CN107005208A - 电容式可编程增益放大器 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括运算放大器和多个电容器，多个电容器被耦合到运算放大器的输入端子并且被配置为被选择性地耦合以接收该运算放大器的输入电压信号和输出电压信号中的一个。

Description

电容式可编程增益放大器
技术领域
本申请要求于来自2014年4月1日提交的共同所有的第14/242,285号美国临时专利申请的优先权，通过引用将其内容整体明确地并入本文中。
背景技术
本公开内容总体上涉及电容式可编程增益放大器。
发明内容
技术的进步已经产生更小且更强大的计算设备。例如，当前存在各种便携式个人计算设备，包括小而轻的且便于由用户携带的无线计算设备，例如便携式无线电话、个人数字助理(PDA)和寻呼设备。更具体地，诸如蜂窝电话和互联网协议(IP)电话的便携式无线电话能够通过无线网络传达语音和数据包。另外，许多这样的无线电话包括被并入到其中的其他类型的设备。例如，无线电话还能够包括数字静态相机、数字视频相机、数字记录仪、以及音频文件播放器。此外，这样的无线电话能够处理可执行指令，包括软件应用，例如能够用于访问互联网的网络浏览器应用。因此，这些无线电话能够包括很强的计算能力。
无线电话可以包括被配置为捕获音频信号的麦克风。电容式可编程增益放大器(PGA)可以用于放大诸如麦克风信号(例如，音频信号)之类的信号。电容式PGA可以包括耦合到运算放大器的共模输入端(例如，虚拟接地)的输入电容器和耦合到运算放大器的输出端并且耦合到虚拟接地的多个反馈电容器。每个输入电容器可以使用对应的开关电路而被选择性地耦合到共模输入端或从其解耦合以控制电容器PGA的增益。以类似的方式，每个反馈电容器可以使用对应的开关电路而被选择性地耦合到共模输入端或从其解耦合以控制电容器PGA的增益。然而，来自开关电路的泄漏电流可以流动到共模输入端(例如，高阻抗节点)，其可以减小线性并减小输入电压范围。例如，泄漏电流可以减小电容器PGA的用于在运算放大器的输出端处的电压波动的裕量。减小的裕量可以导致减小的线性和输入电压范围。另外，将输入电容器与反馈电容器解耦合可以降低噪声性能。例如，不活跃的电容器可以增大电容式PGA的噪声的量。
附图说明
图1示出了与无线系统进行通信的无线设备；
图2示出了图1中的无线设备的框图；
图3是描绘了用于减小单端电容式可编程增益放大器的泄漏电流并改进电源抑制比(PSRR)的系统的示例性实施例的示意图；
图4是描绘了用于减小双端电容式可编程增益放大器的泄漏电流并且改进PSRR的系统的示例性实施例的示意图；
图5是图4的系统中的第一多个电容器和第二多个电容器的电路图；以及
图6是图示了操作具有减小的泄漏电流和提高的PSRR的电容式可编程增益放大器的方法600的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
下面阐述的具体实施方式旨在为对本公开内容的示例性设计的描述并且不旨在表示本公开内容可以被实践在其中的仅有的设计。术语“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例或图示”。本文描述为“示例性”的任何设计不必被理解为超过其他设计的优选或优点。为了提供对本公开内容的示例性设计的透彻理解的目的，具体实施方式包括具体细节。对于本领域技术人员而言将显而易见的是本文描述的示例性设计可以在没有这些具体细节的情况下来实践。在一些实例中，周知的结构和设备以框图形式示出以便避免不必要地使本文呈现的示例性设计的新颖性模糊不清。
图1示出了与无线通信系统120进行通信的无线设备110。无线通信系统120可以是长期演进(LTE)系统、码分多址(CDMA)系统、全球移动通信(GSM)系统、无线局域网(WLAN)系统或某种其他无线系统。CDMA系统可以实现宽带CDMA(WCDMA)、CDMA 1X、演进数据优化(EVDO)、时分同步CDMA(TD-SCDMA)或CDMA的某种其他变本。为简单起见，图1示出了包括两个基站130和132以及一个系统控制器140的无线通信系统120。总体上，无线系统可以包括任何数量的基站和网络实体的任何集合。
无线设备110还可以被称为用户装备(UE)、移动站、终端、访问终端、用户单元、站等。无线设备110可以为蜂窝电话、智能电话、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持设备、笔记本电脑、智能本、网络本、无绳电话、无线本地环(WLL)站、蓝牙设备等。无线设备110可以与无线系统120进行通信。无线设备110还可以从宽带站(例如，宽带站134)接收信号，从一个或多个全局导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)接收信号，等等。无线设备110可以支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，例如LTE、WCDMA、CDMA 1X、EVDO、TD-SCDMA、GSM、802.11等。
图2示出了图1中的无线设备110的示例性设计的框图。在该示例性设计中，无线设备110包括耦合到初级天线210的收发器220、耦合到次级天线212的收发器222、以及数据处理器/控制器280。收发器222包括多(K)个接收器230pa到230pk和多(K)个发射器250pa到250pk以支持多个频段、多种无线电技术、载波聚合等。收发器222包括多(L)个接收器230sa到230sl和多(L)个发射器250sa到250sl以支持多个频段、多种无线电技术、载波聚合，接收从多个发射天线到多个接收天线的分集、多输入多输出(MIMO)传输。
在图2中示出的示例性设计中，每个接收器230包括LNA 240和接收电路242。对于数据接收，天线210从基站和/或其他发射器站接收信号并提供接收到的RF信号，其被通过天线接口电路224被路由并且作为输入RF信号被呈现给所选择的接收器。天线接口电路224可以包括开关、双工器、发射滤波器、接收滤波器、匹配电路等。下面的描述假设接收器230pa是所选择的接收器。在接收器230pa内，LNA 240pa放大输入RF信号并提供输出RF信号。接收电路242pa将来自RF的输出RF信号向下转换到基带，对经向下转换的信号进行放大和滤波，并且将模拟输入信号提供到数据处理器280。接收电路242pa可以包括混合器、滤波器、放大器、匹配电路、振荡器、本地振荡器(LO)发生器、锁相环(PLL)等。收发器220和222中的每个剩余的接收器230可以以与接收器230pa类似的方式来操作。
在图2中示出的示例性设计中，每个发射器250包括发射电路252和功率放大器(PA)254。对于数据发送，数据处理器280对要被发送的数据进行处理(例如，编码和调制)并将模拟输出信号提供到所选择的发射器。下面的描述假设发射器250pa是所选择的发射器。在发射器250pa内，发射电路252pa对来自基带的模拟输出信号进行放大、滤波并将其向上转换到RF并提供经调制的RF信号。发射电路252pa可以包括放大器、滤波器、混合器、匹配电路、振荡器、LO发生器、PLL等。PA 254pa接收并放大经调制的RF信号并提供具有恰当的输出功率水平的发送RF信号。发送RF信号通过天线接口电路224被路由并且经由天线210被发送。收发器220和222中的每个剩余的发射器250可以以与发射器250pa类似的方式来操作。
图2示出了接收器230和发射器250的示例性设计。接收器和发射器还可以包括未示出在图2中的其他电路，例如滤波器、匹配电路等。收发器220和222的全部或部分可以被实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等中。例如，LNA 240和接收电路242可以被实现在一个模块(其可以为RFIC等)上。收发器220和222中的电路还可以以其他方式来实现。
数据处理器/控制器280可以执行无线设备110的各种功能。例如，数据处理器280可以执行用于使数据经由接收器230接收和使数据经由发射器250发送的处理。控制器280可以控制收发器220和222内的各种电路的操作。存储器282可以存储针对数据处理器/控制器280的程序代码和数据。数据处理器/控制器280可以被实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
编码器/解码器(CODEC)260可以耦合到数据处理器280。CODEC 260可以包括电容式可编程增益放大器261。电容式可编程增益放大器261被集成到CODEC 260中并且用于调节在无线设备110处的音频信号的幅度(例如，放大音频信号)。例如，电容式可编程增益放大器261可以经由麦克风放大由无线设备110接收到的音频语音信号。在示例性实施例中，由麦克风266捕获的音频信号可以由滤波器264进行滤波，并且经滤波的音频信号由电容式可编程增益放大器261放大。
无线设备110可以支持多个波段组、多种无线电技术和/或多个天线。无线设备110可以包括多个LAN以支持经由多个波段组、多种无线电技术和/或多个天线的接收。
参考图3，示出了用于减小单端电容式可编程增益放大器的泄漏电流并改进电源抑制比(PSRR)的系统300的示意图。在示例性实施例中，系统300可以对应于电容式可编程增益放大器。例如，系统300可以对应于图2的电容式可编程增益放大器261。系统300用于放大由麦克风(例如图2的麦克风266)捕获的音频信号。系统300包括运算放大器302和多个电容器304。
输入电容器(CIN)可以被串联耦合到运算放大器302的共模输入端(例如，第一节点(N1))。在示例性实施例中，第一节点(N1)对应于系统300的虚拟接地。例如，第一节点(N1)耦合到运算放大器302的第一输入端。输入电容器(CIN)可以被包含在将输入信号提供到运算放大器302的输入路径中。例如，输入电压信号(VIN)(例如，音频信号，例如麦克风信号)可以被提供到输入电容器(CIN)的第一端子，并且输入电容器(CIN)的第二端子可以耦合到第一节点(N1)。输入电容器(CIN)可以基于输入电压信号(VIN)的电压电平来进行充电和放电。例如，输入电容器(CIN)可以在输入电压信号(VIN)具有逻辑高电压电平时进行充电，并且输入电容器(CIN)可以在输入电压信号(VIN)具有逻辑低电压电平时进行放电。
运算放大器302的输出端包括反馈路径，该反馈路径包括反馈电容器(CFB)。例如，反馈电容器(CFB)的第一端子可以耦合到运算放大器302的输出端，并且反馈电容器(CFB)的第二端子可以耦合到第一节点(N1)。运算放大器302可以被配置为放大输入电压信号(VIN)以生成输出电压信号(VOUT)。输出电压信号(VOUT)可以被提供到反馈电容器(CFB)的第一端子，并且反馈电容器(CFB)可以基于输出电压信号(VOUT)的电压电平来进行充电和放电。例如，反馈电容器(CFB)可以在输出电压信号(VOUT)具有逻辑高电压电平时进行充电，并且反馈电容器(CFB)可以在输出电压信号(VOUT)具有逻辑低电压电平时进行放电。在示例性实施例中，耦合到第一节点(N1)并且耦合到运算放大器302的输出端的第二反馈路径(未示出)可以包括可以被配置为通过以加速的速率将电容器(未示出)与第一节点(N1)耦合和解耦合来生成用于直流反馈的相对大的电阻的开关电容器电路(未示出)。
电容式可编程增益放大器的增益(例如，系统300的增益)是基于输入电容和反馈电容的。例如，电容式可编程增益放大器的增益可以基于输入电容器(CIN)的电容和反馈电容器(CFB)的增益。在示例性实施例中，增益等于或(近似等于)输入电容除以反馈电容。
电容式可编程增益放大器的增益可以通过选择性地将电容器并联地耦合到输入电容器(CIN)和/或选择性地将电容器并联地耦合到反馈电容器(CFB)来调节。例如，电容式可编程增益放大器的增益可以通过将电容器并联地耦合到输入电容器(CIN)(例如，增大输入电容)来增大，并且电容式可编程增益放大器的增益可以通过将电容器并联地耦合到反馈电容器(CFB)(例如，增大反馈电容)来减小。
多个电容器304包括多个电容器(C1-CN)。例如，多个电容器304可以包括第一电容器(C1)、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第四电容器(C4)、第五电容器(C5)、以及第N个电容器(CN)，其中N是大于一的任何整数。例如，如果N等于九，则多个电容器304包括九个电容器。
在示例性实施例中，多个电容器304中的每个电容器(C1-CN)可以具有均匀增量电容。例如，第二电容器(C2)的电容可以是第一电容器(C1)的两倍，第三电容器(C3)的电容可以是第二电容器(C2)的三倍，等等。作为非限制性示例，第一电容器(C1)可以具有625毫微微法拉(fF)的电容，并且第二电容器(C2)可以具有1.25皮法拉(pF)(例如，625fF X 2)的电容。第三电容器(C3)可以具有2.5pF(例如，1.25pF X 2)的电容，并且第四电容器(C4)可以具有5.0pF(例如，2.5pF X 2)的电容，第五电容器(C5)可以具有10.0pF(例如，5.0pF X 2)的电容，等等。
在另一示例性实施例中，多个电容器304中的每个电容器(C1-CN)可以具有非均匀增量电容。作为非限制性示例，第一电容器(C1)可以具有0.168pF的电容，第二电容器(C2)可以具有0.197pF的电容，第三电容器(C3)可以具有0.231pF的电容，等等。为了减小与非均匀增量电容相关联的增益误差；每个电容器(C1-CN)可以具有金属氧化物(MOM)电容器布局中的公共手指长度和MOM电容器布局中的不同的宽度。例如，每个电容器(C1-CN)可以使用多个线路(例如，手指)来构造并且串联的电容器可以共享手指以减小寄生电容。
每个电容器(C1-CN)可以被选择性地并联耦合到输入电容器(CIN)(例如，耦合到第一节点(N1)并且耦合到输入电压信号(VIN))或者被选择性地并联耦合到反馈电容器(CFB)(例如，耦合到第一节点(N1)并且耦合到输出电压信号(VOUT))。
例如，多个开关(S1-SN)可以耦合到多个电容器304。每个开关(S1-SN)可以被配置为将对应的电容器(C1-CN)耦合以接收输入电压信号(VIN)或者接收输出电压信号(VOUT)。例如，第一开关(S1)耦合到第一电容器(C1)的第一端子并且可以被选择性地耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子或者与输出电压信号(VOUT)相关联的端子。第二开关(S2)耦合到第二电容器(C2)的第一端子并且可以被选择性地耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子或者与输出电压信号(VOUT)相关联的端子。第三开关(S3)耦合到第三电容器(C3)的第一端子并且可以被选择性地耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子或者与输出电压信号(VOUT)相关联的端子。第四开关(S4)耦合到第四电容器(C4)的第一端子并且可以被选择性地耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子或者与输出电压信号(VOUT)相关联的端子。第五开关(S5)耦合到第五电容器(C5)的第一端子并且可以被选择性地耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子或者与输出电压信号(VOUT)相关联的端子。第N个开关(SN)耦合到第N个电容器(CN)的第一端子并且可以被选择性地耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子或者与输出电压信号(VOUT)相关联的端子。
每个电容器(C1-CN)耦合到虚拟接地(例如，运算放大器302的输入端)。例如，第一电容器(C1)的第二端子耦合到第一节点(N1)，第二电容器(C2)的第二端子耦合到第一节点(N1)，并且第三电容器(C3)的第二端子耦合到第一节点(N1)。以类似的方式，第四电容器(C4)的第二端子耦合到第一节点(N1)，第五电容器(C5)的第二端子耦合到第一节点(N1)，并且第N个电容器(CN)的第二端子耦合到第一节点(N1)。
电容式可编程增益放大器的增益可以经由开关(S1-SN)来调节。例如，增益可以通过将开关从与输出电压信号(VOUT)相关联的端子解耦合并且将开关耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子来增大。如图3所示，第二开关(S2)耦合到与输出电压信号(VOUT)相关联的端子。因此，第二电容器(C2)与反馈电容器(CFB)并联耦合。为了增大电容式可编程增益放大器的增益，第二开关(S2)可以从与输出电压信号(VOUT)相关联的端子解耦合并且耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子(例如，将第二电容器(C2)与输入电容器(CIN)并联耦合)。结果，输入电容可以通过第二电容器(C2)的电容来增大，并且反馈电容可以通过第二电容器(C2)的电容来减小。增大输入电容并减小反馈电容产生更高的增益。第五开关(S5)可以以基本上类似的方式来操作以增大电容式可编程增益放大器的增益。
增益可以通过将开关从与输入电压信号(VIN)相关联的端子解耦合并且将开关耦合到与输出电压信号(VOUT)相关联的端子来减小。如图3所示，第一开关(S1)耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子。因此，第一电容器(C1)与输入电容器(CIN)并联耦合。为了减小电容式可编程增益放大器的增益，第一开关(S1)可以从与输入电压信号(VIN)相关联的端子解耦合并且耦合到与输出电压信号(VOUT)相关联的端子(例如，将第一电容器(C1)与反馈电容器(CFB)并联耦合)。结果，输入电容可以通过第一电容器(C1)的电容来减小，并且反馈电容可以通过第一电容器(C1)的电容来增大。增大反馈电容并减小输入电容产生更低的增益。第三开关、第四开关和第N个开关(S3,S4,SN)可以以基本上类似的方式来操作以减小电容式可编程增益放大器的增益。
图3的系统300可以减小在虚拟接地(例如，运算放大器302的输入端)处的共模偏移以基于提高的(例如，增大的)裕量来增大输入电压范围并且增大线性。例如，系统300的输入端(例如，耦合以接收输入电压信号(VIN)的节点)和系统300的输出端(例如，耦合以接收输出电压信号(VOUT)的节点)是低阻抗节点，并且第一节点(N1)是高阻抗节点。开关(S1-SN)可以耦合到与输出电压信号(VOUT)相关联的端子(例如，系统300的输出端)和/或耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子(例如，系统300的输入端)而非耦合到第一节点(N1)(例如，虚拟接地)的端子。结果，从开关(S1-SN)生成的泄漏电流可以传播到与高阻抗节点(例如，第一节点(N1))相反的低阻抗节点。防止泄漏电流传播到高阻抗节点可以增大输入电压范围并增大电容式可编程增益放大器的线性。额外地，因为与开关(S1-SN)相关联的泄漏电流传播到(与虚拟接地相反的)低阻抗节点，所以增大PSRR。
还将认识到，多个电容器304中的每个电容器(C1-CN)被用作(例如，并联耦合到输入电容器(CIN)的)输入电容器或(例如，并联耦合到反馈电容器(CFB)的)反馈电容器。因为多个电容器304中的每个电容器(C1-CN)被用作输入电容器或者反馈电容器，所以电容式可编程增益放大器可以以具有提高的单调性的高增益模式(例如，相对大的输入电容)实现提高的噪声性能(例如，减小的噪声)。
参考图4，示出了用于减小双端电容式可编程增益放大器的泄漏电流并改进电源抑制比(PSRR)的系统400的示意图。在示例性实施例中，系统400可以对应于电容式可编程增益放大器。例如，系统400可以对应于图2的电容式可编程增益放大器261。系统400用于放大由麦克风(例如图2的麦克风266)捕获的音频信号。系统400包括差分运算放大器402、第一多个电容器404和第二多个电容器406。
第一输入电容器(CIN1)可以被串联耦合到差分运算放大器402的共模输入端(例如，第一节点(N1))，并且第二输入电容器(CIN2)可以被串联耦合到差分运算放大器402的第二共模输入端(例如，第二节点(N2))。在示例性实施例中，第一节点(N1)和第二节点(N2)对应于系统400的虚拟接地。例如，第一节点(N1)被耦合到差分运算放大器402的第一输入端，并且第二节点(N2)被耦合到差分运算放大器402的第二输入端。
第一输入电容器(CIN1)可以被包含在将第一差分输入信号提供到差分运算放大器402的第一输入路径中，并且第二输入电容器(CIN2)可以被包含在将第二差分输入信号提供到差分运算放大器402的第二输入路径中。例如，第一输入电压信号(VIN1)可以被提供给第一输入电容器(CIN1)的第一端子，并且第二输入电压信号(VIN2)可以被提供给第二输入电容器(CIN2)的第一端子。在示例性实施例中，第一输入电压信号(VIN1)和第二输入电压信号(VIN2)是差分信号。第一输入电容器(CIN1)的第二端子被耦合到第一节点(N1)，并且第二输入电容器(CIN2)的第二端子被耦合到第二节点(N2)。
差分运算放大器402的第一输出端包括第一反馈路径，第一反馈路径包括第一反馈电容器(CFB1)，并且差分运算放大器402的第二输出端包括第二反馈路径，第二反馈路径包括第二反馈电容器(CFB2)。例如，第一反馈电容器(CFB1)的第一端子可以耦合到差分运算放大器402的第一输出端，并且第一反馈电容器(CFB1)的第二端子可以耦合到第一节点(N1)。以类似的方式，第二反馈电容器(CFB2)的第一端子可以耦合到差分运算放大器402的第二输出端，并且第二反馈电容器(CFB2)的第二端子可以耦合到第二节点(N2)。
差分运算放大器402可以被配置为放大输入电压信号(VIN1,VIN2)以生成第一输出电压信号(VOUT1)和第二输出电压信号(V OUT2)。在示例性实施例中，第一输出电压信号(VOUT1)和第二输出电压信号(VOUT2)是差分信号。第一输出电压信号(VOUT1)可以被提供到第一反馈电容器(CFB1)的第一端子，并且第一反馈电容器(CFB1)可以基于第一输出电压信号(VOUT1)的电压电平来进行充电和放电。以类似的方式，第二输出电压信号(VOUT2)可以被提供到第二反馈电容器(CFB2)的第一端子，并且第二反馈电容器(CFB2)可以基于第二输出电压信号(VOUT2)的电压电平来进行充电和放电。
电容式可编程增益放大器的增益可以通过选择性地将电容器并联地耦合到输入电容器(CIN1,CIN2)和/或选择性地将电容器并联地耦合到反馈电容器(CFB1,CFB2)来被调节。例如，电容式可编程增益放大器的增益可以通过将电容器并联地耦合到输入电容器(CIN1,CIN2)(例如，增大输入电容)来增大，并且电容式可编程增益放大器的增益可以通过将电容器并联地耦合到反馈电容器(CFB1,CFB2)(例如，增大反馈电容)来减小。
如图5所示，第一多个电容器404包括多个电容器(C1-CK)。例如，第一多个电容器404可以包括第一电容器(C1-1)、第二电容器(C1-2)、第三电容器(C1-3)、第四电容器(C1-4)、第五电容器(C1-5)、以及第K个电容器(CK)，其中K是大于零的任何整数。例如，如果K等于十二，则第一多个电容器404包括十二个电容器。第二多个电容器406包括多个电容器(C1-CM)。例如，第二多个电容器404可以包括第一电容器(C2-1)、第二电容器(C2-2)、第三电容器(C2-3)、第四电容器(C2-4)、第五电容器(C2-5)、以及第M个电容器(CM)，其中M是大于一的任何整数。在示例性实施例中，第一多个电容器404和第二多个电容器406包括相等数量的电容器(例如，K＝M)。
第一多个电容器404和第二多个电容器406可以以与图3中的多个电容器304基本上相似的方式来操作。第一多个电容器404中的每个电容器(C1-1-C1-K)的第一端子可以被耦合到对应的开关(S1-1-S1-K)，并且每个开关(S1-1-S1-k)可以被配置为将对应的电容器(C1-1-C1-K)耦合到第一输入电压信号(VIN1)或耦合到第一输出电压信号(VOUT1)。因此，每个电容器(C1-1-C1-K)可以被选择性地并联耦合到第一输入电容器(CIN1)(例如，耦合到第一节点(N1)并且接收第一输入电压信号(VIN1))或者被选择性地并联耦合到第一反馈电容器(CFB1)(例如，耦合到第一节点(N1)并且接收第一输出电压信号(VOUT1))。
以类似的方式，第二多个电容器406中的每个电容器(C2-1-C2-M)的第一端子可以被耦合到对应的开关(S2-1-S2-M)，并且每个开关(S2-1-S2-K)可以被配置为将对应的电容器(C2-1-C2-M)耦合以接收第二输入电压信号(VIN2)或者接收第二输出电压信号(VOUT2)。因此，每个电容器(C2-1-C2-M)可以被选择性地并联耦合到第二输入电容器(CIN2)(例如，耦合到第二节点(N2)并且接收第二输入电压信号(VIN2))或者被选择性地并联耦合到第二反馈电容器(CFB2)(例如，耦合到第二节点(N2)并且接收第二输出电压信号(VOUT2))。
图4中的电容式可编程增益放大器的增益可以经由开关(S1-1-S1-K,S2-1-S2-K)来调节。例如，增益可以通过将开关从与第一输出电压信号和第二输出电压信号(VOUT1,VOUT2)相关联的端子解耦合并且将开关耦合到与第一输入电压信号和第二输入电压信号(VIN1,VIN2)相关联的端子来增大。如图5所示，第二开关(S1-2)被耦合到与第一输出电压信号(VOUT1)相关联的端子，并且第二开关(S2-2)被耦合到与第二输出电压信号(VOUT2)相关联的端子。因此，第一多个电容器404中的第二电容器(C1-2)与第一反馈电容器(CFB1)并联耦合，并且第二多个电容器404中的第二电容器(C2-2)与第二反馈电容器(CFB2)并联耦合。为了增大电容式可编程增益放大器的增益，第二开关(S1-2)可以从与第一输出电压信号(VOUT1)相关联的端子解耦合并且耦合到与第一输入电压信号(VIN1)相关联的端子(例如，将第二电容器(C1)与第一输入电容器(CIN1)并联耦合)。以类似的方式，第二开关(S2-2)可以从与第二输出电压信号(VOUT2)相关联的端子解耦合并且耦合到与第二输入电压信号(VIN2)相关联的端子(例如，将第二电容器(C2)与第二输入电容器(CIN2)并联耦合)。
增益可以通过将开关从与第一输入电压信号和第二输入电压信号(VIN1,VIN2)相关联的端子解耦合并且将开关耦合到与第一输出电压信号和第二输出电压信号(VOUT1,VOUT2)相关联的端子来减小。如图5所示，第一开关(S1-1)耦合到与第一输入电压信号(VIN1)相关联的端子，并且第一开关(S2-1)耦合到与第二输入电压信号(VIN2)相关联的端子。因此，第一多个电容器404中的第一电容器(C1-1)与第一输入电容器(CIN1)并联耦合，并且第二多个电容器404中的第一电容器(C2-1)与第二输入电容器(CIN2)并联耦合。为了减小电容式可编程增益放大器的增益，第一开关(S1-1)可以从与第一输入电压信号(VIN1)相关联的端子解耦合并且耦合到与第一输出电压信号(VOUT1)相关联的端子(例如，将第一电容器(C1-1)与第一反馈电容器(CFB1)并联耦合)。以类似的方式，第一开关(S2-1)可以从与第二输入电压信号(VIN2)相关联的端子解耦合并且耦合到与第二输出电压信号(VOUT2)相关联的端子(例如，将第一电容器(C2-1)与第二反馈电容器(CFB2)并联耦合)。
图4的系统400可以减小在虚拟接地(例如，差分运算放大器402的输入端)处的共模偏移以基于提高的(例如，增大的)裕量来增大输入电压范围并且增大线性。例如，系统400的输入端(例如，耦合以接收输入电压信号(VIN1,VIN2)的节点)和系统400的输出端(例如，耦合以接收输出电压信号(VOUT1,VOUT2)的节点)是低阻抗节点，并且第一节点(N1)和第二节点(N2)是高阻抗节点。开关(S1-1-S1-K,S2-1-S1-M)可以耦合到与输出电压信号(VOUT1,VOUT2)相关联的端子(例如，系统400的输出端)和/或耦合到与输入电压信号(VIN1,VIN2)相关联的端子(例如，系统400的输入端)而非耦合到虚拟接地(N1,N2)的端子。结果，从开关(S1-1-S1-K,S2-1-S1-M)生成的泄漏电流可以传播到(与高阻抗节点相反的)低阻抗节点。防止泄漏电流传播到高阻抗节点可以增大输入电压范围并增大电容式可编程增益放大器的线性。额外地，因为与开关(S1-1-S1-K,S2-1-S1-M)相关联的泄漏电流传播到(与虚拟接地相反的)低阻抗节点，所以增大PSRR。
还将认识到，多个电容器404、406中的每个电容器(C1-1-C1-K,C2-1-C2-M)被用作(例如，并联耦合到输入电容器(CIN1,CIN2)的)输入电容器或(例如，并联耦合到反馈电容器(CFB1,CFB2)的)反馈电容器。因为多个电容器404、406中的每个电容器(C1-1-C1-K,C2-1-C2-M)被用作输入电容器或者反馈电容器，所以电容式可编程增益放大器可以以具有提高的单调性的高增益模式(例如，相对大的输入电容)实现提高的噪声性能(例如，减小的噪声)。
参考图6是图示了操作具有减小的泄漏电流和提高的PSRR的电容式可编程增益放大器的方法600的示例性实施例的流程图。在说明性实施例中，方法600可以使用图1-2的无线设备110的电容式可编程增益放大器、图3的系统300、图4的系统400、图5的开关或其任何组合来执行。
方法600包括在602处选择性地耦合多个电容器中的第一电容器以接收具有运算放大器的电容式可编程增益放大器的输入电压信号从而增大所述电容式可编程增益放大器的增益。例如，参考图第一开关(S1)耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子。当第一开关(S1)耦合到与输入电压信号(VIN)相关联的端子时，第一电容器(C1)耦合以接收输入电压信号(VIN)。例如，第一电容器(C1)与输入电容器(CIN)并联耦合以增大电容式可编程增益放大器的输入电容。增大电容式可编程增益放大器的输入电容增大电容式可编程增益放大器的增益。
作为另一示例，参考图第一开关(S1-1)耦合到与第一输入电压信号(VIN1)相关联的端子，并且第一开关(S2-1)耦合到与第二输入电压信号(VIN2)相关联的端子。当第一开关(S1-1,S2-1)耦合到与输入电压信号(VIN1,VIN2)相关联的端子时，第一电容器(C1-1,C2-1)耦合以分别接收输入电压信号(VIN1,VIN2)。例如，第一多个电容器404中的第一电容器(C1-1)与第一输入电容器(CIN1)并联耦合，并且第二多个电容器404中的第一电容器(C2-1)与第二输入电容器(CIN2)并联耦合。
可以在604处选择性地耦合所述多个电容器中的所述第一电容器以接收所述运算放大器的输出电压信号从而减小所述电容式可编程增益放大器的所述增益。例如，参考图第一开关(S1)可以从与输入电压信号(VIN)相关联的端子解耦合并且耦合到与输出电压信号(VOUT)相关联的端子(例如，将第一电容器(C1)与反馈电容器(CFB)并联耦合)以减小电容式可编程增益放大器的增益。结果，输入电容可以通过第一电容器(C1)的电容来减小，并且反馈电容可以通过第一电容器(C1)的电容来增大。增大反馈电容并减小输入电容产生更低的增益。
作为另一示例，参考图5，第一开关(S1-1)可以从与第一输入电压信号(VIN1)相关联的端子解耦合并且耦合到与第一输出电压信号(VOUT1)相关联的端子(例如，将第一电容器(C1-1)与第一反馈电容器(CFB1)并联耦合)以减小图4中的电容式可编程增益放大器的增益。以类似的方式，第一开关(S2-1)可以从与第二输入电压信号(VIN2)相关联的端子解耦合并且耦合到与第二输出电压信号(VOUT2)相关联的端子(例如，将第一电容器(C2-1)与第二反馈电容器(CFB2)并联耦合)。
图6的方法600以具有提高的单调性的高增益模式(例如，相对大的输入电容)实现提高的噪声性能(例如，减小的噪声)。例如，多个电容器304、404、406中的每个电容器被用作输入电容器或反馈电容器。因为多个电容器304、404、406中的每个电容器被用作输入电容器或者反馈电容器，所以电容式可编程增益放大器可以以具有提高的单调性的高增益模式(例如，相对大的输入电容)实现提高的噪声性能(例如，减小的噪声)。
结合所描述的实施例，一种装置包括用于选择性地耦合多个电容器中的第一电容器以接收可编程增益放大器的输入电压信号或者接收该可编程增益放大器的运算放大器的输出电压信号的第一部件。例如，第一开关部件可以包括图3的第一开关(S1)、图3的第二开关(S2)、图3的第三开关(S3)、图3的第四开关(S4)、图3的第五开关(S5)、图3的第N个开关(SN)、图5的第一开关(S1-1)、图5的第二开关(S1-2)、图5的第三开关(S1-3)、图5的第四开关(S1-4)、图5的第五开关(S1-5)、图5的第K个开关(S1-K)、图5的第一开关(S2-1)、图5的第二开关(S2-2)、图5的第三开关(S2-3)、图5的第四开关(S2-4)、图5的第五开关(S2-5)、图5的第M个开关(S2-K)、一个或多个其他设备、电路、模块或其任何组合。
该装置还包括用于选择性地耦合所述多个电容器中的第二电容器以接收所述输入电压信号或者接收所述输出电压信号的第二部件。例如，第二部件可以包括图3的第一开关(S1)、图3的第二开关(S2)、图3的第三开关(S3)、图3的第四开关(S4)、图3的第五开关(S5)、图3的第N个开关(SN)、图5的第一开关(S1-1)、图5的第二开关(S1-2)、图5的第三开关(S1-3)、图5的第四开关(S1-4)、图5的第五开关(S1-5)、图5的第K个开关(S1-K)、图5的第一开关(S2-1)、图5的第二开关(S2-2)、图5的第三开关(S2-3)、图5的第四开关(S2-4)、图5的第五开关(S2-5)、图5的第M个开关(S2-K)、一个或多个其他设备、电路、模块或其任何组合。
提供所公开的实施例的先前描述以使得本领域技术人员开发或利用所公开的实施例。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文定义的原理可以被应用到其他实施例而不脱离本公开内容的范围。因此，本公开内容不旨在被限于本文示出的实施方式，而是被给予如由随附权利要求限定的原理和新颖特征一致的可能最广范围。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
运算放大器；以及
多个电容器，其被耦合到所述运算放大器的输入端子并且被配置为被选择性地耦合以接收所述运算放大器的输入电压信号和输出电压信号之一。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括多个开关，所述多个开关被配置为将所述多个电容器中的对应的电容器耦合到第一端子以接收所述输入电压信号或耦合到第二端子以接收所述输出电压信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述运算放大器的所述输入端子是虚拟接地节点。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括：
输入电容器，其被耦合以接收所述输入电压信号并且被耦合到运算放大器的所述输入端子；以及
反馈电容器，其被耦合以接收所述运算放大器的所述输出电压信号并且被耦合到所述运算放大器的所述输入端子。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述输入电容器、所述反馈电容器、所述多个电容器以及所述运算放大器被包含在电容式可编程增益放大器中。
6.根据权利要求4所述的装置，还包括：
第二输入电容器，其被耦合以接收第二输入电压信号并且被耦合到所述运算放大器的第二输入端子；
第二反馈电容器，其被耦合以接收所述运算放大器的第二输出电压信号并且被耦合到所述运算放大器的所述第二输入端子；以及
第二多个电容器，其被耦合到所述运算放大器的所述第二输入端子并且被配置为被选择性地耦合以接收所述第二输入电压信号和所述第二输出电压信号之一。
7.根据权利要求6所述的装置，其中输入电压信号和所述第二输入电压信号是差分信号，并且其中所述输出电压信号和所述第二输出电压信号是差分信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其中所述运算放大器的所述第二输入端子是虚拟接地节点。
9.根据权利要求6所述的装置，还包括第二多个开关，所述第二多个开关被配置为耦合所述第二多个电容器中的对应的电容器以接收所述第二输入电压信号或接收所述第二输出电压信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二多个开关被耦合到所述对应的电容器的第一端子并且被选择性地耦合到以下项之一：用于接收所述第二输入电压信号的第三端子和用于接收所述第二输出电压信号的第四端子，并且其中所述对应的电容器的第二端子被耦合到虚拟接地节点。
11.一种方法，包括：
选择性地耦合多个电容器中的第一电容器以接收包括运算放大器的电容式可编程增益放大器的输入电压信号从而增大所述电容式可编程增益放大器的增益；以及
选择性地耦合所述多个电容器中的所述第一电容器以接收所述运算放大器的输出电压信号从而减小所述电容式可编程增益放大器的所述增益。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个电容器中的所述第一电容器经由开关被选择性地耦合以接收所述输入电压信号或者接收所述输出电压信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述开关被耦合到所述多个电容器中的所述第一电容器的第一端子并且被选择性地耦合到第一端子以接收所述输入电压信号或者被选择性地耦合到第二端子以接收所述输出电压信号，并且其中所述第一电容器的第二端子被耦合到虚拟接地节点。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：
选择性地耦合所述多个电容器中的第二电容器以接收所述输入电压信号从而增大所述电容式可编程增益放大器的所述增益；以及
选择性地耦合所述多个电容器中的所述第二电容器以接收所述输出电压信号从而减小所述电容式可编程增益放大器的所述增益。
15.一种装置，包括：
用于选择性地耦合多个电容器中的第一电容器以接收可编程增益放大器的输入电压信号或者接收所述可编程增益放大器的运算放大器的输出电压信号的第一部件；以及
用于选择性地耦合所述多个电容器中的第二电容器以接收所述输入电压信号或者接收所述输出电压信号的第二部件。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一部件被耦合到所述多个电容器中的所述第一电容器的第一端子并且被选择性地耦合到第一端子以接收所述输入电压信号或者被选择性地耦合到第二端子以接收所述输出电压信号，并且其中所述第一电容器的第二端子耦合到虚拟接地节点。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述第二部件被耦合到所述多个电容器中的所述第二电容器的第一端子并且被选择性地耦合到所述第一端子或者被选择性地耦合到所述第二端子，并且其中所述第二电容器的第二端子被耦合到虚拟接地节点。
18.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一电容器被耦合到所述运算放大器的输入端子。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述运算放大器的所述输入端子是虚拟接地节点。
20.根据权利要求15所述的装置，其中所述第二电容器被耦合到所述运算放大器的输入端子。
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