CN101842979A - 可编程增益电路 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种适合于可编程增益放大器的可编程增益电路。在一个设计中，所述可编程增益电路包含串联耦合的多个衰减电路。每一衰减电路在第一模式或第二模式中操作，在所述第一模式中衰减输入信号，且在所述第二模式中传递所述输入信号。所述多个衰减电路可提供相同或不同的衰减量。所述多个衰减电路可包含二进制解码的衰减电路及/或温度计解码的衰减电路。在一个设计中，每一衰减电路包含除法器电路及至少一个开关。所述开关选择所述第一模式或所述第二模式。所述除法器电路在所述第一模式中衰减输入信号且在所述第二模式中传递所述输入信号。所述可编程增益电路针对所有增益设定可具有预定输入阻抗及预定输出阻抗。

Description

可编程增益电路

技术领域

本发明大体来说涉及电子设备，且更具体来说涉及一种增益电路及一种放大器。

背景技术

放大器通常用于放大信号以获得所需的信号电平。放大器广泛用于各种应用，例如通信、计算、联网、消费类电子设备等。举例来说，在无线通信装置中，放大器可用于驱动头戴式耳机、扬声器、外部装置等。

放大器可具有各种要求。举例来说，可要求放大器提供大范围的增益并具有小可编程增益步长。还可能期望放大器具有稳健性能并占用小布局区域以减少成本。

发明内容

本文中描述一种适合在可编程增益放大器中使用并适合与其它电路一起使用的可编程增益电路。在一个设计中，所述可编程增益电路包含串联耦合的多个衰减电路。每一衰减电路可在第一模式或第二模式中操作，并可在所述第一模式中衰减输入信号且在所述第二模式中传递(或不衰减)所述输入信号。所述多个衰减电路可提供相同或不同的衰减量。可通过控制所述多个衰减电路中的每一者以在所述第一模式或所述第二模式中操作来获得对应于不同衰减总量的多个增益设定。

在一个设计中，所述多个衰减电路包含一组二进制解码的衰减电路及一组温度计解码的衰减电路。所述二进制解码的衰减电路可提供不同的衰减量(例如，以2的倍数，以分贝(dB)为单位)，且可按任一次序来选择。可基于选定增益设定来确定所述选定二进制解码的衰减电路。所述温度计解码的衰减电路可提供相等衰减量且可按预定次序来选择。可基于所述选定增益设定来确定选定温度计解码的衰减电路的数目。

所述可编程增益电路针对所有所述增益设定可具有预定输入阻抗及预定输出阻抗。放大器可耦合到所述可编程增益电路且可基于所述可编程增益电路的所述输出阻抗及反馈电阻器提供固定增益。

在一个设计中，每一衰减电路包含除法器电路及至少一个开关。所述至少一个开关为所述衰减电路选择所述第一模式或所述第二模式。所述除法器电路在所述第一模式中衰减输入信号且在所述第二模式中传递所述输入信号。所述除法器电路可借助T电阻器垫、π电阻器垫等实施，且针对所述第一模式及所述第二模式两者可具有固定输入阻抗及固定输出阻抗。在一个设计中，所述至少一个开关包括单刀双掷(SPDT)开关，所述单刀双掷(SPDT)开关在所述第一模式中将中间电流从所述除法器电路引导到接地或在所述第二模式中引导到所述可编程增益电路的输出。在另一设计中，所述至少一个开关包括第一开关及第二开关。所述第一开关跨越所述除法器电路的输入及输出而耦合。所述第二开关耦合于所述除法器电路的中间端口与接地之间。所述第一开关及所述第二开关针对所述第一模式启用所述除法器电路且针对所述第二模式短接所述除法器电路。

下文进一步详细地描述本发明的各个方面及特征。

附图说明

图1A及1B分别显示具有可变反馈电阻器及具有可变输入电阻器的可变增益放大器。

图2显示具有可编程增益电路的可编程增益放大器。

图3A到3C显示具有T电阻垫的三个衰减电路。

图4显示具有π电阻垫的衰减电路。

图5显示具有T电阻垫的另一衰减电路。

图6显示具有两个6dB衰减电路的可编程增益电路。

图7显示具有多个衰减电路的可编程增益电路。

图8显示具有可编程增益电路的差分可编程增益放大器。

图9显示用于调节信号的过程。

图10显示无线通信装置的框图。

具体实施方式

图1A显示具有可变反馈电阻器的可变增益放大器100的示意图。在放大器100内，电阻器112及114具有分别接收V_inp及V_inn信号的一个端以及分别耦合到运算放大器(op-amp)110的非反相及反相输入的另一端。V_inp与V_inn信号形成放大器100的差分输入信号。电阻器116具有耦合到运算放大器110的非反相输入的一个端及耦合到电路接地的另一端。电阻器118具有耦合到运算放大器110的反相输入的一个端及耦合到运算放大器110的输出的另一端。电阻器112及114具有固定值R_in，且电阻器116及118具有可变值R_fb。运算放大器110提供信号放大。电阻器112到118确定放大器100的增益G，所述增益G可表达为：

$G=\frac{R_{\mathrm{fb}}}{f_{\mathrm{in}}}.$ 方程式(1)

一般来说且如本文中所使用，增益可以是：(i)按线性单位等于1，其按对数单位为0dB，(ii)按线性单位大于1，或(iii)按线性单位小于1。按线性单位大于1的增益对应于信号放大及正增益(以dB为单位)。按线性单位小于1的增益对应于信号衰减及负增益(以dB为单位)。衰减为负增益，因此xdB的衰减等效于-xdB的增益。

电阻器116及118的值可变化以调整放大器100的增益。可要求放大器100提供宽增益范围，例如，54dB，其对应于为最小增益的约500倍的最大增益。在此情况下，将需要对电阻器116及118进行设计使得最大值为最小值的约500倍。此一大电阻器比可使信号完整性降级且可进一步要求大电阻器区域，此可增加成本。此外，当R_fb与R_in的反馈比改变以致增益G变化时，反馈回路中的回路增益、带宽以及杂散寄生现象可改变，所述改变均可影响放大器100的稳定性。需要对放大器100进行设计使得对于最坏案例情形也能确保稳定性。

图1B显示具有可变输入电阻器的可变增益放大器150的示意图。在放大器150内，运算放大器160与电阻器162、164、166及168分别以与图1A中运算放大器110与电阻器112、114、116及118相同的方式耦合。电阻器162及164具有可变值R_in，而电阻器166及168具有固定值R_fb。如方程式(1)中所示，可确定放大器150的增益。由于电阻器166及168具有固定值，因此反馈回路中的杂散寄生现象可不随变化的增益G而改变，且无额外的稳定性改变可因使所述增益变化而产生。然而，为获得宽增益范围(例如，54dB)，电阻器162及164可经设计使得最大值为最小值的许多倍(例如，500倍)。大电阻器比可使信号完整性降级且可进一步要求大电阻器区域。

放大器150可经设计以针对电阻器162及164而具有可变值R_in，以及针对电阻器166及168而具有可变值R_fb(图1B中未显示)。接着，此可允许在电阻器162与164以及电阻器166与168之间分割总比率。举例来说，可借助以20的倍数使电阻器162与164变化及以25的倍数使电阻器166与168变化来实现54dB的增益范围以获得500的反馈比范围。然而，反馈回路中的杂散寄生现象仍可因变化的R_fb而改变，此接着可导致额外的稳定性变化。

在一方面中，可编程增益放大器可借助后跟随固定增益放大器的可编程增益电路来实施。所述固定增益放大器可具有固定值R_fb且可因此避免杂散寄生现象对反馈回路的稳定性的效应发生改变。所述可编程增益电路可借助约log₂(N)个级来支持N个不同的增益设定，其中N可为任一整数值。所述可编程增益电路还可为所有N个增益设定提供固定输入阻抗及固定输出阻抗。

图2显示可编程增益放大器200的设计的示意图。在放大器200内，可编程增益电路210具有接收用于差分输入信号的V_inp及V_inn信号的差分输入及耦合到运算放大器220的非反相与反相输入的差分输出。电阻器222具有耦合到运算放大器220的非反相输入的一个端及耦合到电路接地的另一端。电阻器224耦合于运算放大器220的反相输入与输出之间。电阻器222及224具有固定值R_fb。运算放大器220提供单端输出信号V_out。

可编程增益电路210具有窥视电路210的每一输入端口的输入阻抗2R₀及窥视电路210的每一输出端口的输出阻抗2R₀，如图2中所示。电路210以可变量G_pgc衰减差分输入信号，所述可变量G_pgc由增益选择信号确定。运算放大器220提供固定增益G_op-amp，所述固定增益G_op-amp由电路210的输出阻抗2R₀及电阻器222及224的电阻R_fb确定。放大器200的总增益G_total可表达为：

$G_{\mathrm{total}}=G_{\mathrm{pgc}}\·G_{\mathrm{op}-\mathrm{amp}}=G_{\mathrm{pgc}}\·\frac{R_{\mathrm{fb}}}{2R_0}.$ 方程式(2)

一般来说，可编程增益电路可提供任一增益范围且支持任一数目个增益设定。可编程增益电路可与放大器一起使用，例如运算放大器(例如，如图2中所示)，且还可与其它电路一起使用。

可编程增益电路可借助一个或一个以上衰减电路来实施。每一衰减电路在被选定时可提供特定衰减量，且在被绕过时可不提供衰减。在被适当端接时，每一衰减电路还可具有固定输入阻抗R₀及固定输出阻抗R₀。经匹配的输入与输出阻抗可允许串联耦合任一数目个衰减电路。

图3A显示衰减电路320的设计的示意图。输入信号源310提供V_in＝2V的输入电压及I_in＝I的输入电流，其中V及I可以是任何适合的值且可随时间改变。输入电阻器312具有一值R₀且耦合于信号源310与衰减电路320的输入之间。输出电阻器314也具有一值R₀且耦合于衰减电路320的输出与输出信号源316之间。信号源316对衰减电路320可耦合到的低阻抗电路(例如，运算放大器的反相输入)进行建模。信号源316的输出可被认为是虚拟接地。

衰减电路320包含除法器电路330。除法器电路330实施由三个电阻器332、334及336形成的T电阻垫。电阻器332具有一值R₁且耦合于除法器电路330的输入与中心节点C之间。电阻器334具有一值R₂且耦合于中心节点C与除法器电路330的输出之间。电阻器336具有一值R₃且耦合于中心节点C与除法器电路330的中间端口P之间。在图3A中，中间端口P耦合到电路接地。

可选择电阻器值R₁、R₂及R₃以为除法器电路330提供所需衰减量G_atten。此外，可选择R₁、R₂及R₃，使得当以R₀适当端接衰减电路320的输入及输出时，衰减电路320具有输入阻抗R₀及输出阻抗R₀，如图3A中所示。

表1的列2给出了针对其中除法器电路330提供6dB衰减的设计的R₁、R₂及R₃的值。列2还给出了图3A中所标记的各种电压及电流的值。

表1-针对6dB衰减器

参数	衰减电路320		衰减电路322	衰减电路322		衰减电路324	衰减电路324
								增益	-6dB		0dB	-6dB		0dB	-6dB
R1、R2	R0/3		R0/3	R0/3		R0/3	R0/3
								R3	4R0/3		4R0/3	4R0/3		4R0/3	4R0/3
V1	V		3V/2	V		V	V
								V2	V/2		V	V/2		V/2	V/2
V3	0		2V	0		0	0
								I1	I		I/2	I		I	I
I2	I/2		I	I/2		I/2	I/2
								I3	I/2		-I/2	I/2		I/2	I/2
Iout	I/2		I	I/2		I	I/2

如表1的列2中所示，穿过虚拟接地的输出电流I_out为来自信号源310的输入电流I_in＝I的一半(或-6dB)。G_atten的其它值(例如，1.5dB、3dB、12dB等)可借助R₁、R₂及R₃的其它值来获得，还可选择R₁、R₂及R₃以为衰减电路提供固定的输入及输出阻抗R₀。

可将衰减电路320视作电流衰减器，其可将输入电流I₁的某些电流作为电流I₂引导到输出端口并将I₁的剩余部分作为电流I₃引导到中间端口。输出电流I₂与输入电流I₁的比等于衰减G_atten且取决于R₁、R₂及R₃的选定值以及R₀的选定值。可基于其中使用衰减电路320的应用来选择R₀，且R₀针对射频(RF)应用可等于50或75欧，针对音频应用可等于5K、10K或15K欧，等等。

图3B显示可提供0dB或G_atten衰减的衰减电路322的设计的示意图。衰减电路322包含除法器电路330及开关340。开关340为单刀双掷(SPDT)开关：其单刀耦合到除法器电路330的中间端口P；其第一掷耦合到节点A(所述节点A耦合到信号源310的输出)；其第二掷耦合到节点B(所述节点B为电路接地)。

衰减电路322可在旁路模式或衰减模式中操作。在旁路模式中，开关340耦合到节点A，且衰减电路322不提供衰减(或提供0dB衰减)。在衰减模式中，开关340耦合到节点B，且衰减电路322提供衰减G_atten。当选择衰减电路322时，可选择R₁、R₂及R₃以提供所需衰减量G_atten。还可选择R₁、R₂及R₃使得衰减电路322具有带有适当输入及输出端接R₀的输入阻抗R₀及输出阻抗R₀，如图3B中所示。

表1的列3及列4给出针对其中当选择衰减电路322时其提供6dB衰减的设计的R₁、R₂及R₃的值。列3还给出当衰减电路322处于旁路模式中时图3B中所标记的各种电压急电流的值。列4给出当衰减电路322处于衰减模式中时各种电压及电流的值。如列3中所示，在旁路模式中，穿过虚拟接地的输出电流I_out等于来自信号源310的输入电流I_in。如列4中所示，在衰减模式中，穿过虚拟接地的输出电流I_out为来自信号源310的输入电流I_in的一半(或-6dB)。针对旁路模式及衰减模式两者，衰减电路322的输入及输出阻抗均等于R₀。

在图3B中所示的设计中，开关340可在任何给定瞬间耦合到节点A或节点B。节点B在接地处而节点A在可变输入电压V_in处。开关340可借助一个或一个以上金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来实施。当MOSFET的源极及漏极耦合到固定或小电压而非大可变电压时，所述MOSFET的线性可改进。

图3C显示可提供0dB或G_atten衰减的衰减电路324的设计的示意图。衰减电路324包含除法器电路330及开关340。开关340使其单刀耦合到除法器电路330的中间端口P，其第一掷耦合到节点Y(所述节点Y为电路接地)，其第二掷耦合到节点Z(所述节点Z耦合到信号源316的输出处的虚拟接地)。衰减电路322在开关340耦合到节点Y时提供衰减G_atten且在开关340耦合到节点Z时不提供衰减。由于节点Y及Z在实际或虚拟接地处，因此开关340的线性可改进。表1的列5及列6分别给出当衰减电路324处于旁路模式及衰减模式中时图3C中的各种电压及电流的值。

如图3B及3C中所示，衰减电路322为互反的(即，对称的)且可水平翻转以获得衰减电路324。即使针对旁路模式与衰减模式衰减电路324内电压及电流的值可不同于衰减电路322内的对应电压及电流，衰减电路322与324仍具有相同的总转移函数。

图4显示也可提供0dB或G_atten衰减的衰减电路420的设计的示意图。衰减电路420包含除法器电路430及开关440，此二者以与图3C中除法器电路330及开关340相同的方式耦合。

除法器电路430实施由三个电阻器432、434及436形成的π电阻垫。电阻器432具有一值R_a且耦合于除法器电路430的输入与输出之间。电阻器434具有一值R_b且耦合于除法器电路430的输入与中间端口P之间。电阻器436一值R_c且耦合于除法器电路430的输出与中间端口P之间。可选择R_a、R_b及R_c使得衰减电路420在衰减模式中提供所需衰减量G_atten。可进一步选择R_a、R_b及R_c使得衰减电路420针对衰减模式及旁路模式两者均具有带有适当输入及输出端接R₀的输入阻抗R₀及输出阻抗R₀。

图5显示也可提供0dB或G_atten衰减的衰减电路520的设计的示意图。衰减电路520包含除法器电路530以及开关540及542。除法器电路530实施由三个电阻器532、534及536形成的T电阻垫。开关540具有耦合到除法器电路530的中间端口P的一个端及耦合到电路接地的另一端。开关542具有耦合到除法器电路530的输入的一个端及耦合到除法器电路530的输出的另一端。

对于旁路模式，开关542闭合，开关540断开，且除法器电路530实质上被短接。在此模式中，V₂＝V₁且I_out＝I₂＝I₁＝I_in。对于衰减模式，开关542断开，开关540闭合，且除法器电路530被启用。在此模式中，V₂为V₁的一小部分，且I₂为I₁的一小部分。可选择R₁、R₂及R₃使得衰减电路520(i)在衰减模式中提供所需衰减量G_atten且(ii)具有带有适当输入及输出端接的输入及输出阻抗R₀，如图5中所示。

在图5中所示的设计中，当选择旁路模式时，开关542位于信号路径中。开关542可经设计以具有足够小的“接通”电阻及足够小的寄生电容使得不使输入信号过分降级。

图3B到5显示可在旁路模式或衰减模式中操作的衰减电路的一些实例性设计。衰减电路还可由其它设计来实施。一般来说，衰减电路可使用任一类型的除法器电路

(例如，由若干电阻器形成的电阻垫、由若干电容器形成的电容垫等)。电阻垫可为T电阻垫、π电阻垫等。衰减电路还可具有一个或一个以上开关，所述一个或一个以上开关可位于所述衰减电路中任何地方且可以任一方式操作以实现所需功能。

为清晰起见，图3A到5显示耦合于输入信号源310与输出信号源316之间的单个衰减电路。多个衰减电路可经串联耦合以支持多于两个增益设定。

图6显示具有两个衰减电路620a及620b的可编程增益电路600的设计的示意图。每一衰减电路620a包含除法器电路630及开关640，此二者以如上文针对图6C中的除法器电路330与开关340所述的方式耦合。衰减电路620a使其输入耦合到输入电阻器612且使其输出耦合到衰减电路620b的输入。衰减电路620b使其输出耦合到输出电阻器614。输入信号源610耦合到电阻器612，且输出信号源616耦合到电阻器614。

在每一衰减电路620中，除法器电路630实施由三个电阻器632、634及636形成的T电阻垫。每一衰减电路620中的电阻器632、634及636经设计以在所述衰减电路被选定时提供6dB之衰减且具有R₀/3的值。开关640a使其单刀耦合到除法器电路630a的中间端口P，使其第一掷耦合到节点Y1(所述节点Y1为电路接地)，且使其第二掷耦合到节点Z(所述节点Z耦合到信号源616的输出处的虚拟接地)。类似地，开关640b使其单刀耦合到除法器电路630b的中间端口P，使其第一掷耦合到节点Y2(所述节点Y2为电路接地)，且使其第二掷耦合到节点Z。开关640a由S1控制信号控制且可将I/2的中间电流从除法器电路630a的端口P引导到节点Y1或节点Z。开关640b由S2控制信号控制且可将I/4的中间电流从除法器电路630b的端口P引导到节点Y2或节点Z。

表2显示针对由S1及S2控制信号确定的四个不同增益设定的可编程增益电路600的增益。在表2中，对于每一控制信号S1及S2，值“0”对应于旁路模式且值“1”对应于衰减模式。针对每一增益设定，列3中给出线性增益且列4中给出dB增益。

表2

S1	S2	线性增益	dB增益
					0	0	1.00	0	使用
1	0	0.50	-6	使用
					0	1	0.75	-2.5	不使用
1	1	0.25	-1.2	使用

如表2的列3所示，可编程增益电路600的增益可按线性单位以0.25的增量变化。然而，可能期望按对数单位以6dB的增量调整可编程增益电路600的增益。在此情况下，可抛弃(即，不使用)表2的第三行中S1＝1及S2＝0的增益设定。接着，可编程增益电路600可提供S1＝S2＝0(衰减电路620a及620b两者均未被选定)的0dB增益、S1＝0及S2＝1(仅选择衰减电路620b)的-6dB增益及S1＝S2＝1(衰减电路620a及620b两者均被选定)的-12dB增益。

图7显示具有串联耦合的多个(K)衰减电路720a到720k的可编程增益电路700的设计的示意图，其中K可为大于1的任一整数值。输入电阻器712在一个端处接收输入信号V_in并将使其另一端耦合到第一衰减电路720a的输入。每一衰减电路720(除最后一个衰减电路720k以外)使其输出耦合到下一衰减电路的输入。输出电阻器714使其一个端耦合到最后一个衰减电路720k的输出且使另一端耦合到电路700的输出，所述输出可为如图7中所示的虚拟接地或低阻抗节点。

每一衰减电路720可借助图3C中的衰减电路324、图4中的衰减电路420、图5中的衰减电路520或某一其它衰减电路实施。每一衰减电路720可在衰减模式或旁路模式中基于其Sk控制信号操作，其中k∈{1，...，K}。衰减电路720a到720k可经设计以在被选定时分别提供衰减G₁到G_K。G₁到G_K各自可为任何适合的值且可基于其中使用电路700的应用来选择。衰减电路720a到720k可经设计使得：(i)每一衰减电路在被选定时可为所述衰减电路提供所需衰减量G_k，(ii)窥视第一衰减电路720a的输入的输入阻抗针对所有增益设定均为R₀，且(iii)窥视最后一个衰减电路720k的输出的输出阻抗针对所有增益设定也均为R₀，假定以R₀适当端接电路700的输入及输出，如图7中所示。

一般来说，可编程增益电路可包含任一数目个串联耦合的衰减电路，且每一衰减电路在被选定时可提供任一衰减量。可基于其中使用所述可编程增益电路的应用来选择总增益范围、增益设定的数目及增益步长。

图8显示由后跟随有运算放大器830的可编程增益电路802组成的可编程增益放大器800的设计的示意图。放大器800提供步长为1.5dB的58.5dB的总增益范围且具有总共40个增益设定。放大器800接收由V_inp及V_inn信号组成的差分输入信号并提供由V_out信号组成的单端输出信号。

对于V_inp信号路径，可编程增益电路802包含七个串联耦合的衰减电路821a到827a。输入电阻器812a在一端处接收V_inp信号且使其另一端耦合到第一衰减电路821a的输入。输出电阻器814a使一端耦合到最后一个衰减电路827a的输出且使另一端耦合到运算放大器830的非反相输入。对于V_inn信号路径，可编程增益电路802包含七个串联耦合的衰减电路821b到827b。输入电阻器812b在一端处接收V_inn信号且使其另一端耦合到第一衰减电路821b的输入。输出电阻器814b使一端耦合到最后一个衰减电路827b的输出且使另一端耦合到运算放大器830的反相输入。V_inn信号路径实质上为V_inp信号路径的镜像。

电阻器816a使一端耦合到运算放大器830的非反相输入且使另一端耦合到电路接地。反馈电阻器816b耦合于运算放大器830的反相输入与输出之间。

在图8中所示的设计中，每一输入信号路径中的三个衰减电路821到823借助二进制解码实施并以2的倍数(以dB为单位)提供不同的衰减量。衰减电路821在被选定时提供1.5dB的衰减，衰减电路822在被选定时提供3dB的衰减，且衰减电路823在被选定时提供6dB的衰减。衰减电路821a到823b中的每一者均可借助图5中的衰减电路520实施。衰减电路821a到823b中的每一者的节点X对应于图5中的节点X。衰减电路821a到823b的X节点耦合到共模节点V_cm，所述共模节点为具有DC电压的低阻抗节点，所述DC电压为V_inp与V_inn信号的平均电压的约一半。衰减电路821a到823a中的每一者在旁路模式中将其所有输入电流I₁引导到输出，且在衰减模式中将其中间电流I₃引导到节点V_cm，如上文针对图5所述。

在图8中所示的设计中，每一输入信号路径中的四个衰减电路824到827借助温度计解码实施并提供相同的衰减量。每一衰减电路在被选定时提供12dB的衰减。衰减电路824a到827b中的每一者可借助图3C中的衰减电路324或图4中的衰减电路420实施。衰减电路824a到827b中的每一者的节点Y对应于图3C或图4中的节点Y，且节点Z对应于图3C或图4中的节点Z。衰减电路824a到827a的Z节点耦合到运算放大器830的非反相输入。衰减电路824b到827b的Z节点耦合到运算放大器830的反相输入。衰减电路824a到827b的Y节点耦合到节点V_cm。衰减电路824a到827a中的每一者在旁路模式中将其中间电流I₃引导到运算放大器830的非反相输入且在衰减模式中引导到节点V_cm。衰减电路824b到827b中的每一者在旁路模式中将其中间电流I₃引导到运算放大器830的反相输入且在衰减模式中引导到节点V_cm。

可按任一次序且独立于彼此地选择三对衰减电路821a与821b、822a与822b及823a与823b。可选择衰减电路821a与821b以提供1.5dB的衰减，可选择衰减电路822a与822b以提供3dB的衰减，且可选择衰减电路823a与823b以提供6dB的衰减。所选择的每一衰减电路将其中间电流I₃引导到节点V_cm，所述节点接着提供衰减。

可按预定次序选择四对衰减电路824a与824b、825a与825b、826a与826b及827a与827b以获得步长为12dB的衰减。首先可选择衰减电路824a与824b以提供12dB的衰减，接下来可进一步选择衰减电路825a与825b以提供24dB的衰减，接下来可进一步选择衰减电路826a与826b以提供36dB的衰减，最后可进一步选择衰减电路827a与827b以提供48dB的衰减。所选择的每一衰减电路将其中间电流I₃引导到节点V_cm，所述节点随后提供衰减。未选择的每一衰减电路将其中间电流I₃引导到运算放大器830的非反相输入或反相输入，所述非反相输入或反相输入接着不提供衰减。

表3针对图8中的每一衰减电路给出R₀、R₁、R₂及R₃的值。表3假定其中如图5中所示实施衰减电路821a到823b中的每一者及如图3C中所示实施衰减电路824a到827b中的每一者的设计。

表3

参数	衰减电路821	衰减电路822	衰减电路823	衰减电路824	衰减电路825	衰减电路826	衰减电路827
								增益	-1.5dB	-3dB	-6dB	-12dB	-12dB	-12dB	-12dB
R0	15KΩ	15KΩ	15KΩ	15KΩ	15KΩ	15KΩ	15KΩ
								R1、R2	1.30KΩ	2.57KΩ	5KΩ	9KΩ	9KΩ	9KΩ	9KΩ
R3	86.1KΩ	42.4KΩ	20KΩ	8KΩ	8KΩ	8KΩ	8KΩ
								控制	按任一次序选择	按任一次序选择	按任一次序选择	第一选择	第二选择	第三选择	第四选择

对于图8中所示的设计，可使用由位b1到b6组成的6位增益选择信号来选择40个增益设定中的一者。所述增益选择信号可介于从针对0dB的最大增益设定的b6...b1＝000000(二进制)到针对-58.5dB的最小增益设定的b6...b1＝100111(二进制)的范围内。对于增益设定x(十进制)，衰减量为1.5xdB，其中x介于从0到39的范围内。用于图8中的七对衰减电路的S1到S7控制信号可如下产生：S1＝b1，S2＝b2，S3＝b3，S4＝b4+b5+b6，S5＝b5+b6，S6＝b4*b5+b6，且S7＝b6，其中“+”表示逻辑OR运算且“*”表示逻辑AND运算。因此，可容易地从经二进制译码的增益选择信号的位b1到b6中产生S1到S7控制信号。

二进制解码的衰减电路821a到823b针对小衰减的使用与温度计解码的衰减电路824a到827b针对大衰减的使用两者可改进增益准确度，同时减少衰减电路的数目。对于具有大衰减的衰减电路，因集成电路(IC)制造过程中的随机变化所致的电阻器值的小比例改变可导致与1.5dB的最小增益步长相比相对较大的增益误差。因此，温度计解码可用于具有大衰减的衰减电路以改进增益准确度。对于具有较小衰减的衰减电路，因随机过程变化所致的电阻器值的相同比例改变可导致与1.5dB的最小增益步长相比相对较小的增益误差。因此，二进制解码可用于具有较小衰减的衰减电路以减少衰减电路的数目而不牺牲增益准确度。如同在电路600中，为了获得以dB为单位的最简单增益增量，二进制解码的衰减电路应被放置于温度计解码的衰减电路前面。

图8显示具有三对二进制解码的衰减电路821a到823b及四对温度计解码的衰减电路824a到827b的实例性可编程增益电路802。一般来说，可编程增益电路可包含任一数目个二进制解码的衰减电路及任一数目个温度计解码的衰减电路。可基于所需的总增益范围、所需的增益步长、所需的增益准确度、所预期的IC过程变化量及/或其它因素选择二进制解码的衰减电路的数目及温度计解码的衰减电路的数目。

图9显示用于调节信号的过程900的设计的流程图。可从多个增益设定中选择增益设定(块912)。基于所述选定增益设定为多个衰减电路产生多个控制信号(块914)。每一控制信号可为相关联衰减电路选择第一/衰减模式或第二/旁路模式。每一衰减电路可在第一模式中衰减输入信号并在第二模式中绕过(或不衰减)所述输入信号。可通过所述多个衰减电路传递所述输入信号以获得对应于所述选定增益设定的增益(块916)。

所述多个衰减电路可包括一组二进制解码的衰减电路。可产生控制信号以按任一次序选择二进制解码的衰减电路，其中基于所述选定增益设定来确定所述选定二进制解码的衰减电路。另一选择为或此外，所述多个衰减电路可包括一组温度计解码的衰减电路。可产生控制信号以按预定次序选择温度计解码的衰减电路，其中基于选定增益设定来确定选定温度计解码的衰减电路的数目。一般来说，选择衰减电路的方式可取决于衰减电路的设计。

本文中所述的可编程增益电路可用于各种应用，例如通信、计算、联网、个人电子设备等。举例来说，可编程增益电路可用于无线通信装置、蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、游戏装置、计算装置、膝上型计算机、消费类电子装置、个人计算机、无线电话等。下文描述所述可编程增益电路在无线通信装置中的实例性用途。

图10显示用于无线通信系统的无线通信装置1000的设计的框图。无线装置1000可为蜂窝式电话、终端、手机、无线调制解调器等。所述无线通信系统可为码分多址(CDMA)系统、全球移动通信系统(GSM)系统等。

无线装置1000能够经由接收路径及发射路径提供双向通信。在接收路径上，天线1012接收由基站发射的信号并将其提供给接收器(RCVR)1014。接收器1014调节并数字化所接收信号且将样本提供给数字区段1020以供进一步处理。在发射路径上，发射器(TMTR)1016接收将从数字区段1020发射的数据，处理并调节所述数据，且产生经调制信号，所述经调制信号经由天线1012发射到基站。接收器1014及发射器1016可为可支持CDMA、GSM等的收发器的一部分。

数字区段1020包含各种处理、接口及存储器单元，例如，调制解调器处理器1022、精简指令集计算机/数字信号处理器(RISC/DSP)1024、控制器/处理器1026、存储器1028、音频处理器1030、音频驱动器1032、外部装置驱动器1034及显示器驱动器1036。调制解调器处理器1022可执行针对数据发射及接收的处理，例如，编码、调制、解调、解码等。RISC/DSP 1024可执行无线装置1000的一般及专门处理。控制器/处理器1026可指导数字区段1020内各种单元的操作。存储器1028可存储用于数字区段1020内各种单元的数据及/或指令。

音频处理器1030可对来自音频源1040、麦克风1042等的输入信号执行编码。音频处理器1030还可对经译码的音频数据执行解码且可将输出信号提供给音频驱动器1032。音频驱动器1032可驱动头戴式耳机1044、扬声器1046等。外部装置驱动器1034可驱动外部装置1048及/或可从外部装置1048接收信号。显示器驱动器1036可驱动显示器单元1050。

如图10中所示，可编程增益电路可用于期望或要求可变增益的各种块中。例如，可编程增益电路可用于接收器1014中、发射器1016中、音频驱动器1032中、外部装置驱动器1034中、显示器驱动器1036中、音频源1040中、外部装置1048中等。作为具体实例，图8中的可编程增益放大器800可用于音频驱动器1032以驱动头戴式耳机1044及/或扬声器1046。

本文中所述的可编程增益电路可实施于IC、模拟IC、RF IC(RFIC)、混合信号IC、专用集成电路(ASIC)、印刷电路板(PCB)、电子装置等上。可编程增益电路还可借助例如互补金属氧化物半导体(CMOS)、N-通道MOS(N-MOS)、P-通道MOS(P-MOS)、双极型结晶体管(BJT)、双极-CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等各种IC工艺技术来制作。

实施本文中所述的可编程增益电路的设备可为独立装置或可为较大装置的一部分。装置可为：(i)独立IC；(ii)一组一个或一个以上IC，其可包含用于存储数据及/或指令的存储器IC；(iii)RFIC，例如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)；(iv)ASIC，例如移动台调制解调器(MSM)；(v)模块，其可嵌入于其它装置内；(vi)接收器、蜂窝式电话、无线装置、手机或移动单元；(vii)等等。

提供对本发明的先前说明旨在使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将易于了解本发明的各种修改，且本文中所界定的通用原理还可应用于其它变化，此并不背离本发明的范围。因此，本发明并不打算限定于本文中所述的实例及设计，而是应被赋予与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最宽广范围。

Claims (25)

1.一种设备，其包括：

除法器电路，其经配置以接收输入信号并提供输出信号；及

至少一个开关，其耦合到所述除法器电路并经配置以为所述除法器电路选择第一模式或第二模式，所述除法器电路在所述第一模式中衰减所述输入信号且在所述第二模式中不衰减所述输入信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个开关包括单刀双掷(SPDT)开关，所述单刀双掷(SPDT)开关经配置以在所述第一模式中将中间电流从所述除法器电路引导到接地且在所述第二模式中引导到电路输出。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个开关包括

第一开关，其跨越所述除法器电路的输入及输出而耦合，及

第二开关，其耦合于所述除法器电路的中间端口与接地之间，对于所述第一模式，所述第一开关断开而所述第二开关闭合，且对于所述第二模式，所述第一开关闭合而所述第二开关断开。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述除法器电路包括电阻器垫，所述电阻器垫包含

第一电阻器，其耦合于所述除法器电路的输入与中心节点之间，

第二电阻器，其耦合于所述除法器电路的所述中心节点与输出之间，及

第三电阻器，其耦合于所述除法器电路的所述中心节点与中间端口之间。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述除法器电路包括电阻器垫，所述电阻器垫包含

第一电阻器，其耦合于所述除法器电路的输入与输出之间，

第二电阻器，其耦合于所述除法器电路的所述输入与中间端口之间，及

第三电阻器，其耦合于所述除法器电路的所述输出与所述中间端口之间。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述除法器电路针对所述第一及第二模式两者具有预定输入阻抗及预定输出阻抗。

7.一种设备，其包括：

可编程增益电路，其包括串联耦合的多个衰减电路，每一衰减电路可在第一模式或第二模式中操作并经配置以在所述第一模式中衰减输入信号且在所述第二模式中不衰减所述输入信号。

8.根据权利要求7所述的设备，其进一步包括：

放大器，其具有耦合到所述可编程增益电路的输入，所述放大器基于所述可编程增益电路的输出阻抗提供固定增益。

9.根据权利要求7所述的设备，其中每一衰减电路包括

除法器电路，其经配置以接收输入信号并提供所述除法器电路的输出信号，及

至少一个开关，其耦合到所述除法器电路并经配置以为所述衰减电路选择所述第一模式或所述第二模式，所述除法器电路在所述第一模式中衰减所述输入信号且在所述第二模式中不衰减所述输入信号。

10.根据权利要求7所述的设备，其中所述多个衰减电路包括

一组二进制解码的衰减电路，其提供不同的衰减量，及

一组温度计解码的衰减电路，其提供相等的衰减量。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述二进制解码的衰减电路可按任一次序来选择且所述温度计解码的衰减电路按预定次序来选择。

12.根据权利要求10所述的设备，其中所述二进制解码的衰减电路中的每一者包括

除法器电路，其经配置以接收输入信号并提供所述除法器电路的输出信号，

第一开关，其跨越所述除法器电路的输入及输出而耦合，及

第二开关，其耦合于所述除法器电路的中间端口与接地之间，对于所述第一模式，所述第一开关断开而所述第二开关闭合，且对于所述第二模式，所述第一开关闭合而所述第二开关断开。

13.根据权利要求10所述的设备，其中所述温度计解码的衰减电路中的每一者包括

除法器电路，其经配置以接收输入信号并提供输出信号，及

单刀双掷(SPDT)开关，其经配置以在所述第一模式中将中间电流从所述除法器电路引导到接地且在所述第二模式中引导到所述可编程增益电路的输出。

14.根据权利要求7所述的设备，其中所述可编程增益电路支持对应于不同衰减量的多个增益设定。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述可编程增益电路针对所有所述多个增益设定具有预定输入阻抗及预定输出阻抗。

16.一种集成电路，其包括：

可编程增益电路，其包括串联耦合的多个衰减电路，每一衰减电路可在第一模式或第二模式中操作并经配置以在所述第一模式中衰减输入信号且在所述第二模式中不衰减所述输入信号。

17.根据权利要求16所述的集成电路，其进一步包括：

放大器，其具有耦合到所述可编程增益电路的输入，所述放大器基于所述可编程增益电路的输出阻抗提供固定增益。

18.根据权利要求16所述的集成电路，其中每一衰减电路包括

除法器电路，其经配置以接收输入信号并提供所述除法器电路的输出信号，及

至少一个开关，其耦合到所述除法器电路并经配置以为所述衰减电路选择所述第一模式或所述第二模式，所述除法器电路在所述第一模式中衰减所述输入信号且在所述第二模式中不衰减所述输入信号。

19.根据权利要求16所述的集成电路，其中所述多个衰减电路包括

一组二进制解码的衰减电路，其提供不同的衰减量，及

一组温度计解码的衰减电路，其提供相等的衰减量。

20.一种方法，其包括：

从多个增益设定中选择增益设定；

基于所述选定增益设定产生用于多个衰减电路的多个控制信号，每一控制信号为相关联衰减电路选择第一模式或第二模式，每一衰减电路在所述第一模式中衰减输入信号且在所述第二模式中不衰减所述输入信号；及

通过所述多个衰减电路传递所述输入信号以获得对应于所述选定增益设定的增益。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述多个衰减电路包括一组二进制解码的衰减电路，且其中所述产生所述多个控制信号包括产生所述多个控制信号以按任一次序选择所述二进制解码的衰减电路，其中基于所述选定增益设定来确定所述选定二进制解码的衰减电路。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述多个衰减电路包括一组温度计解码的衰减电路，且其中所述产生所述多个控制信号包括产生所述多个控制信号以按预定次序选择所述温度计解码的衰减电路，其中基于所述选定增益设定来确定选定温度计解码的衰减电路的数目。

23.一种设备，其包括：

用于从多个增益设定中选择增益设定的装置；

用于基于所述选定增益设定产生用于多个衰减电路的多个控制信号的装置，每一控制信号为相关联衰减电路选择第一模式或第二模式，每一衰减电路在所述第一模式中衰减输入信号且在所述第二模式中不衰减所述输入信号；及

用于通过所述多个衰减电路传递所述输入信号以获得对应于所述选定增益设定的增益的装置。

24.根据权利要求23所述的设备，其中所述多个衰减电路包括一组二进制解码的衰减电路，且其中所述用于产生所述多个控制信号的装置包括用于产生所述多个控制信号以按任一次序选择所述二进制解码的衰减电路的装置，其中基于所述选定增益设定来确定所述选定二进制解码的衰减电路。

25.根据权利要求23所述的设备，其中所述多个衰减电路包括一组温度计解码的衰减电路，且其中所述用于产生所述多个控制信号的装置包括用于产生所述多个控制信号以按预定次序选择所述温度计解码的衰减电路的装置，其中基于所述选定增益设定来确定选定温度计解码的衰减电路的数目。

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