CN102007695A - 整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器 - Google Patents

Abstract

一种整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路，其中一组或多组选择开关凭借选择性地连接输入信号电极至一个或多个对应的彼此串联的电阻式阶梯电路结构以实现预定的衰减，从而在较广的频宽提供大致上较为固定的信号衰减值。凭借单一电阻式阶梯电路结构，衰减控制利用温度计码开关码实现。凭借多重电阻式阶梯电路结构，衰减的粗略控制及细微控制可以分别利用温度计码及气泡开关码实现。

Description

整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器

技术领域

本发明关于信号衰减电路，特别是关于数字控制的信号衰减电路。

背景技术

数字控制衰减电路是相关领域中的公知技术。这种衰减器电路一般而言是使用于阻抗控制的环境，且允许其衰减控制以分贝(decibels；简称dB)的整数倍或分数倍为单位进行。这种衰减器的一种特别形式被称为以分贝为单位的线性衰减器(linear-in-dBattenuator)，其使用温度计码(thermometer code)形式的开关信号，或控制信号，使得其衰减以单一dB单位变化。

参见图1，传统式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器包含由串联电阻Rs2-Rs7及并联电阻Rp1-Rp7所构成的电阻式阶梯电路，大致连接成如图所示的架构，并对其施加输入电压信号Vin。节点N1-N7上的电压施加至单刀单掷开关电路S1-S7的投端电极(throwelectrode)。开关S1-S7的极端电极(pole electrode)彼此相连以提供输出信号Vout。开关S1-S7的控制利用温度计码控制信号以依赖于所需的衰减程度选择性地关合个别的开关。(在一示范性实施例中，串联电阻Rs2-Rs7理论上具有109欧姆(ohms)的电阻值，而并联电阻Rp1-Rp7理论上具有8170欧姆的电阻值。)

参见图1A，此传统衰减器电路的问题之一在于由电路结构产生的频宽有限。由图1A可知，在频率Fc或其附近，其衰减不再维持固定而是开始增加。这是由开关电路S1-S7所导致的，其通常是以具有低导通电阻的金属氧化半导体场效晶体管(MOSFET)开关所制成。如相关领域所习知，此种组件通常在其漏极和源极电极具有相当高的寄生电容。此寄生电容使得频宽受限，从而导致衰减特性在特定频率Fc以上即不再固定。此外，图1A亦显示，当衰减增加时则频宽减少。这是由于更多开关S1-S7处于切断状态所造成的电容增加。

发明内容

一种整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路，其中一组或多组选择开关通过选择性地连接输入信号电极至一个或多个对应的电阻式阶梯电路结构而彼此串联，以实现预定的衰减，从而在较广的频宽提供大致上较为固定的信号衰减值。凭借单一电阻式阶梯电路结构，衰减控制利用温度计开关码实现。凭借多重电阻式阶梯电路结构，衰减的粗略控制及细微控制可以分别利用温度计码及气泡开关码实现。

依据本发明的实施例，一种整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路包含：

多个衰减控制电极，以依据温度计码传送对应信号衰减值的多个数字控制信号；

输入信号电极，以传送具有一定强度的输入信号；

输出信号电极，以传送对应该输入信号的输出信号，该输出信号具有小于该输入信号强度而关联该信号衰减值的强度；以及

电阻式电路结构，耦合于该输入及输出信号电极之间，并依据该多个数字控制信号衰减该输入信号以提供该输出信号。

依据本发明的另一实施例，一种整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路包含：

第一多个衰减控制电极，以依据温度计码传送对应第一信号衰减值的第一多个数字控制信号；

第二多个衰减控制电极，以依据气泡码传送对应第二信号衰减值的第二多个数字控制信号；

输入信号电极，以传送具有一定强度的输入信号；

中介信号电极，以传送对应于该输入信号之中介信号，该中介信号具有小于该输入信号强度而关联该第一信号衰减值的强度；

输出信号电极，以传送对应该中介信号的输出信号，该输出信号具有小于该中介信号强度而关联该第二信号衰减值的强度；

第一电阻式阶梯电路结构，耦合于该输入及中介信号电极之间，并依据该第一多个数字控制信号衰减该输入信号以提供该中介信号；以及

第二电阻式阶梯电路结构，连接于该中介及输出信号电极之间，并依据该第二多个数字控制信号衰减该中介信号以提供该输出信号。

附图说明

图1是传统的数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路的示意图。

图1A是图1电路的衰减对频率的曲线图。

图2是依据本发明实施例的数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路的示意图。

图2A是图2电路的衰减对频率的曲线图。

图3是用于图2衰减器电路的开关电路的示范性实施方式的示意图。

图4是依据本发明另一实施例的数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路的框图。

图5是依据本发明一实施例的用于衰减器控制信号的温度计码及气泡码的对照表。

图6是运用图5衰减器控制信号的图4衰减器电路的衰减程度比时间的曲线图。

具体实施方式

以下是配合附图对本发明示范性实施例的详细说明。这种说明是用以例示而非意欲限制本发明的范畴。实施例的说明细节足以使得该领域的一般技术人员可以实施本发明的主要内容，且其应理解，其它实施例可以在未脱离本发明的精神或范畴下以变异的形式被实施。

本公开中，若无明确标示，则其应理解所描述的个别电路构件可以表示单个或多个的涵义。举例而言，“电路”一词可以包含单一组件或多个组件，其可以是主动式及/或被动式，且可以彼此连接或耦合(例如，一个或多个集成电路芯片)以提供所述的功能。另外，“信号”一词可以表示一个或多个电流信号、一个或多个电压信号或数据信号。在附图中，类似或相关的构件将拥有类似或相关的字母、数字或字母数字标识。此外，当本发明是以使用分离的电子电路(尤其是一个或多个集成电路芯片)的形式呈现其实施方式时，根据待处理的信号频率或数据速率，这种电路的任一部分的功能可以用一个或多个适当的编程处理器选择性地实施。

参见图2，依据本发明一实施例的整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器包含电阻式阶梯电路，其具有串联电阻Rs2-Rs7、并联电阻Rp1-Rp7、以及单刀双掷式开关电路S1-S6，所有构件大致连接成如图所示的架构。(本领域一般技术人员应能理解，依据所需的衰减dB级数，其可以使用较多或较少的串联及并联电阻以及开关电路。)输入信号Vin透过电阻Rp7施加至串联电阻Rs2-Rs7，并透过开关电路S 1-S6施加至电阻Rp1-Rp6。据此，输出信号Vout呈现于电阻式阶梯电路的输出端(例如，相对于开关电路S 1-S6的彼此连接极端电极)。依据戴维宁定理(，由于开关电路S1-S6的极端电极均被并联的Rp1-Rp6及串联的Rs2-Rs6电阻与输出节点No隔离，且根据所需的信号衰减，投端电极不是连接至低阻抗输入节点Ni就是连接至低阻抗电路接地端GND，使得此电路架构妥善地在输出节点No维持充足的输出阻抗。

参见图2A，基于此电路架构，由于开关电路S 1-S6的寄生电容与输出节点No相隔离，其信号衰减得以在较广的频带维持更加固定。

参见图3，诸如第一开关电路S1的开关电路的示范性实施例包含数对彼此相连成传输闸的N型及P型MOSFET。例如，MOS晶体管互补对N1、P1及N2、P2，如图所示其漏极及源极电极彼此相连。进入的控制信号驱动晶体管N1及P2的闸极电极，而反相控制信号(由反相器电路INV进行反相)则驱动晶体管P1及N2的闸极电极。因此，当控制信号确立为高位准时，N1-P1晶体管对被导通而N2-P2晶体管对则被关闭。反的，当控制信号是低位准的时，晶体管对N2-P2被导通而N1-P1晶体管对则被关闭。或者，单个的晶体管可以用作带通晶体管，而不是传输闸。举例而言，其可以使用晶体管N1及P2而省略晶体管P1及N2。

参见图4，依据本发明另一实施例的数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路400包含至少彼此串联的二级电路200、100，其中的第一级200是与图2一致的电路，而第二级100是与图1一致的电路(其中图2的输出节点No连接至图1的输入节点N7)。据此，凭借实施成图2及图1示范电路的二级电路200、100，该第一级200将具有M＝6级电阻式衰减器(以及M＝6个开关)用以M阶的粗略调整，而该第二级100将具有N＝7级电阻式衰减器(以及N＝7个开关)用以N阶的细微调整。此产生仅需要M+N＝13级电阻式衰减器(包含M+N＝13个开关)即能具有M*N＝42个可能调整，其明显少于传统以分贝为单位的线性衰减器电路所需的M*N＝42级电阻式衰减器(包含M*N＝42个开关)。

基于参考电阻值Rref，第一级200(Rs2-Rs7及Rp1-Rp7)和第二级100(Rs2-Rs7及Rp1-Rp7)的较佳相对电阻值如下所示(其中a＜1且k＜1)：

第一级200

Rs2＝Rs3＝Rs4＝Rs5＝Rs6＝Rs7＝Rref/a-Rref

Rp1＝Rp2＝Rp3＝Rp4＝Rp5＝Rp6＝Rp7＝Rref/(1-a)

第二级100

Rs2＝Rs3＝Rs4＝Rs5＝Rs6＝Rs7＝Rref

Rp1＝Rp2＝Rp3＝Rp4＝Rp5＝Rp6＝Rp7＝(Rref*k/(1-k))*((Rref*k/(1-k))+Rref)/Rref

举例而言，对于参考电阻值Rref＝500以及a＝0.9441且k＝0.7079，其可以分别实现3dB及0.5dB的粗略及细微调整单位。

虽然由于第一级200中的电阻Rp7及Rs2-Rs7(图2)使得此衰减器电路400的最小衰减是等于粗略衰减单位而非零(0dB)，但该领域的一般技术人员应能轻易地领会此微小信号减损可以凭借紧接于第二级衰减器100后的输出缓冲放大器(未显示于图中)的增益加以补偿。

参见图5，依据本发明的实施例，用于根据图4的数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路400的衰减器控制信号(即，开关控制信号CONTROL(图1及图2))示为，对于第一级200，具有M＝5级电阻式衰减器及用于M阶粗略调整的M＝5个开关(即，开关S6和电阻Rp6、Rp7及Rs7不使用，而输入信号Vin施加至电阻Rs6)，以及对于第二级100，具有N＝7级电阻式衰减器及用于N阶细微调整的N＝7个开关。此外依据本发明，第一级200依据温度计码提供粗略衰减控制，而第二级100依据气泡码提供细微衰减控制。

在提供粗略衰减控制的第一级200的情形，为这样的R-2R电阻式阶梯电路结构使用温度计码的优点在于提供以分贝为单位的线性衰减的能力。此与使用二进制代码形成对比，其是提供电压域线性控制。

参见图6，为衰减器控制信号使用图5的温度计码及气泡码的图4的衰减器电路的衰减程度比时间的关系。

在未脱离本发明的范畴及精神下，本发明的结构及运作方法上的许多其它修改及替代对于本领域技术人员是显而易见的。虽然本发明的说明是关于特定的较佳实施例，但其应理解本发明的范围不应过度限制于这种特定实施例。以下的权利要求用以界定本发明的范畴，并涵盖在这些权利要求的范围以及其等同方式内的结构及方法。

Claims (20)

1.一种包含整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路的装置，包含：

多个衰减控制电极，用以依据温度计码传送对应于信号衰减值的多个数字控制信号；

输入信号电极，用以传送具有一定强度的输入信号；

输出信号电极，用以传送对应该输入信号的输出信号，该输出信号具有小于该输入信号强度而关联该信号衰减值的强度；以及

电阻式电路结构，耦合于该输入及输出信号电极之间，并依据该多个数字控制信号衰减该输入信号以提供该输出信号

2.根据权利要求1所述的装置，其中该电阻式电路结构包含：

电阻式阶梯电路，其包含

多个串联电阻，串联于该输入及输出信号电极之间，及

多个并联电阻，各该并联电阻分别并联式地并联于该多个串联电阻之一；以及

多个开关电路，各该开关电路包含

开关控制电极，连接至该多个衰减控制电极之一，及

极端及投端电极，连接至该多个并联电阻之一及该输入信号电极。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：

该多个串联电阻包含第一多个偏压金属氧化半导体(MOS)晶体管；且

该多个并联电阻包含第二多个偏压MOS晶体管。

4.根据权利要求2所述的装置，更包含电路接地端电极以传送电路接地端电位，且其中：

该极端及投端电极包含极端电极，以及第一和第二投端电极；

该极端电极连接至该多个并联电阻之一；

该第一投端电极连接至该输入信号电极；且

该第二投端电极连接至该电路接地端电极。

5.根据权利要求1所述的装置，其中该电阻式电路结构包含：

电阻式阶梯电路，其包含

输入信号电极，以接收具有一定强度的输入信号；

输出信号电极，以提供对应该输入信号的输出信号，该输出信号具有小于该输入信号强度而关联信号衰减值的强度；

多个并联电极，耦合于该输入及输出信号电极之间；

第一多个电阻，介于该输入及输出信号电极之间，及

第二多个电阻，介于该多个并联电极及该第一多个电阻之间；以及

开关电路，连接至该电阻式阶梯电路且包含

多个控制电极，以接收对应于该信号衰减值的多个数字控制信号，及

多个极端及投端电极，分别连接至该多个并联电极及该输入信号电极。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：

该第一多个电阻包含多个串联电阻串联于该输入及输出信号电极之间；且

该第二多个电阻包含多个并联电阻，各该并联电阻分别连接于至少该多个串联电阻之一及该多个并联电极之一之间。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：

该多个串联电阻包含第一多个偏压金属氧化半导体(MOS)晶体管；以及

该多个并联电阻包含第二多个偏压MOS晶体管。

8.根据权利要求5所述的装置，更包含电路接地端电极以传送电路接地端电位，且其中：

该多个极端电极中的各极端电极分别连接至该多个并联电极中之一；

该多个投端电极包含多个第一投端电极及多个第二投端电极；

该多个第一投端电极中的各投端电极连接至该输入信号电极；以及

该多个第二投端电极中的各投端电极连接至该电路接地端电极。

9.一种包含整合式数字控制的以分贝为单位的线性衰减器电路的装置，包含：

第一多个衰减控制电极，以依据温度计码传送对应第一信号衰减值的第一多个数字控制信号；

第二多个衰减控制电极，以依据气泡码传送对应第二信号衰减值的第二多个数字控制信号；

输入信号电极，以传送具有一定强度的输入信号；

中介信号电极，以传送对应该输入信号之中介信号，该中介信号具有小于该输入信号强度而关联该第一信号衰减值的强度；

输出信号电极，以传送对应该中介信号的输出信号，该输出信号具有小于该中介信号强度而关联该第二信号衰减值的强度；

第一电阻式阶梯电路结构，耦合于该输入及中介信号电极之间，并依据该第一多个数字控制信号衰减该输入信号以提供该中介信号；以及

第二电阻式阶梯电路结构，连接于该中介及输出信号电极之间，并依据该第二多个数字控制信号衰减该中介信号以提供该输出信号。

10.根据权利要求9所述的装置，其中：

该第一电阻式阶梯电路结构包含

第一电阻式阶梯电路，其包含第一多个串联电阻及第一多个并联电阻，该第一多个串联电阻串联于该输入及中介信号电极之间，且各该并联电阻分别并联式地耦合于至少该第一多个串联电阻中之一；以及

第一多个开关电路，各该第一开关电路包含

第一开关控制电极，耦合至该第一多个衰减控制电极中之一，及

第一极端及投端电极，耦合至该第一多个并联电阻中之一及该输入信号电极；且

该第二电阻式阶梯电路结构包含

第二电阻式阶梯电路，其包含第二多个串联电阻及第二多个并联电阻，该第二多个串联电阻是串联至该中介信号电极，且各该并联电阻是分别并联式地耦合于至少该第二多个串联电阻中之一；以及

第二多个开关电路，各该第二开关电路包含

第二开关控制电极，连接至该第二多个衰减控制电极之一，及

第二极端及投端电极，连接至该第二多个并联电阻中之一及该输出信号电极。

11.根据权利要求10所述的装置，其中：

该第一及第二多个串联电阻分别包含第一及第二多个偏压金属氧化半导体(MOS)晶体管；以及

该第一及第二多个并联电阻分别包含第三及第四多个偏压MOS晶体管。

12.根据权利要求10所述的装置，更包含电路接地端电极以传送电路接地端电位，且其中：

该第一极端及投端电极包含第一极端电极，以及第一主要和次要投端电极；

该第一极端电极耦合至该第一多个并联电阻之一；

该第一主要投端电极耦合至该输入信号电极；以及

该第一次要投端电极耦合至该电路接地端电极。

13.根据权利要求10所述的装置，其中：

该第二极端及投端电极中之一电极连接至该输出信号电极；且

该第二极端及投端电极中的另一电极耦合至该第二多个并联电阻之一。

14.根据权利要求10所述的装置，其中：

该第二极端电极耦合至该输出信号电极；且

该第二投端电极耦合至该第二多个并联电阻之一。

15.根据权利要求9所述的装置，其中：

该第一电阻式阶梯电路结构包含

第一电阻式阶梯电路，包含

第一信号电极，以接收具有一定强度的第一信号；

第二信号电极，以提供对应该第一信号的第二信号，该第二信号具有小于该第一信号强度而关联第一信号衰减值的强度；

第一多个并联电极，耦合于该第一及第二信号电极之间；

第一多个电阻，介于该第一及第二信号电极之间，及

第二多个电阻，介于该第一多个并联电极及该第一多个电阻之间；

第一开关电路，耦合至该第一电阻式阶梯电路，且包含

第一多个控制电极，以接收对应该第一信号衰减值的第一多个数字控制信号，及

第一多个极端及投端电极，分别耦合至该第一多个并联电极及该第一信号电极；以及

该第二电阻式阶梯电路结构包含

第二开关电路，连接至该第二信号电极，且包含

第二多个控制电极，以接收对应第二信号衰减值的第二多个数字控制信号，及

第二多个极端及投端电极，分别耦合至该第二信号电极、第二多个并联电极和第三信号电极；以及

第二电阻式阶梯电路，连接至该第二开关电路且包含

第三多个电阻，连接至该第二信号电极及该第二多个并联电极，以及

第四多个电阻，该第四多个电阻中的各电阻分别连接至该第二多个并联电极之一；

其中该第三信号电极提供对应该第二信号的第三信号，且具有小于该第二信号强度并关联该第二信号衰减值的强度。

16.根据权利要求15所述的装置，其中：

该第一多个电阻包含第一多个串联电阻串联于该第一及第二信号电极之间；

该第二多个电阻包含第一多个并联电阻，各该并联电阻分别连接于至少该第一多个串联电阻之一及该第一多个并联电极之一之间。

该第三多个电阻包含第二多个串联电阻串联至该第二信号电极，其均分别连接于至少该第二多个并联电极之一；以及

该第四多个电阻包含第二多个并联电阻，其均分别连接至该第二多个并联电极之一；

17.根据权利要求16所述的装置，其中该第一、第二、第三及第四多个电阻分别包含第一、第二、第三及第四多个偏压金属氧化半导体(MOS)晶体管。

18.根据权利要求15所述的装置，其中：

该第一多个极端电极中的各电极是分别耦合至该第一多个并联电极中之一；

该第一多个投端电极中的各电极耦合至该第一信号电极；

各该第二多个极端及投端电极中之一电极分别耦合至该第三信号电极；

各该第二多个极端及投端电极中的另一电极分别耦合至该第二信号电极；以及

各该第二多个极端及投端电极中的其余电极分别耦合至该第二多个并联电阻中之一。

19.根据权利要求15所述的装置，其中：

该第一多个极端电极中的各极端电极分别耦合至该第一多个并联电极中之一；

该第一多个投端电极中的各投端电极均耦合至该第一信号电极；

该第二多个极端电极中的各极端电极均耦合至该第三信号电极；

该第二多个投端电极中之一投端电极耦合至该第二信号电极；以及

各该第二多个投端电极中的其余投端电极是分别耦合至该多个并联电极中之一。

20.根据权利要求15所述的装置，更包含电路接地端电极以传送电路接地端电位，且其中：

该第一多个极端电极中的各极端电极是分别耦合至该第一多个并联电极中之一；

该第一多个投端电极包含多个主要投端电极及多个次要投端电极；

该多个主要投端电极中的各电极耦合至该第一信号电极；以及

该多个次要投端电极中的各电极耦合至该电路接地端电极。

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