CN107852167B - 用于可编程电压范围的电压放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压放大器(100，300)，其以放大器电路(130)的一个或多个操作点相对于输入电压信号(10)将输入电压信号(10)的限定的范围(12，14)表达成不同的比率。如果输入电压信号(10)的范围(12，14)被足够分裂，线性放大每个范围(12，14)是可能的。以所述方式线性放大的输出信号(191、192、193、194)然后例如能够通过多个模数转换器(510)来转换成数字信号(531)。

Description

用于可编程电压范围的电压放大器
技术领域
本发明涉及用于可编程电压范围的电压放大器以及用于可编程电压范围的放大电压的关联方法。
背景技术
输入信号的放大受到最大供应电压的限制。输入信号只能被放大到可以线性放大的程度。在流水线模数转换器(ADC)中，该问题通过信号的反馈来解决。该信号随后由一个或多个比较器进行评估，并且从比较器的输入信号中减去该值，使得然后仅放大差，所谓的残留误差。流水线ADC必须进行费力的校准，以便防止由于操作点的移位而引起的残留误差的不受控制的变化。因此，流水线ADC不能突然开关，因为这会导致操作点的移位。
美国专利申请号2014/0232577A1公开了一种模数转换器，其包括第一和第二模数转换单元以及控制单元。控制单元配置成当指定模式的信号显示第一模式时生成控制信号，该控制信号生成相对于相同电压范围的第一和第二输入范围以及在不同相位的第一和第二定时要素。控制单元还配置成当指定模式的信号显示第二模式时生成另一控制信号，该另一控制信号相对于连续的电压范围生成第一和第二输入范围以及在相同相位的第一和第二定时要素。
国际专利申请WO2004/051858 A2公开了用于将输入电压转换成数字输出信号的方法、设备和系统。与一个或多个(闪存型)模数转换器中的参考电压的比较生成表示输入电压的数字输出信号。如果使用多于一个模数转换器，则模数转换器是线性的。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于可编程电压范围的电压放大器。
根据本发明的第一方面，提出一种用于可编程电压范围的电压放大器。电压放大器至少具有相对于输入电压信号的第一操作点和第二操作点。电压放大器配置成通过第一操作点将输入电压信号的第一范围线性变换成第一输出信号。电压放大器还配置成通过第二操作点将输入电压信号的第二范围线性变换成第二输出信号。在该上下文中，电压放大器的操作点应始终与输入电压信号有关。例如，采用以下这样的方式使输入电压信号的不同范围移位：能够线性放大-5V和+5V之间的输入电压的放大器也能够线性放大落在该电压范围之外的输入电压信号的那些范围。这些范围以限定的方式移位到可以线性放大的范围内。为此目的，电压放大器可以具有例如可变的操作点，使得除了第一操作点和第二操作点之外，还可以相对于输入电压信号设置另外的操作点。电压输入信号可以例如通过可变电阻或参考电势连续地或离散地移位。以这种方式，周期信号的各种范围可以被连续地线性放大。
在备选实施例中，电压放大器可以配置成同时提供第一操作点和第二操作点。因此，特别是在非周期信号的情况下，例如使用两个放大器将可以线性放大例如在-10V和+10V之间波动的明显波动的信号，由此放大器仅在-5V和+5V之间的输入电压进行放大。这里，在-10V和0V之间的该输入电压信号的第一范围移位到这一个放大器的范围内，在其中这一个放大器进行线性放大。这里，在0V和10V之间的该输入电压信号的第二范围移位到另一放大器的范围内，在其中该另一放大器进行线性放大。在该上下文中，第一操作点和第二操作点优选采用以下这样的方式来设置：输入电压信号的第一范围和输入电压信号的第二范围具有至少一个共享值。在该上下文中，第一范围和第二范围优选至少部分地不同。然而，第一范围和第二范围可能重叠。在备选实施例中，输入电压信号的第一范围和第二范围彼此相邻。该实施例将具有以下优点：输入电压信号可以通过尽可能少的组件来线性放大。备选地，范围的重叠可具有以下优点：冗余允许或简化误差检测和补偿。
电压放大器优选地配置成相对于输入电压信号的第一范围按照规定的第一放大因子将第一输出信号放大并且相对于输入电压信号的第二范围按照规定的第二放大因子将第二输出信号放大。第一放大因子和第二放大因子可以被选择为相同或不同。
电压放大器优选具有控制级、至少一个输入参考电阻器装置和放大器电路。电压放大器可以具有两个、三个或更多的控制级。一个或多个控制级配置成将输入电压信号变换成一个或多个输入电流信号。输入参考电阻器装置配置成使用一个或多个输入电流信号以便至少提供输入电压信号的第一范围的第一图像和输入电压信号的第二范围的第二图像，使得第一图像包含相对于输入电压信号的第一操作点，并且第二图像包含相对于输入电压信号的第二操作点。放大器电路还配置成将第一图像变换成第一输出信号并且将第二图像变换成第二输出信号。
在另一实施例中，放大器电路配置成将第一图像变换成第一输出电流，以及将第二图像变换成第二输出电流。在该情况下，放大器电路优选地还配置使得其经由第一输出参考电阻器来发射第一输出信号为第一输出电流的电压降，并且使得其经由第二输出参考电阻器发射第二输出信号为第二输出电流的电压降。第一输出参考电阻器和第二输出参考电阻器可以是相同的或者不同的。一个或多个输出参考电阻器也可以是可变的，这可以增强电路装置的灵活性。
放大器电路优选地配置成相对于输入电流信号按照限定的第一电流放大因子将第一输出电流放大，并相对于输入电流信号按照限定的第二电流放大因子将第二输出电流放大。例如，优选实施例可以包括具有限定的镜像比率的一个或多个电流镜。第一电流放大因子可以与第二电流放大因子相同或不同。
在备选实施例中，放大器电路可以至少具有第一放大器和第二放大器。在该上下文中，第一放大器优选地配置成通过第一负反馈将第一图像变换成第一输出信号。在该上下文中，第二放大器优选地配置成通过第二负反馈将第二图像变换成第二输出信号。放大器电路还可以具有3、4、5或更多个具有关联负反馈的放大器。各个放大器的负反馈可以被选择为相同或不同。放大器可以是例如运算放大器。
在优选实施例中，第一负反馈等于第二负反馈(并且在多于两个放大器的情况下也与每个另外的负反馈具有相同的幅度)。这里，电压放大器优选地配置成使用第一放大器按照第一放大因子将第一输出信号放大，并且使用第二放大器按照第二放大因子将第二输出信号放大。第一放大因子可以与第二放大因子相同或不同。在优选实施例中，电压放大器具有3、4、5或更多放大器，其配置为运算放大器并且通过适当的电阻器电路具有相同的放大因子。
本发明的另一个目的是提出一种模数转换器电路装置。模数转换器电路装置包括上述类型的至少一个电压放大器和至少一个模数转换器。模数转换器配置成将至少第一输出信号转换为第一数字信号并将至少第二输出信号转换为第二数字信号。在周期输出信号的情况下，转换可以被连续地完成，使得只需要模数转换器。在优选实施例中，模数转换器电路装置具有2、3、4或更多模数转换器，使得输入电压信号的不同范围可以同时转换成数字信号。特别是在非周期信号的情况下，这样的装置可以允许输入电压信号的连续数字化。
第一数字信号优选表示当第一数字信号具有第一值时输入电压信号的第一线性变换的范围，其中第一值大于第一最小数字值且小于第一最大数字值。第二数字信号优选地表示当第二数字信号具有第二值时输入电压信号的第二线性变换的范围，其中第二值大于第二最小数字值且小于第二最大数字值。因此，在若干模数转换器的情况下，通常只有一个模数转换器具有在模数转换器的最小数字输出值和最大数字输出值之间的值。这样的模数转换器(其转换电压过高或过低的输出信号)发出最小或最大数字输出值。
本发明的另一个目的是提出一种用于可编程电压范围的电压放大的改进方法。该方法包含以下步骤：
-变换输入电压信号，使得输入电压信号的第一范围相对于放大器电路的第一操作点位于第一限定的关系中；其中将所述输入电压信号变换成输入电流信号，以及通过所述输入电流信号，提供所述输入电压信号的所述第一范围的第一图像，使得所述第一图像包含相对于所述输入电压信号的所述第一操作点；
-变换输入电压信号，使得输入电压信号的第二范围相对于放大器电路的第二操作点位于第二限定的关系中；其中通过所述输入电流信号，提供所述输入电压信号的所述第二范围的第二图像，使得所述第二图像包含相对于所述输入电压信号的所述第二操作点；
-通过第一图像将第一范围线性变换成第一输出信号；和
-通过第二图像将第二范围线性变换成第二输出信号。
本发明的另一个目的是提出一种数字化输入电压信号的改进方法。该方法不仅包括上述步骤，还包括以下另外的步骤：
-数字化第一输出信号；和
-数字化第二输出信号。
该方法的各个步骤不一定必须按照上述顺序执行。
要指出的是，根据权利要求1所述的滤波器电路，根据权利要求12所述的模数转换器电路装置以及根据权利要求14所述的方法具有相似和/或相同的实施例，尤其如它们在从属权利要求中所描述的那样。
还要指出的是，从属权利要求与相应的独立权利要求的每个组合也构成了本发明的优选实施例。
以下描述另外的优选实施例。
附图说明
本发明的这些和其他方面在附图中详细示出如下：
图1示出第一电压放大器；
图2示出第二电压放大器；
图3示出第二电压放大器的信号曲线；
图4示出第三电压放大器；
图5示出第三电压放大器的信号曲线；
图6示出第四电压放大器的示意图；
图7示出具有第三电压放大器的模数转换器；
图8示出用于电压放大的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出第一电压放大器100。第一电压放大器100包括具有电源的控制级110和由场效应晶体管组成的差分放大器。输入端和因此输入电压信号10被传输到差分放大器的自锁第一场效应晶体管的栅极，其中该场效应晶体管的源极连接到电源。在这里，差分放大器的输出端连接到自传导场效应晶体管的栅极，该自传导场效应晶体管进而连接到差分晶体管的第二自锁场效应晶体管的另一栅极，其在输入端处反向连接到第一自锁场效应晶体管。由于这种连接，输入电压115出现在第二自锁场效应晶体管的栅极处。第一电压放大器100还具有放大器电路130，在这种情况下其配置为电流镜。第一电压放大器100包括具有输入参考电阻器121和输入参考电压133的输入参考电阻器装置120。输入参考电压133连接到输入参考电阻器121，输入参考电阻器121进而连接到第二自锁场效应晶体管的栅极。因此，输入参考电阻器的输出端处也存在输入电压。因此，输入电压是：
Vinput＝Rsignal*isignal+vrefinput
其中Rsignal代表输入参考电阻器121，以及Vrefinput代表输入参考电压133。电流isignal代表流过输入参考电阻器121的电流。偏置电压131被施加在放大器电路130的电流镜的两个自锁场效应晶体管的输入端和关联的栅极的输入端之间，其中电流镜具有M/N镜像比率。因此，电流Ibias流过电流镜的自锁场效应晶体管，其连接到输入参考电阻器121的输出端和差分放大器的第二自锁场效应晶体管的栅极。因此，电流ibias+isignal流过放大器电路130的自传导场效应晶体管，其栅极用于输入电压信号10的反馈。因此，由于镜像比率，在电流镜的输出侧上，电流(M/N)*ibias在与包括输出参考电阻器137和输出参考电压135的输出参考电路的触点之上流动，并且电流(M/N)*ibias+isignal在触点之下流动。因此，电流(M/N)*isignal经由输出参考电阻器137流动。因此，在第一电压放大器100的情况下，第一输出信号191是：
Voutput＝Routput*(M/N)*isignal+vrefoutput
其中Routput代表输出参考电阻器137，并且Vrefoutput代表输出参考电压135。因此，第一电压放大器100的操作点可以通过输入参考电阻器121、输入参考电压133、输出参考电阻器137和输出参考电压135相对于一个输入参考信号10基本自由地设置。
以这种方式，所有类型的输入电压信号10都可以采用以下这样的方式来调整：它们可以通过放大器电路130进行线性放大。为了确保这种设置能力，参考电阻器和参考电压可以例如配置，是的它们可以被设置。参考电阻和参考电压的具体值取决于应用、技术和整体概念。在该上下文中，当电压放大器100用在模数转换器电路装置500中时，例如所期望比特的数量同样是重要的。
图2示出第二电压放大器100。第二电压放大器100还包括具有电源的控制级110和差分放大器，其中输出信号类似地反馈到差分放大器，如结合图1所解释的。类似于图1中的情况，通过偏置电压131使偏置电流可用，其中该偏置电流经由输入参考电阻器装置120的输入参考电阻器流动。输入参考电阻器122、123、124和125然后采用以下这样的方式来选择：输入参考电阻器122、123、124和125之间限定的电势可以各自采用以下这样的方式来设置：放大器电路130的各种操作点可以相对于输入电压信号10来设置。在该上下文中，放大器电路130具有第一放大器140，其正输入端连接到参考电阻器装置120，其中在第一放大器140的正输入端处，电势存在于第一输入参考电阻器122和第二输入参考电阻器123之间。第一放大器140的输出端负反馈到第一负反馈电阻器142。此外，第一放大器140的负输出端经由第一放大器电阻器144连接到第一放大器偏置电压146。第一放大器140的放大率通过第一负反馈电阻器142以及通过第一放大器电阻器来设置，以及它也可以包括1的值。差分电阻器的输入端中的自锁场效应晶体管的栅极(其反向连接到自锁场效应晶体管，所述自锁场效应晶体管拾取输入电压信号10以及控制信号)连接在第二输入参考电阻器123和第三输入参考电阻器124之间。输入电压存在于该点处，如结合图1所详细描述的。同样由放大器电路130包含的第二放大器150的正输入端连接在第三输入参考电阻器124和第四输入参考电阻器125之间。第二放大器150的输出端负反馈到第二负反馈电阻器152。第二放大器150的负输出端也经由第二放大器电阻器154连接到第二放大器偏置电压156。第二放大器150的放大率通过第二负反馈电阻器152和通过第二放大器电阻器154来设置。在图2中示出的具体实施例中，各个组件具有以下值：第一输入参考电阻器122具有值R2，第二输入参考电阻器123具有值R2/2，第三输入参考电阻器124具有值R2/2，第四输入参考电阻器125具有值R2，第一和第二放大器电阻器144、154各自具有值R1，第一和第二负反馈电阻器142、152各自具有值2*R1，第一和第二放大器偏置电压146、156是相同的并具有与偏置电压131的值不同(单个量的值的示例：R1＝500欧姆(主要由信号的带宽设置)，R2＝200欧姆(在通过控制单元的输出级的1mA电流，结果是每个200mV的电压段，使得对于电阻器142和144的值以2的比率的输出电压在放大器偏置电压附近各自为200mV)，放大器偏置电压＝供应电压范围的一半，其尤其取决于以下比较器：偏置电压＝例如300mV，为了充分利用放大器范围，应该在预期的输入电压范围内)。相对于另一电压信号10的第一和第二放大器的正输入端处的电势因此可以通过输入参考电阻器122、123、124和125来设置。如果第一和第二放大器140、150因此具有相同的绝对操作点，则可以通过输入参考电阻器122、123、124和125来设置与输入电压信号10有关的不同操作点。
图3示出第二电压放大器100的信号曲线。输入电压信号10的信号幅度20在这里绘制在时间30上。输入电压信号被垂直虚线划分成第一范围12和第二范围14。在这种情况下，输入电压信号10是正弦的，以及第二范围对应于正半波，以及第一范围对应于负半波。在输入电压信号10的第二范围14中，第二输出信号192具有线性部分434。在输入电压信号10的该第二区域中，第二放大器150具有线性放大率。该线性放大率是由于第二放大器150的正输入端处的电压相对于输入电压减小了值R2/2*ibias的事实。在输入电压信号10的第一范围12中，第二放大器150过驱动并发射非线性信号432。在输入电压信号10的第一范围12中，第一输出信号191具有线性部分424。在在输入电压信号10的第一范围12中，第一放大器140具有线性放大率。该线性放大率是由于第一放大器140的正输入端处的电压相对于输入电压减小了值R2/2*ibias的事实。在输入电压信号10的第二范围14中，第一放大器140过驱动并发射非线性信号422。
图4示出具有四个输出端的第三电压放大器100。电压放大器100的电路图非常类似于图2的电路图。然而，与图2中不同的是，每个输出端的一个控制级110在输入端处可用。再一次地，通过具有四个输入参考电阻器126、127、128和129的输入参考电阻器装置相对于输入电压信号10限定并联布置的四个放大器的操作点。在该过程中，存在于放大器的正输入端处的电势(V1，V2，V3，V4)相对于输入参考电阻器126、127、128和129在相应的偏置电流(被选择以便具有相同的大小)的电流路径中并且相对于输入参考电阻器126、127、128和129的大小通过触点的位置来确定。在图2中示出的具体实施例中，各个组件具有以下值：第五输入参考电阻器126具有值1.5*R2，第六输入参考电阻器127具有值R2/2，第七输入参考电阻器128具有值R2/2，第四输入参考电阻器129具有值1.5*R2，放大器电阻器144各自具有值R1，负反馈电阻器142各自具有值n*R1，对于所有放大器，第一放大器偏置电压146是相同的，并且具有与偏置电压131不同的值。
图5示出如图4中描述的第三电压放大器100的信号曲线。示出输入电压信号10、第三放大器的正输入端处的电压V3、第四放大器的正输入端处的电压V4、第三输出信号193和第四输出信号194。电压V3和V4由输入参考电阻器128和129相对于输入电压信号10移位。因此，放大器相对于输入电压信号10的不同操作点通过输入参考电阻器128和129来限定。在第三和第四输出信号193和194中移位的结果变得明显，其中可以看出输入电压信号10仅在某些范围内由相关的放大器进行线性放大。结果，可以将输入电压信号10分成若干幅度范围(例如，-10V至-5V，-5V至0V，0V至5V，5V至10V)，以及然后使用单独的放大器分别线性放大彼此分离的这些幅度范围。这里，两个水平断开的边界线指示相对于下边缘的供应电压和相对于上边缘的供应电压的地电势。
图6示出了第四电压放大器300的示意图。从与图1至3相关的详细描述中可以看出，根据本发明的电压放大器300可以通过大量的具体电路布置来实现。作为示例给出的第四电压放大器的示意图示包括偏置310、输入缓冲器320、输入参考电阻器装置330、输入端340的控制单元、输出端350、输出电阻器装置360和输出端370的控制单元。图6中示意性示出的第四电压放大器300的电路图可以采用集成电路的形式以及传统的电路技术的形式来实现。
图7示出具有第三电压放大器100的模数转换器电路装置。具有不同输入参考电压111、112、113和114的四个放大支路中的每一个具有图4中示出的放大器之一，其发射输出信号191、192、193和194。这些输出信号191、192、193和194中的每一个被中继到明确关联的模数转换器510。这些模数转换器510中的每一个连接到地525和参考电压515，在这种情况下是均匀的。模数转换器510现在发射数字信号531。输出信号191、192、193和194以及参考电压515采用以下这样的方式来选择：四个模数转换器510中只有一个发射在最小和最大数字值之间的数字值。三个其他模数转换器510接收电压过高或过低的输出信号191、192、193和194。因此，这三个模数转换器510发射最小数字值(例如0000)或最大数字值(例如1111)。因此，输入电压信号10的线性放大的范围可以通过比较在模数转换器510的输出端处的数字信号531而以简单的方式确定。在该过程中，在由时钟40确定的时间离散步骤中发射数字信号531。在输出信号正好在输入电压信号10的两个范围之间的边界处的情况下，一个或多个模数转换器510发射最大数字值改变到最小数字值的正确值，或反之亦然。
图8示出用于电压放大的方法的示意图。在步骤710中，采用以下这样的方式变换输入电压信号10：输入电压信号10的第一范围12相对于放大器电路的第一操作点位于第一限定的关系中。在步骤720中，采用以下这样的方式变换输入电压信号10：输入电压信号10的第二范围14相对于放大器电路的第二操作点位于第二限定的关系中。在步骤730中，将第一范围12线性变换成第一输出信号191。在步骤740中，将第二范围14线性变换成第二输出信号192。
本发明的构思是在放大器电路130的一个或多个操作点处根据输入电压信号将输入电压信号10的限定的范围12、14放置在不同关系中。适当地划分输入电压信号10的范围12、14使得可以线性放大相关的范围。这样的线性放大的输出信号然后可以例如通过若干模数转换器510来转换成数字信号。以这种方式，可以使用相对简单的模数转换器510来获得高分辨率的数字信号531。不需要必须执行的类型的费力的校准，例如，在流水线ADC的情况下。
本领域技术人员从前述公开、附图和专利权利要求中可以获知本发明的其他变体及其实施方式。
在诸如“含有”、“包括”、“包含”，“具有”等的专利权利要求中使用的术语不排除另外的要素或步骤。不定冠词的使用并不排除复数。每个单独的装置可以执行专利权利要求中引用的若干单元或装置的功能。专利权利要求中指示的参考数字不应被解释为对所采用的手段和步骤的限制。
参考数字列表
10 输入电压信号
12 第一范围
14 第二范围
20 信号幅度
30 时间轴
40 时钟
100、300 电压放大器
110 控制级
111 第一输入参考电压
112 第二输入参考电压
113 第三输入参考电压
114 第四输入参考电压
115 输入电压
120、330 输入参考电阻器装置
121 输入参考电阻器
122 第一输入参考电阻器
123 第二输入参考电阻器
124 第三输入参考电阻器
125 第四输入参考电阻器
126 第五输入参考电阻器
127 第六输入参考电阻器
128 第七输入参考电阻器
129 第八输入参考电阻器
130 放大器电路
131 偏置电压
133 输入参考电压
135 输出参考电压
137 输出参考电阻器
140 第一放大器
142 第一负反馈电阻器
144 第一放大器电阻器
146 第一放大器偏置电压
150 第二放大器
152 第二负反馈电阻器
154 第二放大器电阻器
156 第二放大器偏置电压
191 第一输出信号
192 第二输出信号
193 第三输出信号
194 第四输出信号
310 偏置
320 输入缓冲器
340 控制单元输入端
350 输出端
360 输出电阻器装置
370 控制单元输出端
422 第一输出信号的非线性部分
424 第一输出信号的线性部分
432 第二输出信号的非线性部分
434 第二输出信号的线性部分
500 模数转换器电路装置
510 模数转换器
515 参考电压
525 地
531 数字信号
710 第一范围的变换
720 第二范围的变换
730 第一范围的线性变换
740 第二范围的线性变换

Claims (14)

1.一种用于可编程电压范围的电压放大器(100，300)，其中，所述电压放大器(100，300)至少具有相对于输入电压信号(10)的第一操作点和第二操作点，并且其中所述电压放大器(100，300)配置成通过所述第一操作点将所述输入电压信号(10)的第一范围(12)线性变换成第一输出信号(191)，并且其中所述电压放大器(100，300)还配置成通过所述第二操作点将所述输入电压信号(10)的第二范围(14)线性变换成第二输出信号(192)，其中所述电压放大器(100，300)具有控制级(110)、至少一个输入参考电阻器装置(120，330)和放大器电路(130)，其中所述控制级(110)配置成将所述输入电压信号(10)变换成输入电流信号，所述输入参考电阻器装置(120，330)配置成使用所述输入电流信号以便提供所述输入电压信号(10)的第一范围(12)的第一图像和所述输入电压信号(10)的第二范围(14)的第二图像，使得所述第一图像包含相对于所述输入电压信号(10)的所述第一操作点，并且所述第二图像包含相对于所述输入电压信号(10)的所述第二操作点，并且其中所述放大器电路(130)配置成将所述第一图像变换成所述第一输出信号(191)和所述第二图像变换成第二输出信号(192)。
2.根据权利要求1所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述电压放大器(100，300)具有可变操作点，使得除了所述第一操作点和第二操作点之外，能够相对于所述输入电压信号(10)设置另外的操作点。
3.根据权利要求1所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述电压放大器(100，300)配置成同时提供所述第一操作点和第二操作点。
4.根据权利要求3所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述第一操作点和第二操作点采用以下这样的方式来设置：所述输入电压信号(10)的所述第一范围(12)和所述输入电压信号(10)的所述第二范围(14)具有至少一个共享值。
5.根据权利要求4所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述输入电压信号(10)的所述第一范围(12)和所述输入电压信号(10)的所述第二范围(14)彼此相邻。
6.根据前述权利要求之一所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述电压放大器(100，300)配置成相对于所述输入电压信号(10)的所述第一范围(10)按照规定的第一放大因子将所述第一输出信号(191)放大，并且其中所述电压放大器(100，300)配置成相对于所述输入电压信号(10)的所述第二范围按照规定的第二放大因子将所述第二输出信号(192)放大。
7.根据权利要求6所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述放大器电路(130)配置成将所述第一图像变换成第一输出电流，并且将所述第二图像变换成第二输出电流，并且其中所述放大器电路(130)还配置使得经由第一输出参考电阻器(137)，所述放大器电路(130)发射第一输出信号(191)作为所述第一输出电流的电压降，并且使得经由第二输出参考电阻器(137)，所述放大器电路(130)发射第二输出信号作为所述第二输出电流的电压降。
8.根据权利要求7所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述放大器电路(130)配置成相对于所述输入电流信号按照限定的第一电流放大因子将所述第一输出电流放大，并相对于所述输入电流信号按照限定的第二电流放大因子将所述第二输出电流放大。
9.根据权利要求1所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述放大器电路(130)至少具有第一放大器(140)和第二放大器(150)，其中所述第一放大器配置成通过第一负反馈(142)将所述第一图像变换成所述第一输出信号(191)，以及其中所述第二放大器(150)配置成通过第二负反馈(152)将所述第二图像变换成所述第二输出信号(192)。
10.根据权利要求9所述的电压放大器(100，300)，其特征在于，所述第一负反馈(142)等于所述第二负反馈(152)，其中所述电压放大器(100，300)配置成使用所述第一放大器(140)按照所述第一放大因子将所述第一输出信号(191)放大，以及其中所述电压放大器(100，300)还配置成使用所述第二放大器(150)按照所述第二放大因子将所述第二输出信号(192)放大，并且所述第一放大因子与所述第二放大因子相同。
11.一种模数转换器电路装置(500)，包括根据前述权利要求之一所述的至少一个电压放大器(100，300)和至少一个模数转换器(510)，其中所述模数转换器(510)配置成将至少所述第一输出信号(191)转换成第一数字信号(531)并且将至少所述第二输出信号(192)转换成第二数字信号(531)。
12.根据权利要求11所述的模数转换器电路装置(500)，其特征在于，所述第一数字信号(531)表示当所述第一数字信号(531)具有第一值时所述输入电压信号(10)的第一线性变换的范围，其中所述第一值大于第一最小数字值并小于第一最大数字值，并且其中所述第二数字信号(531)表示当所述第二数字信号具有第二值时所述输入电压信号(10)的第二线性变换的范围，其中第二值大于第二最小数字值且小于第二最大数字值。
13.一种用于可编程电压范围的电压放大的方法，包括以下步骤：
-变换输入电压信号(10)，使得所述输入电压信号(10)的第一范围(12)相对于放大器电路(130)的第一操作点位于第一限定的关系中；其中将所述输入电压信号(10)变换成输入电流信号，以及通过所述输入电流信号，提供所述输入电压信号(10)的所述第一范围的第一图像，使得所述第一图像包含相对于所述输入电压信号(10)的所述第一操作点；
-变换所述输入电压信号(10)，使得所述输入电压信号(10)的第二范围(14)相对于所述放大器电路(130)的第二操作点位于第二限定的关系中；其中通过所述输入电流信号，提供所述输入电压信号(10)的所述第二范围的第二图像，使得所述第二图像包含相对于所述输入电压信号(10)的所述第二操作点；
-通过所述第一图像将所述第一范围(12)线性变换成第一输出信号(191)；以及
-通过所述第二图像将所述第二范围(14)线性变换成第二输出信号(192)。
14.一种用于数字化输入电压信号(10)的方法，包括根据权利要求13所述的步骤，并且还包括以下步骤：
-数字化所述第一输出信号(191)；以及
-数字化所述第二输出信号(192)。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1122882A2 (en) * 1999-12-27 2001-08-08 Semiconductor Technology Academic Research Center Amplifier circuit
CN1667958A (zh) * 2004-03-12 2005-09-14 精拓科技股份有限公司 能隙参考电压电路装置
EP1780894A2 (en) * 2005-10-27 2007-05-02 Industrial Technology Research Inverter-based flash analog-to-digital converter using floating resistor ladder

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5231360A (en) * 1992-06-17 1993-07-27 Texas Instruments Incorporated Multi-range voltage amplifier having multiplying digital/analog converters and programmable filter using multiplying DAC in feedback loop
JPH077427A (ja) * 1993-06-18 1995-01-10 Nec Corp Ａ／ｄ変換装置
JP3033673B2 (ja) * 1995-04-21 2000-04-17 日本電気株式会社 電力増幅用の演算増幅回路
FR2755325A1 (fr) * 1996-10-25 1998-04-30 Philips Electronics Nv Dispositif de conversion analogique/numerique a caracteristique de transfert programmable
US6011422A (en) * 1998-07-10 2000-01-04 Delco Electronics Corporaiton Integrated differential voltage amplifier with programmable gain and input offset voltage
US6522489B1 (en) 1999-12-21 2003-02-18 Texas Instruments Incorporated Efficient analog-to-digital converter for digital systems
ATE396543T1 (de) 2002-12-04 2008-06-15 Nxp Bv Nichtlineare verteilung von spannungsschritten in a/d-umsetzern des flash-typs
US7190291B2 (en) * 2005-01-05 2007-03-13 Artesyn Technologies, Inc. Programmable error amplifier for sensing voltage error in the feedback path of digitially programmable voltage sources
DE102005020319B4 (de) * 2005-05-02 2010-06-17 Infineon Technologies Ag Verstärkeranordnung mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor und Verfahren zum Verstärken eines zu verstärkenden Signals mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor
EP1770866B1 (en) * 2005-09-12 2008-04-02 Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG High-speed analog/digital converter
DE602006004548D1 (de) * 2006-02-17 2009-02-12 Sicon Semiconductor Ab Flexibler Analog-Digital-Wandler
US8193962B1 (en) 2010-07-13 2012-06-05 Sandia Corporation High resolution A/D conversion based on piecewise conversion at lower resolution
US8217822B2 (en) 2010-11-09 2012-07-10 Microsoft Corporation Resolution enhancing analog-to-digital conversion
WO2013046497A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 日本電気株式会社 アナログデジタル変換回路及びアナログデジタル変換方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1122882A2 (en) * 1999-12-27 2001-08-08 Semiconductor Technology Academic Research Center Amplifier circuit
CN1667958A (zh) * 2004-03-12 2005-09-14 精拓科技股份有限公司 能隙参考电压电路装置
EP1780894A2 (en) * 2005-10-27 2007-05-02 Industrial Technology Research Inverter-based flash analog-to-digital converter using floating resistor ladder

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