生的控制信号CS具有至少两个比特，其中这至少两个比特中的每一个是用于控制这至少两个电流开关中的一者。

如上所述，当输入电压信号Vin与偏压信号Vb之间存在差异(也称为：直流偏移)，或可变增益放大器30包括一输入偏移，在某个已决定的增益档位下，直流偏移是从连接节点CN1到连接节点CNn被逐步被放大。如果电流开关CSW1～CSWm中的一个被开启，且相应的电流注入节点处的电压过高或过低，电流源33可能不会提供合适的电流Iofs。因此，输出电压信号Vout的直流电压电位可能超出限制电位。

在图3所示实施例中，当增益已由增益开关GSW1～GSWn所确定，判定单元32会首先产生控制信号CS用于控制电流开关CSWm，电流开关CSWm是与输出端OUT最接近的电流开关。初始时，电流开关CSWm为开启，即表明是将连接节点CNm作为一电流注入节点。如果判定单元32判定输出电压信号Vout的直流电压电位超出限制电位，判定单元32产生控制信号CS以关闭电流开关CSWm并开启在前的电流开关CSWm-1，随后，电流Iofs被注入电流注入节点CNm-1，而不是注入连接节点CNm。判定单元32继续对输出电压信号Vout进行判定并变换电流注入节点，直到判定单元32确定在某一电流开关CSW被开启时所对应的输出电压信号Vout的直流电压电位未超出限制电位。需要注意的是，不同电流开关被开启时，电流源输入至相应不同电流注入节点的电流量也不同。例如，仅以具有两个电流开关的可变增益放大器电路来说，当开启第一电流开关时，电流源提供具有第一电流量的电流；当开启第二电流开关时，电流源提供具有第二电流量的电流，且第一电流量大于第二电流量。同时，当增益被改变，判定单元32反复执行以上操作程序。请注意，本发明提供实施例中电流开关CSW1～CSWm出现的顺序并非对本发明的限制；也就是说，电流开关的顺序可从电流开关CSW1开始一直到电流开关CSWm；并且以上电流开关可通过两个或更多个电流开关来转换，例如对应不同的时间点的CSWm、CSWm-2、CSWm-4等等。在不同实施例中，可变增益放大器电路中电流开关的数目是等于或小于增益开关的数目。

依据本发明提供的实施例，当增益改变时，最终选择连接节点中的一个以作为一适当的电流注入节点来进行偏移补偿，所以在此电流注入节点处的电压不会过高或过低。因此，实施在电流源中的晶体管，N型金属氧化物半导体晶体管或P型金属氧化物半导体晶体管可以在其饱和区中运作，以使电流源33可以正常提供电流Iofs。此外，输出电压信号Vout的直流电压电位可被适当地调整确保不会超过限制电位。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限制本发明，任何熟习以上技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所要求的范围为准。

Claims (16)

1.一种可变增益放大器电路，其特征在于，所述可变增益放大器电路用于放大输入电压信号以产生输出电压信号，所述可变增益放大器电路包括：

可变增益放大器，具有第一输入端用以接收所述输入电压信号、第二输入端、及输出端用以输出所述输出电压信号；

多个电阻器，分别耦接所述输出端与偏压输入端之间；

多个增益开关，所述增益开关中的每一个耦接于所述第二输入端与多个连接节点中的一个，每一所述连接节点分别位于多个电阻器中的两个之间；

电流源，用于提供电流；以及

至少两个电流开关，所述至少两个电流开关中的每一个耦接于所述电流源与所述连接节点中的一个。

2.如权利要求1所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述可变增益放大器电路还包括判定单元，用以根据所述输出电压信号的直流电压电位是否超出限制电位来决定是否产生控制信号，以用于控制所述至少两个电流开关。

3.如权利要求2所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述至少两个电流开关包括第一电流开关与第二电流开关，其中，所述第一电流开关耦接至所述连接节点中距离所述输出端最近的连接节点，以及所述第二电流开关耦接至所述连接节点中距离所述偏压输入端最近的连接节点。

4.如权利要求3所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述第一电流开关初始时被开启，以及当所述输出电压信号的所述直流电压电位超出所述限制电位时，所述判定单元产生所述控制信号以开启所述至少两个电流开关中剩余的一个，并关闭所述第一电流开关。

5.如权利要求3所述的可变增益放大器电路，其特征在于，当开启所述第一电流开关时，所述电流源提供具有第一电流量的电流；当开启所述第二电流开关时，所述电流源提供具有第二电流量的电流，且所述第一电流量大于所述第二电流量。

6.如权利要求2所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述控制信号具有至少两个比特，所述至少两个比特中的每一个是用于控制所述至少两个电流开关中的一个。

7.如权利要求1所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述至少两个电流开关的数目是等于或小于所述增益开关的数目。

8.如权利要求1所述的可变增益放大器电路，其特征在于，在一时间点，所述至少两个电流开关中仅有一个被开启。

9.一种可变增益放大器电路，其特征在于，所述可变增益放大器电路用于放大输入电压信号以产生输出电压信号，所述可变增益放大器电路包括：

可变增益放大器，具有第一输入端用以接收所述输入电压信号，第二输入端，及输出端用以输出所述输出电压信号；

多个电阻器，分别耦接所述输出端与偏压输入端之间，所述偏压输入端用于接收偏压信号；

多个增益开关，所述增益开关中的每一个耦接于所述第二输入端与多个连接节点中的一个，每一所述连接节点分别位于多个电阻器中的两个之间；

判定单元，用以接收所述输出电压信号，其中所述判定单元根据所述输出电压信号的直流电压电位是否超出限制电位来决定是否产生控制信号；以及

偏移补偿电路，用于依据所述控制信号选择性地提供电流至所述连接节点中的一个。

10.如权利要求9所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述偏移补偿电路包括：

电流源，用于提供电流；

至少两个电流开关，所述至少两个电流开关中的每一个耦接于所述电流源与所述连接节点中的一个；

其中，依据所述控制信号，在一时间点所述至少两个电流开关中仅有一个是被开启，所述电流源通过所述被开启的电流开关向对应连接的连接节点提供所述电流。

11.如权利要求10所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述至少两个电流开关包括第一电流开关与第二电流开关其中，所述第一电流开关耦接至所述连接节点中距离所述输出端最近的连接节点，以及所述第二电流开关耦接至所述连接节点中距离所述偏压输入端最近的连接节点。

12.如权利要求11所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述第一电流开关初始时是被开启，以及当所述输出电压信号的所述直流电压电位超出所述限制电位，所述判定单元产生所述控制信号以开启所述至少两个电流开关中剩余的一个，并关闭所述第一电流开关。

13.如权利要求11所述的可变增益放大器电路，其特征在于，当开启所述第一电流开关时，所述电流源提供具有第一电流量的电流；当开启所述第二电流开关时，所述电流源提供具有第二电流量的电流，且所述第一电流量大于所述第二电流量。

14.如权利要求11所述的可变增益放大器电路，其特征在于，当所述增益开关被开启时，用于放大所述输入电压信号的增益是通过所述电阻器的电阻值与所述偏压信号来确定。

15.如权利要求10所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述控制信号具有至少两个比特，所述至少两个比特中的每一个是用于控制所述至少两个电流开关中的一个。

16.如权利要求10所述的可变增益放大器电路，其特征在于，所述至少两个电流开关的数目是等于或小于所述增益开关的数目。

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