CN103490738B - 可调增益放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调增益放大器，主要包括一放大区块、一模式调整区块及一电流输入区块。放大区块包括一第一控制端及一第二控制端，并通过第一控制端及第二控制端所输入的控制电压调整放大区块的增益。电流输入区块连接放大区块，并向放大区块提供一电流。模式调整区块连接放大区块及电流输入区块，其中模式调整区块包括至少一模式切换端，并通过模式切换端连接的切换信号，调整电流输入区块产生的电流大小，借此以降低可调增益放大器所消耗的能量。

Description

可调增益放大器

技术领域

本发明涉及一种可调增益放大器，可随着增益模式调整电流的大小，并可有效降低可调增益放大器所消耗的能量。

背景技术

请参照图1，为现有放大器的电路示意图。现有的放大器10可用以放大信号，主要包括一第一场效应晶体管M1、一第二场效应晶体管M2及一直流电源11，其中第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2的源极（source）连接直流电源11，而第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2的栅极（gate）则分别连接一第一控制电压Vc1及一第二控制电压Vc2。

第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2组成一差动对，在实际应用时可调整由栅极输入的第一控制电压Vc1及第二控制电压Vc2的大小，以改变第一场效应晶体管M1上的第一电流I1及第二场效应晶体管M2上的第二电流I2，借此达到调整放大器10增益的目的。

通过上述的方式虽然可以调整放大器10的增益，但在调整的过程中第一电流I1及第二电流I2的总和并不会改变。换言之，在调降或调升放大器10增益的过程中，放大器10所消耗的能量并不会随之减少。

发明内容

本发明的一目的，在于提供一种可调增益放大器，其中放大区块连接电流输入区块，而模式调整区块则连接放大区块及电流输入区块。模式调整区块可调整电流输入区块提供给放大区块的电流，借此以降低可调增益放大器所消耗的能量。

本发明的一目的，在于提供一种可调增益放大器，其中放大区块连接电流输入区块，而模式调整区块则连接放大区块及电流输入区块。当可调增益放大器及/或放大区块工作在较小的增益区段时，可通过模式调整区块调降电流输入区块所输出的电流，以降低可调增益放大器所消耗的电流。

本发明的一目的，在于提供一种可调增益放大器，其中放大区块连接电流输入区块，而模式调整区块则连接放大区块及电流输入区块。模式调整区块包括一个或多个模式调整单元，并可通过开启或关闭模式调整单元来改变电流输入区块的电流及放大区块的增益。

为达到上述目的，本发明提供一种可调增益放大器，包括：一放大区块，包括一第一控制端及一第二控制端；一电流输入区块，连接放大区块，并向放大区块提供一电流；一模式调整区块，连接放大区块及电流输入区块，其中模式调整区块包括一个或多个模式切换端，并通过模式切换端调整电流输入区块提供给放大区块的电流。

在本发明可调增益放大器一实施例中，其中放大区块包括一信号输入端及一信号输出端。

在本发明可调增益放大器一实施例中，还包括一阻抗调整单元连接信号输入端，并用以调整信号输入端的输入阻抗。

在本发明可调增益放大器一实施例中，其中模式调整区块包括一个或多个模式调整单元，且一个或多个模式切换端分别连接一个或多个模式调整单元，并通过模式切换端切换相连接的模式调整单元。

在本发明可调增益放大器一实施例中，其中一个或多个模式调整单元分别包括两个或两个以上串接的场效应晶体管。

在本发明可调增益放大器一实施例中，其中一个或多个模式调整单元的一个场效应晶体管的栅极为模式切换端，而另一个场效应晶体管的栅极则连接信号输入端及电流输入区块。

在本发明可调增益放大器一实施例中，还包括一个或多个切换信号分别连接一个或多个模式切换端，并通过一个或多个切换信号开启或关闭一个或多个模式调整单元。

在本发明可调增益放大器一实施例中，其中放大区块为一电流引导电路。

在本发明可调增益放大器一实施例中，还包括一第一控制电压连接第一控制端，及一第二控制电压连接第二控制端，并通过第一控制电压及第二控制电压调整放大区块的增益。

在本发明可调增益放大器一实施例中，其中电流输入区块为一场效应晶体管或一电流镜。

虽然已通过举例方式在附图中描述了本发明的具体实施方式，并在本发明中对其作了详细的说明，但是本发明还允许有各种修改和替换形式。本发明的附图内容可为不等比例，附图及其详细的描述仅为特定型式的揭示，并不为本发明的限制，相反的，依据权利要求范围的精神和范围内进行修改、均等构件及其置换皆为本发明所涵盖的范围。

附图说明

图1为现有放大器的电路示意图；

图2为本发明一实施例的可调增益放大器的方块示意图；

图3为本发明一实施例的可调增益放大器的电路示意图；

图4为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图；

图5为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图；

图6为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图；及

图7为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图。

附图标记

10：放大器 11：直流电源

20：可调增益放大器 21：放大区块

211：第一控制端 213：第二控制端

214：信号输入端 215：信号输出端

23：电流输入区块 25：模式调整区块

251：模式切换端 30：可调增益放大器

300：可调增益放大器 31：放大区块

314：信号输入端 315：信号输出端

33：电流输入区块 330：电流输入区块

331：参考电流源 35：模式调整区块

350：模式调整区块 351：模式切换端

40：可调增益放大器 41：放大区块

411：阻抗调整单元 414：信号输入端

415：信号输出端 43：电流输入区块

431：参考电流源 50：可调增益放大器

55：模式调整区块 551：第一模式调整单元

552：第一模式切换端 553：第二模式调整单元

554：第二模式切换端 60：可调增益放大器

65：模式调整区块 651：第一模式调整单元

652：第一模式切换端 657：第n模式调整单元

658：第n模式切换端

具体实施方式

请参照图2，为本发明一实施例的可调增益放大器的方块示意图。如图所示，可调增益放大器20包括一放大区块21、一电流输入区块23及一模式调整区块25，其中电流输入区块23连接放大区块21，并用以向放大区块21提供电流，而模式调整区块25则连接放大区块21及/或电流输入区块23，并用以调整电流输入区块23提供给放大区块21的电流的大小。

在本发明一实施例中，放大区块21可为一电流引导电路（current steeringtype gain control），并包括一第一控制端211及一第二控制端213，其中第一控制端211及第二控制端213分别连接一第一控制电压Vc1及一第二控制电压Vc2，在实际应用时可通过调整第一控制电压Vc1及第二控制电压Vc2来改变放大区块21的增益。此外放大区块21还包括一信号输入端214及一信号输出端215，其中信号输入端214用以接收欲进行放大的信号（如交流信号），通过放大区块21放大信号输入端214所输入的信号，并由信号输出端215输出放大后的信号。

模式调整区块25包括至少一模式切换端251，并通过模式切换端251调整电流输出区块23提供给放大区块21的电流。在实际应用时模式切换端251可连接一切换信号V1，切换信号V1可用以切换模式调整区块25的模式，并进一步调整电流输入区块23提供给放大区块21的电流的大小。

通过模式调整区块25调整电流输入区块23提供给放大区块21的电流的大小，将可进一步调整放大区块21的增益。换言之，本发明所述的可调增益放大器20不仅可通过第一控制电压Vc1及第二控制电压Vc2来调整增益，还可通过电流输入区块23提供给放大区块21的电流来改变放大区块21及/或可调增益放大器20的增益或增益模式。此外借由改变电流输入区块23所提供的电流的大小，还可进一步降低可调增益放大器20所消耗的能量。

在本发明上述实施例中，模式调整区块25主要用以调整电流输入区块23提供给放大区块21的电流的大小，借此并切换可调增益放大器20的增益模式。然而可调增益放大器20在实际放大信号（如交流信号）的过程中，模式调整区块25也可为放大电路的一部分，并协同放大区块21进行信号（如交流信号）的放大。

请参照图3，为本发明一实施例的可调增益放大器的电路示意图。如图所示，可调增益放大器30包括一放大区块31、一电流输入区块33及一模式调整区块35，其中电流输入区块33连接放大区块31，并用以向放大区块31提供电流I，而模式调整区块35则连接放大区块31及电流输入区块33，并用以调整电流输入区块33提供给放大区块31的电流I的大小。

在本发明所述的放大区块31可为一电流引导电路（current steering typegain control），在本发明一实施例中，放大区块31包括一第一场效应晶体管M1、一第二场效应晶体管M2及一第三场效应晶体管M3，其中第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2的栅极（gate）分别连接第一控制电压Vc1及第二控制电压Vc2；第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2的源极（source）则相互连接，并连接第三场效应晶体管M3，例如连接第三场效应晶体管M3的漏极（drain）；而第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2的漏极（drain）则分别通过第一电阻R1及第二电阻R2连接供电电压VCC。此外放大区块31也可包括一信号输入端314及一信号输出端315，并由信号输入端314输入欲进行放大的信号（交流信号），由信号输出端315输出经过放大的信号（交流信号），例如信号输入端314可连接第三场效应晶体管M3的栅极，而信号输出端315可连接第二场效应晶体管M2的漏极。

本发明实施例所述的第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2的栅极可分别为图2所示的第一控制端211及第二控制端213，并可通过第一控制电压Vc1及第二控制电压Vc2分别对第一场效应晶体管M1及第二场效应晶体管M2的栅极偏压，借此以调整第一电流I1及第二电流I2的大小，并进一步改变放大区块31的增益。

在本发明一实施例中，电流输入区块33包括一第四场效应晶体管M4。例如第四场效应晶体管M4的栅极及漏极（drain）可连接放大区块31的第三场效应晶体管M3的栅极，使得第三场效应晶体管M3不仅可为放大区块31的第一级，也可与第四场效应晶体管M4形成电流镜。

电流输入区块33也可包括一参考电流源331，电流输入区块33将依据参考电流源331向放大区块31提供电流I，例如参考电流源331可连接第四场效应晶体管M4的漏极。本发明所述的模式调整区块35包括一第五场效应晶体管M5及一第六场效应晶体管M6，其中第五场效应晶体管M5串接（串联）第六场效应晶体管M6，例如第五场效应晶体管M5的源极连接第六场效应晶体管M6的漏极，第五场效应晶体管M5的漏极则通过第二电阻R2连接供电电压VCC，而第六场效应晶体管M6的栅极则连接放大区块31的第三场效应晶体管M3的栅极、信号输入端314及电流输入区块33的第四场效应晶体管M4的栅极及/或漏极。

第五场效应晶体管M5的栅极可为一模式切换端351，其中模式切换端351连接切换信号V1。在实际应用时可通过切换信号V1对第五场效应晶体管M5进行偏压，并切换第五场效应晶体管M5。

以本发明实施例所述的可调增益放大器30为例，使用者可通过切换信号V1改变电流输入区块33提供给放大区块31的电流I，并切换可调增益放大器30的增益模式。例如当切换信号V1为高电压时，第五场效应晶体管M5将会导通，而电流输入区块33提供给放大区块31的电流I则会增加，使得放大区块31具有较大的增益，反之，当切换信号V1为低电压时，第五场效应晶体管M5将不会导通，而电流输入区块33提供给放大区块31的电流I则会减小，使得放大区块31的增益下降。

本发明所述的可调增益放大器30，可依据需要的增益调整电流输入区块33提供给放大区块31的电流I大小，并降低可调增益放大器30所消耗的能量。例如当可调增益放大器30工作在较小的增益区段时，可调降电流输入区块33提供给放大区块31的电流I，以降低可调增益放大器30消耗的能量。

在本发明上述实施例中，模式调整区块35主要用以调整电流输入区块33提供给放大区块31的电流的大小，借此并切换可调增益放大器30的增益模式。然而可调增益放大器30在实际放大信号（如交流信号）的过程中，模式调整区块35也可为放大电路的一部分，并协同放大区块31进行信号（如交流信号）的放大。

请参照图4，为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图。如图所示，可调增益放大器300包括一放大区块31、一电流输入区块330及一模式调整区块350，其中电流输入区块330连接放大区块31，并用以向放大区块31提供电流I，而模式调整区块350则连接放大区块31及电流输入区块330，并用以调整电流输入区块330提供给放大区块31的电流I的大小。

在本发明一实施例中，电流输入区块330为一电流镜，并包括一第四场效应晶体管M4及一第五场效应晶体管M5，例如第四场效应晶体管M4及第五场效应晶体管M5的栅极相连接；第四场效应晶体管M4的栅极及漏极也相连接；而第五场效应晶体管M5的漏极则连接放大区块31。

在本发明一实施例中，模式调整区块350则包括一第六场效应晶体管M6、一第七场效应晶体管M7及一第八场效应晶体管M8的串接，其中第六场效应晶体管M6的漏极连接放大区块31，并连接信号输出端315；第七场效应晶体管M7的栅极连接放大区块31的第三场效应晶体管M3的栅极，并连接信号输入端314；而第八场效应晶体管的栅极则连接电流输入区块330的第四场效应晶体管M4及第五场效应晶体管M5的栅极。

在本发明上述实施例中，模式调整区块350主要用以调整电流输入区块330提供给放大区块31的电流的大小，借此并切换可调增益放大器300的增益模式。然而可调增益放大器300在实际放大信号（如交流信号）的过程中，模式调整区块350也可为放大电路的一部分，并协同放大区块31进行信号（如交流信号）的放大。

请参照图5，为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图。如图所示，可调增益放大器40包括一放大区块41、一电流输入区块43及一模式调整区块35，其中电流输入区块43连接放大区块41，并用以向放大区块41提供电流I，而模式调整区块35则连接放大区块41及电流输入区块43，并用以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流I的大小。

在本发明一实施例中，放大区块41包括一第一场效应晶体管M1、一第二场效应晶体管M2及一第三场效应晶体管M3。此外放大区块41也可包括一信号输入端414及一信号输出端415，例如信号输入端414可连接第三场效应晶体管M3的栅极，而信号输出端415则可连接第二场效应晶体管M2的漏极。

本发明实施例所述的电流输入区块43包括一第四场效应晶体管M4，其中信号输入端414、放大区块41的第三场效应晶体管M3的栅极及模式调整区块35可通过电阻R连接第四场效应晶体管M4的栅极。

在本发明一实施例中，电流输入区块43还包括一参考电流源431，连接第四场效应晶体管M4的漏极，其中参考电流源431为一可变电流源，电流输入区块43则会依据参考电流源431向放大区块41提供电流I。

本发明所述的模式调整区块35包括一第五场效应晶体管M5及一第六场效应晶体管M6，其中第五场效应晶体管M5串接（串联）第六场效应晶体管M6，而第五场效应晶体管M5的栅极则连接切换信号V1。在实际应用时可通过切换信号V1切换第五场效应晶体管M5，以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流I的大小，并进一步调整放大区块41的增益。

在通过切换信号V1切换模式调整区块35时，将会改变信号输入端414的输入阻抗。为此在本发明一较佳实施例中，信号输入端414及/或第三场效应晶体管M3的栅极也可连接一阻抗调整单元411。在实际应用时可依据模式切换单元35所切换的模式调整阻抗调整单元411的大小，以维持信号输入端414的输入阻抗。例如阻抗调整单元411可为至少一可变电容及/或至少一可变电感，并连接第三场效应晶体管M3的栅极及/或源极。

在本发明上述实施例中，模式调整区块35主要用以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流的大小，借此并切换可调增益放大器40的增益模式。然而可调增益放大器40在实际放大信号（如交流信号）的过程中，模式调整区块35也可为放大电路的一部分，并协同放大区块41进行信号（如交流信号）的放大。

请参照图6，为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图。如图所示，可调增益放大器50包括一放大区块41、一电流输入区块43及一模式调整区块55，其中电流输入区块43连接放大区块41，并用以向放大区块41提供电流I，而模式调整区块55则连接放大区块41及电流输入区块43，并用以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流I的大小。

模式调整区块55包括一个或多个模式调整单元，且该一个或多个模式调整单元分别连接该一个或多个模式切换端，并通过模式切换端切换相连接的模式调整单元。

在本发明实施例中，模式调整单元及模式切换端的数量皆为两个，其中第一模式调整单元551连接一第一模式切换端552，而第二模式调整单元553则连接一第二模式切换端554。在实际应用时第一模式切换端551连接第一切换信号V1，而第二模式切换端553则连接第二切换信号V2，并可分别通过第一切换信号V1及第二切换信号V2切换第一模式调整单元551及第二模式调整单元553，例如开启或关闭第一模式调整单元551及第二模式调整单元553。

在本发明一实施例中，第一模式调整单元551包括一第五场效应晶体管M5及一第六场效应晶体管M6，其中第五场效应晶体管M5串接（串联）第六场效应晶体管M6。第二模式调整单元553则包括一第七场效应晶体管M7及一第八场效应晶体管M8，其中第七场效应晶体管M7串接（串联）第八场效应晶体管M8。例如第五场效应晶体管M5的源极连接第六场效应晶体管M6的漏极，第七场效应晶体管M7的源极连接第八场效应晶体管M8的漏极，而第六场效应晶体管M6及第八场效应晶体管M8的栅极则连接信号输入端（Input414）、电流输入区块43的第四场效应晶体管M4及/或第三场效应晶体管M3的栅极。

在实际应用时可分别通过第一切换信号V1及第二切换信号V2切换第五场效应晶体管M5及第七场效应晶体管M7，以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流I的大小，并进一步调整可调增益放大器50及/或放大区块41的增益。

以本发明实施例所述的可调增益放大器50为例，使用者可通过第一切换信号V1及/或第二切换信号V2改变电流输入区块43提供给放大区块41的电流I，并切换可调增益放大器50的增益模式。例如当第一切换信号V1及第二切换信号V2皆为高电压时，第五场效应晶体管M5及第七场效应晶体管M7将会导通，则电流输入区块43提供给放大区块41的电流I将会增加，使得放大区块41具有较大的增益。当第一切换信号V1为高电压且第二切换信号V2为低电压时，第五场效应晶体管M5将会导通，而第七场效应晶体管M7则不会导通，此时电流输入区块43提供给放大区块41的电流I将会减小，使得放大区块41的增益下降。当第一切换信号V1为低电压且第二切换信号V2为高电压时，第五场效应晶体管M5将不会导通，而第七场效应晶体管M7则会导通，此时电流输入区块43提供给放大区块41的电流I也会减小，使得放大区块41的增益下降。当第一切换信号V1及第二切换信号V2皆为低电压时，第五场效应晶体管M5及第七场效应晶体管M7皆不会导通，而电流输入区块43提供给放大区块41的电流I则会减小，使得放大区块41的增益再次下降。

本发明所述的可调增益放大器50，可依据需要的增益调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流I大小，并降低可调增益放大器50所消耗的能量。此外在本发明所述的实施例中，可调增益放大器50具有多段的增益切换功能，例如具有三段或四段的增益切换功能。

在本发明上述实施例中，模式调整区块55主要用以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流的大小，借此并切换可调增益放大器50的增益模式。然而可调增益放大器50在实际放大信号（如交流信号）的过程中，模式调整区块55也可为放大电路的一部分，并协同放大区块41进行信号（如交流信号）的放大。

请参照图7，为本发明又一实施例的可调增益放大器的电路示意图。如图所示，可调增益放大器60包括一放大区块41、一电流输入区块43及一模式调整区块65，其中电流输入区块43连接放大区块41，并用以向放大区块41提供电流I，而模式调整区块65则连接电流输入区块23，并用以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流I的大小。

本发明实施例所述的模式调整区块65包括多个模式调整单元，其中各个模式调整单元皆包括两个场效应晶体管的串接（串联），且各个模式调整单元分别连接一个或多个模式切换端，并可通过模式切换端切换相连接的模式调整单元。

在本发明一实施例中，模式调整单元包括第一模式调整单元651、…及第n模式调整单元657，而模式切换端则包括第一模式切换端652、…及第n模式切换端658，其中第一模式切换端652、…及第n模式切换端658分别连接第一模式调整单元651、…及第n模式调整单元657。

在实际应用时可将第一切换信号V1输入第一模式切换端651、…及将第n切换信号Vn输入第n模式切换端658，并可通过第一切换信号V1…及将第n切换信号Vn开启或关闭第一模式调整单元651、…及第n模式调整单元657，使得可调增益放大器60及/或放大区块41具有多种增益模式。此外在使用时可依据需要的增益区段，调整可调增益放大器60及/或放大区块41的增益模式，借此将可以降低可调增益放大器60及/或放大区块41的工作电流及消耗的能量。

在本发明上述实施例中，模式调整区块65主要用以调整电流输入区块43提供给放大区块41的电流的大小，借此并切换可调增益放大器60的增益模式。然而可调增益放大器60在实际放大信号（如交流信号）的过程中，模式调整区块65也可为放大电路的一部分，并协同放大区块41进行信号（如交流信号）的放大。

在本发明中所述的连接指的是一个或多个物体或构件之间的直接连接或者是间接连接，例如可在一个或多个物体或构件之间存在有一个或多个中间连接物。

说明书的系统中所描述的也许、必须及变化等字眼并非本发明的限制。说明书所使用的专业术语主要用以进行特定实施例的描述，并不为本发明的限制。说明书所使用的单数量词（如一个及该个）也可为多个，除非在说明书的内容有明确的说明。例如说明书所提及的一个装置可包括有两个或两个以上的装置的结合，而说明书所提的一物质则可包括有多种物质的混合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种可调增益放大器，其特征在于，包括：

一放大区块，包括一第一控制端及一第二控制端；

一电流输入区块，连接该放大区块，并向该放大区块提供一电流；及

一模式调整区块，连接该放大区块及该电流输入区块，其中该模式调整区块包括一个或多个模式切换端，并通过该模式切换端调整该电流输入区块提供给该放大区块的电流；

该放大区块包括一信号输入端及一信号输出端；

该模式调整区块包括一个或多个模式调整单元，且该一个或多个模式切换端分别连接该一个或多个模式调整单元，并通过该模式切换端切换相连接的模式调整单元；

该一个或多个模式调整单元分别包括两个或两个以上串接的场效应晶体管；

该一个或多个模式调整单元的一个场效应晶体管的栅极为该模式切换端，而另一个场效应晶体管的栅极则连接该信号输入端及该电流输入区块。

2.根据权利要求1所述的可调增益放大器，其特征在于，还包括一阻抗调整单元连接该信号输入端，并用以调整该信号输入端的输入阻抗。

3.根据权利要求1所述的可调增益放大器，其特征在于，还包括一个或多个切换信号分别连接该一个或多个模式切换端，并通过该一个或多个切换信号开启或关闭该一个或多个模式调整单元。

4.根据权利要求1所述的可调增益放大器，其特征在于，该放大区块为一电流引导电路。

5.根据权利要求1所述的可调增益放大器，其特征在于，还包括一第一控制电压连接该第一控制端，及一第二控制电压连接该第二控制端，并通过该第一控制电压及该第二控制电压调整该放大区块的增益。

6.根据权利要求1所述的可调增益放大器，其特征在于，该电流输入区块为一场效应晶体管或一电流镜。