DE102014100660A1

DE102014100660A1 - Verstärker mit variabler Verstärkung

Info

Publication number: DE102014100660A1
Application number: DE102014100660.7A
Authority: DE
Inventors: Edward Perry Jordan
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: CN103986432A; US20140225673A1; US9716479B2; CN103986432B; DE102014100660B4

Abstract

Die vorliegende Offenbarung offenbart einen Verstärker und assoziierte Betriebsverfahren. Ein beispielhafter Verstärker umfasst einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen ersten virtuellen Erdungsknoten; einen zweiten virtuellen Erdungsknoten; einen Operationsverstärker, der mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist; einen resistiven Eingangsabschnitt, der mit einem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist; und einen resistiven Rückkopplungsabschnitt, der mit einem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt ist. Der resistive Eingangsabschnitt schließt einen festen Eingangswiderstand, der mit dem Eingangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Eingangswiderstandssegment ein, das parallel mit dem festen Eingangswiderstand gekoppelt ist. Der resistive Rückkopplungsabschnitt schließt einen festen Rückkopplungswiderstand, der mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Rückkopplungswiderstandsegment ein, das parallel mit dem festen Rückkopplungswiderstand gekoppelt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Verstärker und spezieller Verstärker mit variabler Verstärkung.
HINTERGRUND
Verstärker können eine Signaleigenschaft (beispielsweise Strom, Spannung, Leistung, eine sonstige Signaleigenschaft oder eine Kombination davon) eines eingehenden Signals, wie eines elektrischen Signals, erhöhen. Ein Verstärkertyp ist ein Verstärker mit variabler Verstärkung. Der Verstärker mit variabler Verstärkung kann justierbare Wirkwiderstände in einem Rückkopplungsweg (von einem Verstärkerausgang zu einem Verstärkereingang), einem Eingangsweg (von einem Eingangsanschluss zu dem Verstärkereingang) oder beides einschließen, um variierende Verstärkungspegel zu erreichen. Obwohl vorhandene Verstärker im Allgemeinen für ihre vorgesehenen Zwecke adäquat sind, sind sie nicht in allen Aspekten vollkommen befriedigend.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den angefügten Figuren am besten deutlich. Es wird betont, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstabgerecht gezeichnet sind und nur zu illustrativen Zwecken dienen. Die Abmessung der verschiedenen Merkmale kann in der Tat willkürlich erhöht oder verringert werden, um die Erörterung zu verdeutlichen.
1 ist ein schematisches Schaltdiagramm eines beispielhaften Verstärkers gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein schematisches Schaltdiagramm eines Abschnitts des beispielhaften Verstärkers von 1 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
ÜBERSICHT ÜBER BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein beispielhafter Verstärker umfasst in verschiedenen Implementierungen einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen ersten virtuellen Erdungsknoten; einen zweiten virtuellen Erdungsknoten; einen Operationsverstärker, der mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist; einen resistiven Eingangsabschnitt, der mit einem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist; und einen resistiven Rückkopplungsabschnitt, der mit einem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt ist. Der resistive Eingangsabschnitt schließt einen festen Eingangswiderstand, der mit dem Eingangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Eingangswiderstandssegment ein, das parallel mit dem festen Eingangswiderstand gekoppelt ist. Das schaltbare Eingangswiderstandssegment schließt einen Eingangswiderstand, einen ersten Eingangsschalter und einen zweiten Eingangsschalter ein, wobei der Eingangswiderstand mit dem Eingangsanschluss, dem ersten virtuellen Erdungsknoten über den ersten Eingangsschalter und mit dem zweiten virtuellen Erdungsknoten über den zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist. Der resistive Rückkopplungsabschnitt schließt einen festen Rückkopplungswiderstand, der mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Rückkopplungswiderstandssegment ein, das parallel mit dem festen Rückkopplungswiderstand gekoppelt ist. Das schaltbare Rückkopplungswiderstandssegment schließt einen Rückkopplungswiderstand und einen Rückkopplungsschalter ein, wobei der Rückkopplungswiderstand mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten über den Rückkopplungsschalter gekoppelt ist. Der erste Eingangsschalter, der zweite Eingangsschalter und der Rückkopplungsschalter können Feldeffekttransistoren sein. Der Verstärker kann so ausgebildet sein, dass sich der zweite Schalter in einem ersten Zustand befindet, wenn sich der erste Schalter in einem zweiten Zustand befindet, und sich der zweite Schalter in dem zweiten Zustand befindet, wenn sich der erste Schalter in dem ersten Zustand befindet. Der Verstärker kann beispielsweise ferner einen Inverter einschließen, der mit dem ersten Eingangsschalter und dem zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist. Der feste Eingangswiderstand ist in verschiedenen Implementierungen über einen dritten Eingangsschalter mit dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt; und der feste Rückkopplungswiderstand ist über einen anderen Rückkopplungsschalter mit dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt.
Der Verstärker schließt in verschiedenen Implementierungen einen ersten Spannungsregelungsanschluss, die mit dem ersten Eingangsschalter gekoppelt ist; einen zweiten Spannungsregelungsanschluss, die mit dem zweiten Schalter gekoppelt ist; eine Spannungsversorgung ein, die mit dem ersten Spannungsregelungsanschluss und dem zweiten Spannungsregelungsanschluss gekoppelt ist, wobei die Spannungsversorgung mit einer Eingangsgleichtaktspannung des Eingangsanschlusses assoziiert ist. Die Spannungsversorgung kann ferner mit dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt sein. In verschiedenen Implementierungen ist der erste virtuelle Erdungsknoten mit einem von einem invertierenden Eingang und einem nicht-invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen schließt der Eingangsanschluss einen ersten Eingangsanschluss, der mit einem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist; und einen zweiten Eingangsanschluss ein, der mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist. Der Verstärker kann ferner einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand einschließen, die mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss in Reihe gekoppelt sind. In verschiedenen Implementierungen schließt der Verstärker ferner einen Puffer ein, der mit einem Sperrschichtknoten zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand und dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist.
In verschiedenen Implementierungen schließt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des Verstärkers das Festlegen eines Zustands des ersten Schalters und des Rückkopplungsschalters ein, um ein Verstärkungscharakteristikum des Verstärkers festzulegen. Das Verfahren kann ferner das Festlegen eines Zustands des zweiten Schalters basierend auf dem Zustand des ersten Schalters und/oder das Festlegen eines Spannungssteuerungspegels für den ersten Schalter und den zweiten Schalter basierend auf einer Eingangsgleichtaktspannung einschließen, die mit dem Eingangsanschluss assoziiert ist. Wenn der feste Eingangswiderstand über einen dritten Eingangsschalter mit dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist und der feste Rückkopplungswiderstand über einen anderen Rückkopplungsschalter mit dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, kann das Verfahren in verschiedenen Implementierungen ferner das Festlegen eines Zustands des dritten Eingangsschalters und eines anderen Rückkopplungsschalters einschließen, so dass der dritte Eingangsschalter und ein anderer Rückkopplungsschalter während des Betriebs des Verstärkers einen Zustand ON (Ein) haben.
In verschiedenen Implementierungen schließt ein Verstärker mit variabler Verstärkung einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen Operationsverstärker, der mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei der Operationsverstärker einen nicht-invertierenden Eingang, einen invertierenden Eingang und einen Ausgang hat; einen ersten virtuellen Erdungsknoten, der mit dem nicht-invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen zweiten virtuellen Erdungsknoten, der mit dem invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen dritten virtuellen Erdungsknoten; einen ersten resistiven Eingangsabschnitt, der mit dem Eingangsanschluss und dem nicht-invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen zweiten resistiven Eingangsabschnitt, der mit dem Eingangsanschluss und dem invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen ersten resistiven Rückkopplungsabschnitt, der mit dem nichtinvertierenden Eingang und dem Ausgang gekoppelt ist; und einen zweiten resistiven Rückkopplungsabschnitt ein, der mit dem invertierenden Eingang und dem Ausgang gekoppelt ist. Der erste resistive Eingangsabschnitt und der zweite resistive Eingangsabschnitt schließen jeweils einen festen Eingangswiderstand, der mit dem Eingangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und mindestens ein schaltbares Eingangswiderstandssegment ein, das mit dem festen Eingangswiderstand parallel gekoppelt ist, wobei das schaltbare Eingangswiderstandssegment einen Eingangswiderstand, einen ersten Eingangsschalter und einen zweiten Eingangsschalter einschließt, wobei der Eingangswiderstand mit dem Eingangsanschluss, dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten über den ersten Eingangsschalter und mit dem dritten virtuellen Erdungsknoten über den zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist. Der erste resistive Rückkopplungsabschnitt und der zweite resistive Rückkopplungsabschnitt schließen jeweils einen festen Rückkopplungswiderstand, der mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Rückkopplungswiderstandssegment ein, das parallel mit dem festen Rückkopplungswiderstand gekoppelt ist, wobei das schaltbare Rückkopplungswiderstandssegment einen Rückkopplungswiderstand und einen Rückkopplungsschalter einschließt, wobei der Rückkopplungswiderstand mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten über den Rückkopplungsschalter gekoppelt ist.
Der Eingangsanschluss schließt in verschiedenen Implementierungen einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss ein, wobei der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt ist und der invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist; wobei der feste Eingangswiderstand und der Eingangswiderstand des ersten resistiven Rückkopplungsabschnitt mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt sind; und wobei der feste Eingangswiderstand und der Eingangswiderstand des zweiten resistiven Rückkopplungsabschnitts mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt sind. Der Ausgangsanschluss schließt in verschiedenen Implementierungen einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss ein; wobei der Ausgang des Operationsverstärkers einen nicht-invertierenden Ausgang und einen invertierenden Eingang einschließt; der erste resistive Rückkopplungsabschnitt ist mit dem nicht-invertierenden Ausgang und dem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt; und der zweite resistive Rückkopplungsabschnitt ist mit dem invertierenden Ausgang und dem zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt.
Der Verstärker mit variabler Verstärkung kann ferner einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand einschließen, die mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss in Reihe gekoppelt sind. Der Verstärker mit variabler Verstärkung kann ferner einen Puffer einschließen, der mit dem dritten virtuellen Erdungsknoten und einem Verbindungsknoten zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand gekoppelt ist. In verschiedenen Implementierungen schließt der Verstärker mit variabler Verstärkung ferner einen ersten Spannungsregelungsanschluss, einen zweiten Spannungsregelungsanschluss und einen dritten Spannungsregelungsanschluss ein, die mit dem ersten Eingangsschalter, dem zweiten Eingangsschalter beziehungsweise dem Rückkopplungsschalter gekoppelt sind; und eine Spannungsversorgungsquelle, die mit einer Eingangsgleichtaktspannung des Eingangsanschlusses assoziiert ist, wobei die Spannungsversorgungsquelle mit dem ersten Spannungsregelungsanschluss, dem zweiten Spannungsregelungsanschluss und dem dritten Spannungsregelungsanschluss gekoppelt ist. Die Spannungsversorgungsquelle kann mit dem dritten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt sein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Offenbarung offenbart viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele für die Implementierung unterschiedlicher Merkmale der vorliegenden Offenbarung. Spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen sind zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung anschließend beschrieben. Es handelt sich natürlich lediglich um Beispiele, die nicht einschränkend sein sollen. Die vorliegende Offenbarung kann ferner wiederholte Bezugsziffern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen verwenden. Diese Wiederholung dient der Vereinfachung und Deutlichkeit und bedingt als solche keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Ein Verstärker erhöht eine Signaleigenschaft (beispielsweise Strom, Spannung, Leistung, sonstige Signaleigenschaft oder eine Kombination davon) eines eingehenden Signals, wie eines elektrischen Signals. Eine Verstärkung eines Verstärkers gibt die Fähigkeit des Verstärkers an, eine Leistung (oder Amplitude des eingehenden Signals) von einem Eingang zu einem Ausgang zu erhöhen. Ein Verstärkertyp ist ein Verstärker mit variabler Verstärkung, der seine Verstärkung in Abhängigkeit von einem Regelungssignal, wie einem Regelungsspannungssignal, variieren kann. Die vorliegende Offenbarung offenbart verschiedene Implementierungen eines Verstärkers mit variabler Verstärkung (wie eines DC-gekoppelten Verstärkers mit variabler Verstärkung), der Rauschen reduzieren kann (selbst wenn die Verstärkung abnimmt), eine konstante Eingangsimpedanz aufrechterhalten kann, wenn sich die Verstärkung ändert, und/oder Verzerrung minimieren kann. In verschiedenen Implementierungen verwendet ein resistives Schaltnetzwerk Schalter (wie Transistoren), um das Rauschen des Verstärkers zu reduzieren, während die Verstärkung festgelegt wird. In verschiedenen Implementierungen wird die Verzerrung des Verstärkers nicht durch einen variablen Eingangsgleichtaktpegel verschlechtert, indem der Verstärker so ausgebildet wird, dass die Spannungssteuerungen der Schalter (von den Schaltern in dem resistiven Schaltnetzwerk) dem Eingangsgleichtaktpegel gegenüber untergeordnet (als Slaves) arbeiten. Verschiedene Ausführungsformen können unterschiedliche Vorteile aufweisen, und bei keiner Ausführungsform ist ein spezieller Vorteil unbedingt erforderlich.
In 1 wird ein schematisches Schaltdiagramm eines beispielhaften Verstärkers 100 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Der Verstärker 100 ist eine elektronische Vorrichtung (die einen elektronischen Schaltkreis und/oder eine oder mehrere Komponenten einschließt), die ausgebildet ist, um eine Signaleigenschaft (beispielsweise Strom, Spannung, Leistung, sonstige Signaleigenschaft oder eine Kombination davon) eines eingehenden elektrischen Signals zu erhöhen. In der gezeigten Ausführungsform ist der Verstärker 100 ein Verstärker mit variabler Verstärkung, der seine Verstärkung in Abhängigkeit von einem oder mehreren Regelungssignalen (Spannungen) variieren kann. 1 ist zur Verdeutlichung vereinfacht worden, um die erfindungsgemäßen Konzepte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen zu können. Dem Verstärker 100 können weitere Merkmale hinzugefügt werden, und einige der unten beschriebenen Merkmale können in anderen Ausführungsformen des Verstärkers 100 ersetzt werden oder wegfallen.
Der Verstärker 100 schließt einen Operationsverstärker 102 ein. Der Operationsverstärker 102 ist ausgebildet, um eine Differenz zwischen zwei Spannungseingängen zu verstärken. Der Operationsverstärker 102 ist mit dem einen Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss gekoppelt, so dass der Operationsverstärker 102 eine Differenz zwischen Eingangssignalen, die von dem Eingangsanschluss empfangen werden, empfängt und gemäß einem Verstärkungspegel verstärkt, der durch den Verstärker 100 festgelegt wird, um ein Ausgangssignal (ein verstärktes Signal) an dem Ausgangsanschluss zu generieren. Wie anschließend weiter beschrieben wird, kann der Verstärker 100 die auf das eingehende Signal angewendete Verstärkung variieren. In der abgebildeten Ausführungsform schließt der Operationsverstärker 102 einen Differenzialeingang (einen nicht-invertierenden Eingang und einen invertierenden Eingang) und einen Differenzialausgang (einen nicht-invertierenden Ausgang und einen invertierenden Ausgang) ein, so dass der Operationsverstärker 102 ein vollständiger Differenzialverstärker ist. Der Operationsverstärker 102 ist beispielsweise mit einem Eingangsanschluss 104, der ein Eingangssignal 105 empfängt (insbesondere ist der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 102 mit dem Eingangsanschluss 104 gekoppelt), einem Eingangsanschluss 106, der ein Eingangssignal 107 empfängt (insbesondere ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 102 mit dem Eingangsanschluss 106 gekoppelt), einem Ausgangsanschluss 108, der ein Ausgangssignal 109 empfängt (insbesondere ist der invertierende Ausgang des Operationsverstärkers 102 mit dem Ausgangsanschluss 108 gekoppelt) und einem Ausgangsanschluss 110 gekoppelt, der ein Ausgangssignal 111 empfängt (insbesondere ist der nicht-invertierende Ausgang des Operationsverstärkers 102 mit dem Ausgangsanschluss 110 gekoppelt). Der Operationsverstärker 102 hat alternativ einen Ausgang mit einem einzelnen Ende, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers 102 mit einem einzelnen Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
Der Verstärker 100 schließt ferner einen virtuellen Erdungsknoten 112A, einen virtuellen Erdungsknoten 112B ein, und ein virtueller Erdungsknoten 114 behält ein stetiges Referenzpotenzial („unbewegliche” Spannung) mit minimaler Spannungsschwankung während des Betriebs des Verstärkers 100. In der abgebildeten Ausführungsform ist der virtuelle Erdungsknoten 112A mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 102 gekoppelt, und der virtuelle Erdungsknoten 112B ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 102 gekoppelt.
Ein resistiver Rückkopplungsabschnitt 120A ist mit dem Ausgabeanschluss 108 (und des Weiteren mit dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 102) und dem Eingang (hier dem nicht-invertierenden Eingang) des Operationsverstärkers 102 gekoppelt; und ein resistiver Rückkopplungsabschnitt 120B ist mit dem Ausgangsanschluss 110 (und des Weiteren mit dem nicht-invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 102) und dem Eingang (hier dem invertierenden Eingang) des Operationsverstärkers 102 gekoppelt. In der abgebildeten Ausführungsform ist der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B im Wesentlichen ähnlich. Der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A schließt beispielsweise einen festen Widerstand RFB ein, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 102 (in der abgebildeten Ausführungsform dem invertierenden Ausgang) und dem virtuellen Erdungsknoten 112A gekoppelt ist, und der resistive Rückkopplungsabschnitt 120B schließt einen festen Widerstand RFBB ein, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 102 (in der abgebildeten Ausführungsform dem nicht-invertierenden Ausgang) und dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt ist. Zur Fortsetzung des Beispiels schließt der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A mindestens ein schaltbares Rückkopplungswiderstandssegment ein, wie die schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente 122 ₁, 122 ₂, ... 122 _N (wobei N eine Anzahl der schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente in dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120A ist), parallel mit dem festen Widerstand RFB gekoppelt. Der resistive Rückkopplungsabschnitt 120B schließt in ähnlicher Weise mindestens ein schaltbares Rückkopplungswiderstandssegment ein, wie die schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente 124 ₁, 124 ₂, ... 124 _n (wobei n eine Anzahl der schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente in dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B ist), parallel mit dem festen Widerstand RFBB gekoppelt. Die schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente 122 ₁, 122 ₂, ... 122 _N schließen einen jeweiligen Rückkopplungswiderstand RFB1, RFB2, ... RFBN und einen jeweiligen Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFBN ein; und die schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente 124 ₁, 124 ₂, ... 124 _n schließen einen jeweiligen Rückkopplungswiderstand RFBB1, RFBB2, ... RFBBn und einen jeweiligen Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBBn ein. In dem vorliegenden Beispiel sind die Rückkopplungsschalter (hier Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFBN und Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBBN) Transistoren, die ein Gate (G) einschließen, das zwischen einer Source (S) und einem Drain (D) liegt, wie bei Feldeffekttransistoren (FETs). Die Rückkopplungsschalter sind alternativ oder zusätzlich als Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs), PIN-Dioden, sonstiges Schaltelement oder Kombinationen davon implementiert.
In der abgebildeten Ausführungsform schließen der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A und der resistive Rückkopplungsabschnitt 120B zehn schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente (N = n = 10) ein, so dass der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente 122 ₁, 122 ₂, ... 122 ₁₀ einschließt, wobei jedes Segment einen jeweiligen Rückkopplungswiderstand RFB1, RFB2, ... RFB10 und einen jeweiligen Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFB10 aufweist; und der resistive Rückkopplungsabschnitt 120B schließt schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente 124 ₁, 124 ₂, ... 124 ₁₀ ein, wobei jedes Segment einen jeweiligen Rückkopplungswiderstand RFBB1, RFBB2, ... RFBB10 und einen jeweiligen Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBB10 aufweist. In der abgebildeten Ausführungsform sind Rückkopplungswiderstände RFB1, RFB2, ... RFB10 über ihre jeweiligen Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFB10 mit dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 102 und dem virtuellen Erdungsknoten 112A gekoppelt; und Rückkopplungswiderstände RFBB1, RFBB2, ... RFBB10 sind über ihre jeweiligen Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBB10 mit dem nicht-invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 102 und dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt. In dem schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegment 122 ₁ ist der Rückkopplungswiderstand RFB1 über den Rückkopplungsschalter SFB1 beispielsweise mit dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 102 (und des Weiteren mit dem Ausgangsanschluss 108) und dem virtuellen Erdungsanschluss 112A gekoppelt. In dem schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegment 124 ₁ ist der Rückkopplungswiderstand RFBB1 über den Rückkopplungsschalter SFBB1 in ähnlicher Weise mit dem nicht-invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 102 (und des Weiteren mit dem Ausgangsanschluss 110) und dem virtuellen Erdungsanschluss 112B gekoppelt.
Der Verstärker 100 schließt auch einen resistiven Eingangs-(Vorsteuerungs)-Abschnitt 130A und einen resistiven Eingangs-(Vorsteuerungs)-Abschnitt 130B ein. Der resistive Eingangsabschnitt 130A ist mit dem Eingangsanschluss 104 und einem Eingang (hier dem nichtinvertierenden Eingang) des Operationsverstärkers 102 gekoppelt, und der resistive Eingangsabschnitt 130B ist mit dem Eingangsanschluss 106 und einem Eingang (hier dem invertierenden Eingang) des Operationsverstärkers 102 gekoppelt. In der abgebildeten Ausführungsform ist der resistive Eingangsabschnitt 130A dem resistiven Eingangsabschnitt 130B im Wesentlichen ähnlich. Der resistive Eingangsabschnitt 130A schließt beispielsweise einen festen Eingangswiderstand RI ein, der mit dem Eingangsanschluss 104 und dem virtuellen Erdungsknoten 112A gekoppelt ist, und der resistive Eingangsabschnitt 130B schließt einen festen Eingangswiderstand RIB ein, der mit dem Eingangsanschluss 106 und dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt ist. Zur Fortsetzung des Beispiels schließt der resistive Eingangsabschnitt 130A mindestens ein schaltbares Eingangswiderstandssegment ein, wie die schaltbaren Eingangswiderstandssegmente 132 ₁, 132 ₂, ... 132 _M (wobei M eine Anzahl der schaltbaren Eingangswiderstandssegmente in dem resistiven Eingangsabschnitt 130A ist), parallel mit dem festen Eingangswiderstand RI gekoppelt. Der resistive Eingangsabschnitt 130B schließt in ähnlicher Weise mindestens ein schaltbares Eingangswiderstandssegment ein, wie die schaltbaren Eingangswiderstandssegmente 134 ₁, 134 ₂, ... 134 _m (wobei m eine Anzahl der schaltbaren Eingangswiderstandssegmente in dem resistiven Eingangsabschnitt 130B ist), parallel mit dem festen Eingangswiderstand RIB gekoppelt. Die schaltbaren Eingangswiderstandssegmente 132 ₁, 132 ₂, ... 132 _M schließen einen jeweiligen Eingangswiderstand RI1, RI2, ... RIM, einen jeweiligen Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA, und einen jeweiligen Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB ein; und die schaltbaren Eingangswiderstandssegmente 134 ₁, 134 ₂, ... 134 _m schließen einen jeweiligen Eingangswiderstand RIB1, RIB2, ... RIBn, einen jeweiligen Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBmA und einen jeweiligen Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB ein. In dem vorliegenden Beispiel sind die Eingangsschalter (hier Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA; Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB; Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBmA; und Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB) Transistoren, die ein Gate (G) einschließen, das zwischen einer Source (S) und einem Drain (D) liegt, wie bei Feldeffekttransistoren (FETs). Alternativ oder zusätzlich sind die Eingangsschalter als Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs), PIN-Dioden, sonstiges Schaltelement oder Kombinationen davon implementiert.
In der abgebildeten Ausführungsform schließen der resistive Eingangsabschnitt 130A und der resistive Eingangsabschnitt 130B sechs schaltbare Eingangswiderstandssegmente (M = m = 6) ein, so dass der resistive Eingangsabschnitt 130A schaltbare Eingangswiderstandssegmente 132 ₁, 132 ₂, ... 132 ₆ einschließt, wobei jedes Segment einen jeweiligen Eingangswiderstand RI1, RI2, ... RI6, einen jeweiligen Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SI6A, und einen jeweiligen Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SI6B aufweist; und der resistive Eingangsabschnitt 130B schließt schaltbare Eingangswiderstandssegmente 134 ₁, 134 ₂, ... 134 ₆ ein, wobei jedes Segment einen jeweiligen Eingangswiderstand RIB1, RIB2, ... RIB6, einen jeweiligen Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIB6A, und einen jeweiligen Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIB6B aufweist. In der abgebildeten Ausführungsform sind die Eingangswiderstände RI1, RI2, ... RI6 mit dem Eingangsanschluss 104, dem virtuellen Erdungsknoten 112A über ihre jeweiligen Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SI6A und dem virtuellen Erdungsknoten 114 über ihre jeweiligen Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SI6B gekoppelt; und die Eingangswiderstände RIB1, RIB2, ... RIB6 sind mit dem Eingangsanschluss 106, dem virtuellen Erdungsknoten 112B über ihren jeweiligen Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIB6A und den virtuellen Erdungsknoten 114 über ihren jeweiligen Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIB6B gekoppelt. Bei dem schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegment 132 ₁ ist der Eingangswiderstand RI1 beispielsweise mit dem Eingangsanschluss 104, dem virtuellen Erdungsanschluss 112A über den Eingangsschalter SI1A und dem virtuellen Erdungsanschluss 114 über den Eingangsschalter SI1B gekoppelt. Bei dem schaltbaren Eingangswiderstandssegment 134 ₁ ist der Eingangswiderstand RIB1 in ähnlicher Weise mit dem Eingangsanschluss 106, dem virtuellen Erdungsanschluss 112B über den Eingangsschalter SIB1A und dem virtuellen Erdungsanschluss 114 über den Eingangsschalter SIB1B gekoppelt.
Die Spannungsregelungsanschlüsse B1, B2, ... BX (wobei X eine Gesamtzahl der Rückkopplungsschalter und Eingangsschalter ist, die mit einem Eingang des Operationsverstärkers 102 (wie dem nicht-invertierenden Eingang oder invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 102), oder alternativ mit dem virtuellen Erdungsknoten 12A oder dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt sind) sind mit Eingangsschaltern SI1A, SI2A, ... SIMA; Eingangsschaltern SIB1A, SIB2A, ... SIBmA; Rückkopplungsschaltern SFB1, SFB2, ... SFBN und/oder Rückkopplungsschaltern SFBB1, SFBB2, ... SFBBN gekoppelt. In der abgebildeten Ausführungsform, in der sechzehn Schalter mit dem Spannungsregelungsanschluss 112A (Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SI6A und Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFBB10) und dem Spannungsregelungsanschluss 112B (Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIB6A und Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBB10) gekoppelt sind, schließt der Verstärker 100 Spannungsregelungsanschlüsse B1, B2, ... B16 ein, die mit den Eingangsschaltern und den Rückkopplungsschaltern gekoppelt sind. Spannungsregelungsanschluss B1 ist beispielsweise mit Rückkopplungsschalter SFB1 und Rückkopplungsschalter SFBB1 gekoppelt, Spannungsregelungsanschluss B10 ist mit Rückkopplungsschalter SFB10 und Rückkopplungsschalter SFBB10 gekoppelt, Spannungsregelungsanschluss B11 ist mit Eingangsschalter SI1A und Eingangsschalter SIB1A gekoppelt, und Spannungsregelungsanschluss B16 ist mit Eingangsschalter SI6A und Eingangsschalter SIB6A gekoppelt.
Spannungsregelungsanschlüsse NB1, NB2, ... NBx (wobei x eine Gesamtanzahl der schaltbaren Eingangswiderstandssegmente ist, die mit einem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt sind) sind jeweils mit Eingangsschaltern SI1B, SI2B, ... SIMB und Eingangsschaltern SIB1B, SIB2B, ... SIBmB gekoppelt. In der abgebildeten Ausführungsform, in der sechs schaltbare Eingangswiderstandssegmente mit dem Spannungsregelungsanschluss 112A (schaltbare Eingangswiderstandssegmente 132 ₁, 132 ₂, ... 132 ₆) und dem Spannungsregelungsanschluss 112B (schaltbare Eingangswiderstandssegmente 134 ₁, 134 ₂, ... 134 ₆) gekoppelt sind, schließt der Verstärker 100 Spannungsregelungsanschlüsse NB1, NB2, ... NB6 (wobei x = 6) ein, gekoppelt mit Eingangsschaltern SI1B, SI2B, ... SI6B und Eingangsschaltern SIB1B, SIB2B, ... SIB6B. Spannungsregelungsanschluss NB1 ist beispielsweise mit Eingangsschalter SI1B und Eingangsschalter SIB1B gekoppelt, und Spannungsregelungsanschluss NB6 ist mit Eingangsschalter SI6B und Eingangsschalter SIB6B gekoppelt.
Im Betrieb kann ein äquivalenter Wirkwiderstand des resistiven Rückkopplungsabschnitts 120A variiert werden, um die Verstärkung von Verstärker 100 zu verändern. Um den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Rückkopplungsabschnitts 120A zu verändern, sind Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFBN ausgebildet, um ihren assoziierten Rückkopplungswiderstand RFB1, RFB2, ... RFBN parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RFB hinein (oder heraus) zu schalten. Indem ein oder mehrere der Rückkopplungswiderstände RFB1, RFB2, ... RFBN parallel mit dem festen Rückkopplungswiderstand RFB geschaltet werden, verringert der Verstärker 100 den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Rückkopplungsabschnitts 120A, wodurch die Verstärkung des Verstärkers verringert wird. In der abgebildeten Ausführungsformen sind die Gates der Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFB10 jeweils mit Spannungsregelungsanschlüssen B1, B2, ... B10 derart gekoppelt, dass ein Zustand der Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFB10 durch ein Spannungsregelungssignal geregelt wird, das über die jeweiligen Spannungsregelungsanschlüsse B1, B2, ... B10 empfangen wird. Die Span nungsregelungssignale sind Regelungs-(Steuerungs)-Spannungen, die die Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFB10 auf einen eingeschalteten Zustand (ON) oder einen ausgeschalteten Zustand (OFF) schalten, wobei ein ON-Zustand den mit dem Schalter assoziierten Rückkopplungswiderstand RFB1, RFB2, ... RFB6 parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RFB anordnet. Ein äquivalenter Wirkwiderstand des resistiven Rückkopplungsabschnitts 120B kann in ähnlicher Weise variiert werden, um die Verstärkung von Verstärker 100 zu verändern. Um den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Rückkopplungsabschnitts 120B zu verändern, sind Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBBN ausgebildet, um ihren assoziierten Rückkopplungswiderstand RFBB1, RFBB2, ... RFBBN parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RFBB hinein (oder heraus) zu schalten. Indem ein oder mehrere der Rückkopplungswiderstände RFBB1, RFBB2, ... RFBBN parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RFBB geschaltet werden, verringert der Verstärker 100 den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Rückkopplungsabschnitts 120B, während die Verstärkung verringert und das Ausgangsrauschen verringert wird. In der abgebildeten Ausführungsformen sind die Gates der Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBB10 jeweils mit Spannungsregelungsanschlüssen B1, B2, ... B10 derart gekoppelt, dass ein Zustand der Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBB10 durch ein Spannungsregelungssignal geregelt wird (auch als Spannungsrampe bezeichnet), das über die jeweiligen Spannungsregelungsanschlüsse B1, B2, ... B10 empfangen wird. Die Spannungsregelungssignale sind Regelungs-(Steuerungs)-Spannungen, die die Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBB10 auf einen ON-Zustand oder einen OFF-Zustand schalten, wobei ein ON-Zustand den mit dem Schalter assoziierten Rückkopplungswiderstand RFBB1, RFBB2, ... RFBB6 parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RFBB anordnet.
Im Unterschied zu konventionellen Verstärkerkonfigurationen (beispielsweise einem konventionellem R-NR-Abschwächer-Verstärker mit variablem Verstärkungseingang), wobei ein Ausgangsrauschpegel des Verstärkers konstant bleibt, wenn die Verstärkung abnimmt, setzt der Verstärker 100 das Ausgangsrauschen herab, während die Verstärkung herabgesetzt wird, indem der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A mit dem festen Rückkopplungswiderstand RFB parallel zu den schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmenten 122 ₁, 122 ₂, ... 122 _N und der resistive Rückkopplungsabschnitt 120B mit dem festen Rückkopplungswiderstand RFBB parallel mit den schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmenten 122 ₁, 122 ₂, ... 122 _n ausgebildet wird. Der Verstärker 100 kann alternativ ausgebildet werden, um Widerstände anstelle des festen Rückkopplungswiderstands RFB (und/oder festen Rückkopplungswiderstands RFBB) zu schalten, wobei in diesem Fall der feste Rückkopplungswiderstand (und/oder der feste Rückkopplungswiderstand RFBB) ebenfalls mit einem Schalter gekoppelt sind, so dass der feste Rückkopplungswiderstand in den resistiven Rückkopplungsabschnitt 120A (und/oder den resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B) hinein (und aus diesem heraus) geschaltet werden kann. Obwohl diese Konfiguration auch das Ausgangsrauschen verringern kann, während die Verstärkung verringert wird, haben Widerstandswerte in dieser Konfiguration in der Regel niedrigere Werte als die Widerstandswerte in der abgebildeten Ausführungsform (wobei ein fester Widerstand über Schalten parallel zu einem oder mehreren Widerständen angeordnet werden kann), was größere Schaltergrößen erforderlich macht und damit zu erhöhtem Raumbedarf und assoziierter Kapazität führt. Die erhöhte Kapazität kann zu erhöhter Verzerrung führen, die die Betriebsstabilität des Verstärkers 100 reduzieren kann. Die abgebildete Konfiguration des Verstärkers 100 optimiert so die Verringerung des Ausgangsrauschens, während die Verstärkung verringert wird.
In Verstärker 100 kann auch ein äquivalenter Wirkwiderstand des resistiven Eingangsabschnitts 130A variiert werden, um die Verstärkung von Verstärker 100 zu verändern. Um den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Eingangsabschnitts 130A zu verändern, werden beispielsweise Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA ausgebildet, um ihren assoziierten Eingangswiderstand RI1, RI2, ... RIM parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RI hinein (und heraus) zu schalten. Indem ein oder mehrere der Eingangswiderstände RI1, RI2, ... RIM parallel zu dem festen Eingangswiderstand RI geschaltet werden, verringert der Verstärker 100 den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Eingangsabschnitts 130A, wodurch die Verstärkung des Verstärkers erhöht wird. In der abgebildeten Ausführungsform sind die Gates der Eingangsschalter SI1A, SI2B, ... SI6A jeweils mit Spannungsregelungsanschlüssen BI1, BI2, BI6 derart gekoppelt, dass ein Zustand der Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SI6A durch ein Spannungsregelungssignal geregelt wird, das über die jeweiligen Spannungsregelungsanschlüsse B11, B12, ... B16 empfangen wird. Die Spannungsregelungssignale sind Regelungs-(Steuerungs)-Spannungen, die die Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SI6A auf einen ON-Zustand oder einen OFF-Zustand schalten, wobei ein ON-Zustand den mit dem Schalter assoziierten Eingangswiderstand RI1, RI2, ... RI6 parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RI anordnet. In ähnlicher Weise wird ein äquivalenter Wirkwiderstand des resistiven Eingangsabschnitts 130B variiert, um die Verstärkung von Verstärker 100 zu verändern. Um den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Eingangsabschnitts 130B zu verändern, werden beispielsweise Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBmA ausgebildet, um ihren assoziierten Eingangswiderstand RIB1, RIB2, ... RIBm parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RIB hinein (und heraus) zu schalten. Indem ein oder mehrere der Eingangswiderstände RIB1, RIB2, ... RIBm parallel zu dem festen Eingangswiderstand RIB geschaltet werden, verringert der Verstärker 100 den äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Eingangsabschnitts 130B, wodurch die Verstärkung erhöht wird. In der abgebildeten Ausführungsform sind die Gates der Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIB6A jeweils mit Spannungsregelungsanschlüssen B11, B12, ... B16 derart gekoppelt, dass ein Zustand der Eingangsschalter SIB1A, SI62A, ... SIB6A durch ein Spannungsregelungssignal geregelt wird, das über die jeweiligen Spannungsregelungsanschlüsse B11, B12, ... B16 empfangen wird. Die Spannungsregelungssignale sind Regelungs-(Steuerungs)-Spannungen, die die Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIB6A auf einen ON-Zustand oder einen OFF-Zustand schalten, wobei ein ON-Zustand den mit dem Schalter assoziierten Eingangswiderstand RIB1, RIB2, ... RIB6 parallel zu dem festen Rückkopplungswiderstand RIB anordnet.
Indem ein oder mehrere schaltbare Eingangswiderstandssegmente im resistiven Eingangsabschnitt 130A und resistiven Eingangsabschnitt 130B implementiert werden, reduziert der Verstärker 100 die Anzahl der im Rückkopplungsnetzwerk (hier resistiver Rückkopplungsabschnitt 120A und resistiver Rückkopplungsabschnitt 120B) erforderlichen Widerstände. Wenn der Verstärker 100 beispielsweise ohne resistiven Eingangsabschnitt 130A und resistiven Eingangsabschnitt 130B ausgebildet wurde, um einen Verstärker mit einer Verstärkung von 20 db mit Verstärkungsschritten von 4 db zu erhalten, würde der resistive Verstärkungsabschnitt 120A den festen Rückkopplungswiderstand FRB und fünf schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente (N = 5) brauchen, und der resistive Rückkopplungsabschnitt 120B würde den festen Rückkopplungswiderstand RFBB und fünf schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente (n = 5) brauchen. Um den Verstärker mit 20 db Verstärkung in Verstärkungsschritten von 2 dB zu erhalten, müsste in dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120A und dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B die Anzahl der schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente (N = n = 10) verdoppelt werden, so dass sich insgesamt 20 schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente ergeben. Um den Verstärker mit 20 db Verstärkung mit Verstärkungsschritten von 1 dB zu erhalten, müsste in dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120A und dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B die Anzahl der schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente (N = n = 20) erneut verdoppelt werden, so dass sich insgesamt 40 schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente ergeben. Um die Anzahl der schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmente in dem Verstärker mit 20 db Verstärkung mit 1 db Verstärkungsschritten zu reduzieren, ist der Verstärker 100 in der abgebildeten Ausführungsform so ausgebildet, dass jedes schaltbare Rückkopplungswiderstandssegment (in dem resistiven Rückkopplungssegment 120A und dem resistiven Rückkopplungssegment 120B) für einen Verstärkungsschritt von 2 dB steht. Das resistive Rückkopplungssegment 120A wird dann mit dem resistiven Eingangsabschnitt 130A interpoliert, und das resistive Rückkopplungssegment 120B wird dann mit dem resistiven Eingangsabschnitt 130B interpoliert, wobei jedes schaltbare Eingangswiderstandssegment (in dem resistiven Eingangssegment 130A und dem resistiven Eingangssegment 130B) für einen Schritt von 1 dB steht. Der Verstärker 100 braucht somit zehn schaltbare Rückkopplungswiderstandssegmente für den resistiven Rückkopplungsabschnitt 120A und den resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B (N = n = 10) gegenüber zwanzig bei der Verwendung von konventionellen Verstärkerkonfigurationen. Der Verstärker 100 reduziert somit die Anzahl der Rückkopplungswiderstände sowie die Anzahl der assoziierten Schalter. Die abgebildete Konfiguration des Verstärkers 100 erreicht ferner negative Verstärkungspegel, indem das eine oder die mehreren schaltbaren Eingangswiderstandssegmente in dem resistiven Eingangsabschnitt 130A und dem resistiven Eingangsabschnitt 130B implementiert werden. Die folgende Tabelle 1 zeigt verschiedene Verstärkungen, die durch den Verstärker 100 wie abgebildet erreichbar sind, indem die Spannungsregelungsanschlüsse B1, B2, ... B16 verwendet werden, um die jeweiligen Schalter auf den Zustand ON (dargestellt durch 1) oder OFF (dargestellt durch 0) zu setzen, wobei jedes der schaltbaren Eingangswiderstandssegmente (in dem resistiven Eingangssegment 130A und dem resistiven Eingangssegment 130B) für einen Schritt von 1 dB steht und jedes schaltbare Rückkopplungswiderstandssegment (in dem resistiven Rückkopplungssegment 120A und dem resistiven Rückkopplungssegment 120B) für einen Verstärkungsschritt von 2 dB steht.
Der Verstärker 100 kann alternativ den resistiven Rückkopplungsabschnitt 120A und den resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B so konfigurieren, dass negative Verstärkungspegel erreicht werden. Derartige Konfigurationen benötigen in der Regel eine kleinere Größe der Rückkopplungswiderstände, was die Leistung des Verstärkers erhöhen kann, die Verzerrung jedoch ebenfalls.
Bei konventionellen Verstärkerkonfigurationen ändert sich ferner, wenn die Eingangswiderstände RI1, RI2, ... RIM parallel zu dem festen Eingangswiderstand RI durch ihren assoziierten Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA hineingeschaltet (und herausgeschaltet) werden und die Eingangswiderstände RIB1, RIB2, ... RIBm parallel zu dem festen Eingangswiderstand RIB durch ihren assoziierten Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBMA hineingeschaltet (und herausgeschaltet) werden, um die Verstärkung des Verstärkers zu ändern, eine Eingangsimpedanz des Verstärkers ebenfalls in unerwünschter Weise. Diese Eingangsimpedanzänderungen sind insbesondere in Hochfrequenzanwendungen unerwünscht. Um sich dieser Probleme anzunehmen, ist der Verstärker 100 so ausgebildet, dass die Eingangswiderstände RI1, RI2, ... RIM und die Eingangswiderstände RIB1, RIB2, ... RIBm mit einer unbeweglichen Spannung oder „Erdung” (wie einem virtuellen Erdungsknoten oder einem integrierten Eingangs-DC-Pegel) gekoppelt (an diesen angeschlossen) bleiben, wodurch der Verstärker 100 selbst dann eine konstante Eingangsimpedanz aufrechterhalten kann, wenn sich die Verstärkung des Verstärkers 100 ändert. Wie zuvor beschrieben wurde, sind beispielsweise in dem resistiven Eingangsabschnitt 130A, Eingangswiderstände RI1, RI2, ... RIM ebenfalls mit einem jeweiligen Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB gekoppelt. Die Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB sind ausgebildet, um ihren assoziierten Eingangswiderstand RI1, RI2, ... RIM in (und außerhalb der) Kopplung (Verbindung) mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 zu schalten. In dem resistiven Eingangsabschnitt 130B sind in ähnlicher Weise Eingangswiderstände RIB1, RIB2, ... RIBm ebenfalls mit einem jeweiligen Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB gekoppelt, und die Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB sind so ausgebildet, dass ihr assoziierter Eingangswiderstand RIB1, RIB2, ... RIBm in (und außerhalb der) Kopplung (Verbindung) mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 geschaltet werden kann. Im Betrieb, wenn die Eingangswiderstände RI1, RI2, ... RIM aus der Parallelschaltung mit dem festen Eingangswiderstand RI heraus (und dadurch aus dem Eingangswiderstandsschaltkreis heraus) geschaltet werden und/oder die Eingangswiderstände RIB1, RIB2, ... RIBm aus der Parallelschaltung mit dem festen Eingangswiderstand RIB heraus (und dadurch aus dem Eingangswiderstandsschaltkreis heraus) geschaltet werden, werden diese Eingangswiderstände RI1, RI2, ... RIM und/oder Eingangswiderstände RIB1, RIB2, ... RIBm über ihre jeweiligen Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB und jeweilige Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 gekoppelt, wodurch die Verstärkung geändert wird, während die Eingangsimpedanz erhalten bleibt.
In der abgebildeten Ausführungsform sind die Gates der Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SI6B und die Gates der Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIB6B jeweils mit Spannungsregelungsanschlüssen NB1, NB2, ... NB6 gekoppelt, so dass der Zustand der Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SI6B und der Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIB6B durch ein Spannungsregelungssignal geregelt wird, das über die jeweiligen Spannungsregelungsanschlüsse NB1, NB2, ... NB6 empfangen wird. Die Spannungsregelungssignale sind Regelungs-(Steuerungs)-Spannungen, die die Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SI6B und Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIB6B auf den Zustand ON oder OFF schalten, wobei ein ON-Zustand den mit dem Schalter assoziierten Eingangswiderstand RI1, RI2, ... RI6 und/oder Eingangswiderstand RIB1, RIB2, ... RIB6 mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 koppelt. In dem vorliegenden Beispiel ist der virtuelle Erdungsknoten 114 eine Gleichtakterdung (insbesondere eine integrierte Spannung der beiden Eingänge in der abgebildeten Differenzialkonfiguration). Die Eingangsimpedanz der Eingänge des Verstärkers 100 bleibt somit unabhängig von der Verstärkung auf demselben Wert.
Der Verstärker 100 kann einen Inverter implementieren, der mit einem mit einem Eingangswiderstand assoziierten Schalterpaar gekoppelt ist, wobei der Inverter ausgebildet ist, um einen Zustand von einem Schalter von einem ersten Zustand auf einen zweiten Zustand (wie von einem OFF-Zustand zu einem ON-Zustand) zu ändern, während ein Zustand eines anderen Schalters von einem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand (wie von dem ON-Zustand zu dem OFF-Zustand) geändert wird, und anders herum. Der Inverter kann ein Signal an einem Schalter des assoziierten Schalterpaars erreichen (wie Schalter SI1A und/oder Schalter SIB1A), das das Inverse eines Signals an dem anderen Schalter des assoziierten Schalterpaars ist (wie Schalter SI1B und/oder Schalter SIB1B). Der assoziierte Eingangswiderstand kann je nach Art der Verschaltung ein Nebenwiderstand oder Reihenwiderstand sein. In der abgebildeten Ausführungsform schließt der Verstärker 100 einen Inverter 136 ein, der mit dem Schalterpaar, das mit dem Eingangswiderstand RI1 (Schalter SI1A und Schalter SI1B) assoziiert ist, und dem Schalterpaar, das mit dem Eingangswiderstand RIB1 (Schalter SIB1A und Schalter SIB1B) assoziiert ist, gekoppelt ist; und der Verstärker 100 schließt einen Inverter 138 ein, der mit dem Schalterpaar, das mit dem Eingangswiderstand RI6 (Schalter SI6A und Schalter SI6B) assoziiert ist, und dem Schalterpaar, das mit dem Eingangswiderstand RIB6 (Schalter SIB6A und Schalter SIB6B) assoziiert ist, gekoppelt ist. Der Inverter 136 ist insbesondere mit einem Gate von Schalter SI1A, einem Gate von Schalter SI1B, einem Gate von Schalter SIB1A und einem Gate von Schalter SIB1B gekoppelt; und der Inverter 138 ist mit einem Gate von Schalter SI6A, einem Gate von Schalter SI6B, einem Gate von Schalter SIB6A und einem Gate von Schalter SIB6B gekoppelt. Im Betrieb ist, wenn der Schalter SI1A im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RI1 parallel zu dem festen Eingangswiderstand RI zu koppeln (und dadurch den Eingangswiderstand RI1 mit dem virtuellen Erdungsknoten 112A zu koppeln), der Schalter SI1B im Zustand OFF; und wenn der Schalter SI1B im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RI1 mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 zu koppeln, ist der Schalter SI1A im Zustand OFF. Wenn der Schalter SIB1A im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RIB1 parallel mit dem festen Eingangswiderstand RIB zu koppeln (und somit der Eingangswiderstand RIB1 mit dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt ist), ist in ähnlicher Weise der Schalter SIB1B im Zustand OFF; und wenn der Schalter SIB1B im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RIB1 mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 zu koppeln, ist der Schalter SIB1A im Zustand OFF. In Bezug auf das Schalterpaar, das mit dem Eingangswiderstand RI6 (Schalter SI6A und Schalter SI6B) assoziiert ist, und das Schalterpaar, das mit dem Eingangswiderstand RIB6 (Schalter SIB6A und Schalter SIB6B) assoziiert ist, ist im Betrieb, wenn der Schalter SI6A im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RI6 parallel mit dem festen Eingangswiderstand RI zu koppeln (und somit der Eingangswiderstand RI6 mit dem virtuellen Erdungsknoten 112A gekoppelt ist), der Schalter SI6B im Zustand OFF; und wenn der Schalter SI6B im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RI6 mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 zu koppeln, ist der Schalter SI6A im Zustand OFF. Wenn der Schalter SIB6A im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RIB6 parallel mit dem festen Eingangswiderstand RIB zu koppeln (und somit der Eingangswiderstand RIB6 mit dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt ist), ist in ähnlicher Weise der Schalter SIB6B im Zustand OFF; und wenn der Schalter SIB6B im Zustand ON ist, um den Eingangswiderstand RIB6 mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 zu koppeln, ist der Schalter SIB6A im Zustand OFF.
Der Verstärker 100 schließt ferner einen Widerstand R1 und einen Widerstand R2 ein, die den Eingangsanschluss 104 und den Eingangsanschluss 106 integrieren. In der abgebildeten Ausführungsform sind Widerstand R1 und Widerstand R2 in Reihe zwischen dem Eingangsanschluss 104 und dem Eingangsanschluss 106 gekoppelt: Widerstand R1 ist mit dem Eingangsanschluss 104 gekoppelt, Widerstand R2 ist mit dem Eingangsanschluss 106 gekoppelt, und Widerstand und R1 ist mit Widerstand R2 an Sperrschichtknoten 140 gekoppelt. Widerstand R1 und Widerstand R2 sind ausgebildet, um jede Diskrepanz zwischen Signalen zu reduzieren, die am Eingangsanschluss 104 und Eingangsanschluss 106 empfangen werden (wie Eingangssignal 105 und Eingangssignal 107). In verschiedenen Implementierungen ist der Verbindungsknoten 140 mit einem Erdungsanschluss 142 über einen Kondensator C1 gekoppelt, so dass eine Spannung am Verbindungsknoten 140 (Mittenspannung) über Kondensator C1 integriert werden kann, um sicherzustellen, dass Diskrepanzen zwischen den beiden Eingangsanschlüssen reduziert werden können, damit sie keinen DC-Pegel generieren. Widerstand R1 und Widerstand R2 sind ferner so ausgebildet, dass ihre jeweiligen Werte die Eingangsimpedanz des Verstärkers 100 nicht ändern (oder minimal ändern). In verschiedenen Implementierungen haben Widerstand R1 und Widerstand R2 ausreichend große Werte, um für Impedanzzwecke vernachlässigbar zu sein. In verschiedenen Implementierungen haben Widerstand R1 und Widerstand R2 Werte, die, wenn sie parallel mit den Eingangswiderständen sind, einen äquivalenten Wirkwiderstand des resistiven Eingangsabschnitts erreichen, der gleich einer gewünschten, spezifizierten Eingangsimpedanz ist.
Der Verstärker 100 kann ferner einen Pufferverstärker 144 implementieren, wie einen Puffer mit Verstärkungsfaktor Eins, der mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 gekoppelt ist. In dem vorliegenden Beispiel ist der Pufferverstärker 144 ferner mit dem Verbindungsknoten 140 zwischen Widerstand R1 und Widerstand R2 gekoppelt. Der Pufferverstärker 144 ist so ausgebildet, dass sichergestellt ist, dass der virtuelle Erdungsknoten 114 auf der Gleichtaktspannung der beiden Eingänge bleibt (Eingangsanschluss 104 und Eingangsanschluss 106). In verschiedenen Implementierungen kann der Pufferverstärker 144 das Eingangssignal 105 (aus dem Eingangsanschluss 104) von dem Eingangssignal 107 (von dem Eingangsanschluss 106) isolieren, wenn das Eingangssignal 105 nicht gut mit dem Eingangssignal 107 abgeglichen ist. In verschiedenen Implementierungen kann der Pufferverstärker 144 über einen Widerstand R3 mit dem Verbindungsknoten 140 gekoppelt werden, und/oder einen Kondensator C2 kann mit dem Pufferverstärker 144 und dem Widerstand R3 an einem Knoten 146 gekoppelt werden (der Kondensator C2 kann ferner mit einem Erdungsknoten 148 gekoppelt werden).
In Fortführung der abgebildeten Ausführungsform werden, um Verzerrung zu reduzieren, alle Schalter in dem Verstärker 100 mit einer virtuellen Erdung (wie einer virtuellen Erdung des Operationsverstärkers 102 (beispielsweise dem virtuellen Erdungsknoten 112A und/oder virtuellen Erdungsknoten 1126) und/oder Gleichtaktknoten des Verstärkers 100 (beispielsweise dem virtuellen Erdungsknoten 114)) wie oben beschrieben gekoppelt. Das Koppeln von Eingangsschaltern SI1A, SI2A, ... SIMA mit der virtuellen Erdung 112A, Eingangsschaltern SIB1A, SIB2A, ... SIBmA mit dem virtuellen Erdungsknoten 112B, Rückkopplungsschaltern SFB1, SFB2, ... SFBN mit dem virtuellen Erdungsknoten 112A, und Rückkopplungsschaltern SFBB1, SFBB2, ... SFBBN mit dem virtuellen Erdungsknoten 112B stellt sicher, dass jegliche dieser Schalter im Zustand ON eine darüber liegende Minimalspannung (beispielsweise AC-Spannung) haben. Eine derartige Anordnung minimiert jegliche Verzerrung von den Schaltern, die aus dem Eingangssignal (hier Eingangssignal 105 und Eingangssignal 107) und Ausgangssignal (hier Ausgangssignal 108 und Ausgangssignal 110) des Verstärkers 100 entstehen kann. Wenn man insbesondere Rückkopplungsschalter SFB1 betrachtet, so hat, wenn er im Zustand OFF ist, ein Anschluss (hier der Drain) des Schalters SFB1 wenig Bewegung, und ein Anschluss (hier die Source) bewegt sich mit dem Ausgang des Verstärkers 100 (da die Source über einen Reihenrückkopplungswiderstand mit dem Ausgang verbunden ist). Diese Netzwerkkonfiguration wirkt als kleiner Kondensator in Reihe mit einem Widerstand, der mit dem Ausgang verbunden ist, so dass, wenn der Schalter im Zustand OFF ist, sein Kanalwirkwiderstand sehr hoch ist und somit dem Ausgang des Verstärkers 100 sehr wenig Last auferlegt. Wenn der Zustand ON vorliegt, ist ein Anschluss (hier der Drain) mit dem virtuellen Erdungsknoten 112 gekoppelt, so dass sie sich nicht bewegt (erste Ordnung). Da ein Wirkwiderstand in einem Kanal des Schalters SFB1 (Source/Drain-Kanal) relativ niedrig ist, wenn der Schalter im Zustand ON ist, bewegt sich der andere Anschluss (hier die Source) auch sehr wenig. Die minimale Bewegung an den Anschlüssen des Schalters SFB1 bedeutet, dass sich ein ON-Wirkwiderstand des Schalters SFB1 sehr wenig ändert, wenn der Ausgang des Verstärkers 100 große Spannungsschwankungen aufweist. Daher ist jegliche Verzerrung, die aus Variationen in der Kapazität des Schalters SFB1 und dem Wirkwiderstand des Kanals entsteht, minimal. Wenn ferner der Eingangsschalter SI1A im Zustand OFF betrachtet wird, befindet sich sein assoziierter Schalter SI1B im Zustand ON, gekoppelt mit virtueller Erdung 114, so dass eine Sperrschicht zwischen Schalter SI1A und Schalter SI1B auf der Gleichtaktspannung des virtuellen Erdungsknotens 114 ist. Wenn beide Anschlüsse des Schalters SI1B somit an eine DC-Spannung gekoppelt sind, entsteht keine AC-Modulierung des Schalters SI1B, die Verzerrung verursachen kann. Ein derartiges Phänomen gilt für die anderen Schalter, die mit dem virtuellen Erdungsknoten 112A und dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt sind, und gilt für Schalter, die mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 gekoppelt sind. Beispielsweise entsteht auch jederzeit eine Minimalspannung (beispielsweise AC-Spannung) über Eingangsschaltern SI1B, SI2B, ... SIMB und Eingangsschaltern SIB1B, SIB2B, ... SIBmB, die mit dem virtuellen Erdungsknoten 114 gekoppelt sind (in der abgebildeten Ausführungsform dem Gleichtakterdungsknoten). Wenn irgendwelche der Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB und Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB im Zustand ON sind, wird deren Signal durch den Vorsteuerungswiderstand (von Widerstand RI; Widerstände RI1, RI2, ... RIM; Widerstand RIB und/oder Widerstände RIB1, RIB2, ... RIBm) und seinen internen On-Widerstand aufgeteilt. Und wenn irgendwelche der Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB und Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB im Zustand OFF sind, werden sie über ihren assoziierten Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA und/oder assoziierten Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBmA mit einer virtuellen Erdung des Operationsverstärkers 102 (beispielsweise virtueller Erdungsknoten 112A und/oder virtueller Erdungsknoten 112B) gekoppelt.
Um die Verzerrung weiter zu reduzieren, wird der Verstärker 100 weiterhin so ausgebildet, dass Spannungssteuerungspegel als Slave auf die Schalter des Verstärkers (hier Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA; Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBmA; Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB; Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB; Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFBN und Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBBN) auf eine Eingangsgleichtaktmodusspannung der Eingangsanschlüsse gehen (hier Eingangsanschluss 104 und Eingangsanschluss 106). In der abgebildeten Ausführungsform kann eine Spannung an dem virtuellen Erdungsknoten 114 (die Gleichtakterdung zwischen dem Eingangsanschluss 104 und dem Erdungsanschluss 106) als Referenzeingangsgleichtaktspannung dienen, so dass die Spannungsregelungsanschlüsse B1, B2, ... BN und/oder die Spannungsregelungsanschlüsse NB1, NB2, ... NBx (die die Spannungssteuerungspegel für die Gates der Schalter zur Verfügung stellen) als Slaves an den virtuellen Erdungsknoten 114 gehen. Bei 2 handelt es sich um ein schematisches Schaltdiagramm eines Abschnitts des beispielhaften Verstärkers 100 aus 1, das eine Konfiguration zum Festlegen eines Spannungsbereichs (Spannungssteuerungspegelbereich) für die Schalter gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung illustriert. In 2 ist der virtuelle Erdungsknoten ferner mit einer Spannungsversorgung 160 gekoppelt, die eine Spannungsquelle 162 und eine Spannungsquelle 164 aufweist. Die Spannungsquelle 162 und die Spannungsquelle 164 legen einen Spannungssteuerungspegelbereich für die Schalter fest (hier Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA; Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBmA; Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB; Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB; Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFBN und Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBBN). In verschiedenen Implementierungen kann ein Inverter 170 mit der Spannungsquelle 160 und einem der Schalter gekoppelt werden (Eingangsschalter SI1A, SI2A, ... SIMA; Eingangsschalter SIB1A, SIB2A, ... SIBmA; Eingangsschalter SI1B, SI2B, ... SIMB; Eingangsschalter SIB1B, SIB2B, ... SIBmB; Rückkopplungsschalter SFB1, SFB2, ... SFBN und Rückkopplungsschalter SFBB1, SFBB2, ... SFBBN), so dass die Spannungsversorgung 160 die Spannungssteuerungspegel des Schalters festlegen kann. Wenn beispielsweise 3,0 V Schalter in dem Verstärker 100 implementiert werden, können die Spannungsquelle 162 und die Spannungsquelle 164 jeweils ±1,5 V liefern, so dass ein Pegel von 1,5 V zur Eingangsgleichtaktspannung addiert und/oder von dieser subtrahiert werden kann (hier die Gleichtaktspannung am virtuellen Erdungsknoten 114). Die Spannungsregelungssignale, die die Schalter (über die Spannungsregelungsanschlüsse B1, B2, ... BN und/oder die Spannungsregelungsanschlüsse NB1, NB2, ... NBx) steuern, verfolgen dann die integrierten Gleichtakt-DC-Pegel der Eingangssignale (hier Eingangssignal 105 über Eingangsanschluss 104 und Eingangssignal 107 über Eingangsanschluss 106), so dass Übersteuerungspegel an den Schaltern durch den Verstärker 100 aufrechterhalten werden können und die ON/OFF-Spannungen, die mit den Schaltern assoziiert sind, übersetzt werden können, um korrektes Schalten sicherzustellen. Wenn der DC-Offset jeden Eingangssignals sich aufwärts bewegt, werden sich demnach die Spannungssteuerungssignale zu den Schaltern ebenfalls aufwärts bewegen. Da derartige DC-Offsets nicht zu dem Gate-Pegel der Schalter addiert werden, können die Schalter relativ kleinere Abmessungen haben, im Gegensatz zu FET-Schaltern für höhere Spannung. Wenn die Spannungssteuerungspegel der Schalter als Slave an die Eingangsgleichtaktspannung gehen, reduziert dies auch den ON-Wirkwiderstand und die Sperrschichtkapazität der Schalter, wodurch die Verzerrung reduziert und die Betriebsstabilität des Verstärkers 100 verbessert wird.
Die Beschreibung und Zeichnungen sind daher in illustrierender und nicht in einschränkender Weise zu verstehen. Die hier umrissenen Beschreibungen, Abmessungen und Beziehungen werden beispielsweise nur beispielhaft und zur Lehre präsentiert. Jede hiervon kann erheblich variieren, ohne von der Idee der vorliegenden Offenbarung oder dem Umfang der angefügten Ansprüche abzuweichen. Die Beschreibungen gelten nur für nicht-einschränkende Beispiele und sollten daher als solche ausgelegt werden. In der vorhergehenden Beschreibung sind beispielhafte Ausführungsformen in Bezug auf bestimmte Komponentenanordnungen beschrieben worden. An solchen Ausführungsformen können verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der angefügten Ansprüche abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung bezieht beispielsweise Verstärkerkonfigurationen ein, in denen sich der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A von dem resistiven Rückkopplungsabschnitt 120B unterscheidet, sich der resistive Eingangsabschnitt 130A von dem resistiven Eingangsabschnitt 130B unterscheidet, sich der resistive Rückkopplungsabschnitt 120A und/oder der resistive Rückkopplungsabschnitt 120B von dem unterscheiden können, was in den FIGUREN abgebildet ist, und/oder sich der resistive Eingangsabschnitt 130A und/oder der resistive Eingangsabschnitt 130B von dem unterscheiden können, was in den FIGUREN abgebildet ist. Es können beispielsweise je nach Designanforderungen des Verstärkers andere Anzahlen, Größen und/oder Konfigurationen von festen Eingangswiderständen, festen Rückkopplungswiderständen, schaltbaren Eingangswiderstandssegmenten und schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmenten implementiert werden. Die vorliegende Offenbarung sieht ferner Implementierungen vor, in denen die festen Eingangswiderstände und/oder die festen Rückkopplungswiderstände mit Schaltern gekoppelt sind, wie über Schalter mit den virtuellen Erdungsknoten gekoppelt (in einigen Ausführungsformen ähnlich den schaltbaren Eingangswiderstandssegmenten und/oder den schaltbaren Rückkopplungswiderstandssegmenten). Der feste Eingangswiderstand RI kann beispielsweise über einen Eingangsschalter mit dem virtuellen Erdungsknoten 112A gekoppelt werden, der feste Eingangswiderstand RIB kann über einen Eingangsschalter mit dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt werden, der feste Rückkopplungswiderstand RFB kann über einen Rückkopplungsschalter mit dem virtuellen Erdungsknoten 112A gekoppelt werden, und/oder der feste Rückkopplungswiderstand RFBB kann über einen anderen Rückkopplungsschalter mit dem virtuellen Erdungsknoten 112B gekoppelt werden. In einigen Ausführungsformen werden derartige Schalter während des Betriebs auf einen ON-Zustand gesetzt. In einigen Ausführungsformen können derartige Schalter während des Betriebs auf einen OFF-Zustand gesetzt werden.
Die in Bezug auf die vorhergehenden FIGUREN illustrierten Betriebsvorgänge und Schritte illustrieren nur einige der möglichen Szenarien, die durch oder innerhalb der verschiedenen Apparaturen, Prozessoren, Vorrichtungen und/oder Systeme ausgeführt werden können, die hier beschrieben sind. Einige dieser Betriebsvorgänge können, sofern dies geeignet ist, gelöscht oder entfernt werden, oder diese Schritte können erheblich modifiziert oder geändert werden, ohne von dem Umfang der erörterten Konzepte abzuweichen. Die Zeitgebung dieser Betriebsvorgänge kann zudem erheblich geändert werden, und dennoch werden die in dieser Offenbarung gelehrten Ergebnisse erhalten. Die vorhergehenden Betriebsabläufe werden beispielhaft und zur Erörterung präsentiert. Das System bietet dahingehend erhebliche Flexibilität, dass jegliche geeigneten Anordnungen, Chronologien, Konfigurationen und Zeitgebungsmechanismen bereitgestellt werden können, ohne von den Lehren der erörterten Konzepte abzuweichen.
In verschiedenen Implementierungen kann Verstärker 100 der FIGUREN mit einer Hauptplatine einer assoziierten elektronischen Vorrichtung oder eines assoziierten elektronischen Systems gekoppelt werden. Die Hauptplatine kann eine allgemeine Schaltplatine sein, die verschiedene Komponenten eines internen elektronischen Systems der elektronischen Vorrichtung enthalten kann und ferner Anschlüsse für andere Peripheriegeräte bereitstellen kann. Die Hauptplatine kann spezieller die elektrischen Anschlüsse bereitstellen, mit denen die anderen Komponenten des Systems kommunizieren können. Jegliche geeigneten Prozessoren (einschließlich Digitalsignalprozessoren, Mikroprozessoren, unterstützenden Chipsätzen, usw.), Speicherelemente, usw. können geeigneterweise basierend auf speziellen Konfigurationsanforderungen, Verarbeitungsansprüchen, Computerdesigns, sonstigen Erwägungen oder einer Kombination davon mit der Hauptplatine gekoppelt werden. Sonstige Komponenten, wie externer Speicher, Controller für Videodarstellung, Sound- und Peripheriegeräte, können als Steckkarten, über Kabel oder in die Hauptplatine selbst integriert an der Hauptplatine angebracht werden.
In verschiedenen Implementierungen kann der Verstärker 100 der FIGUREN in eigenständige Module eingebettet werden (beispielsweise eine Vorrichtung mit assoziierten Komponenten und Schaltkreisen, die zur Durchführung einer bestimmten Anwendung oder Funktion ausgebildet ist) oder als Steckmodule in anwendungsspezifische Hardware von elektronischen Vorrichtungen integriert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung leicht in ein Ein-Chip-System-(SOC)-Paket eingeschlossen werden können. Ein SOC steht für einen integrierten Schaltkreis, der Komponenten eines Computers oder anderen elektronischen Systems in einen einzigen Chip integriert. Er kann digitale, analoge, Mischsignal- und oft Hochfrequenzfunktionen enthalten: alle hiervon können auf einem einzigen Chipsubstrat bereitgestellt werden. Andere Ausführungsformen können ein Multichipmodul (MCM) mit einer Vielzahl separaten ICs einschließen, die sich innerhalb eines einzelnen Elektronikpakets befinden und ausgebildet sind, um über das elektronische Paket eng miteinander in Interaktion zu treten. In anderen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Verstärkungsfunktionen in einen oder mehrere Halbleiterkerne (wie Siliciumkerne) in anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), sonstige Halbleiterchips oder Kombinationen davon implementiert werden.
Das Vorhergehende umreißt Merkmale von mehreren Ausführungsformen, so dass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten erkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Basis zum Design oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen verwenden können, um die gleichen Zwecke und/oder die gleichen Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen vornehmen können, ohne von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Der Fachmann kann zahlreiche sonstige Veränderungen, Ersetzungen, Varianten, Abänderungen und Modifikationen ersinnen, und es ist vorgesehen, dass die vorliegende Offenbarung alle derartigen Veränderungen, Ersetzungen, Varianten, Abänderungen und Modifikationen als unter den Umfang der angefügten Ansprüche fallend umfasst. Zur Unterstützung des US-amerikanischen Patent- und Markenamts (United States Patent and Trademark Office; USPTO) und darüber hinaus sämtlicher Leser jedweden Patents, das für diese Anmeldung ausgegeben wurde, bei der Interpretation der Ansprüche möchte der Anmelder anmerken, dass der Anmelder: (a) nicht vorhat, dass irgendeiner der angefügten Ansprüche Paragraph sechs (6) von 35 U.S.C. Abschnitt 112 in seiner Form vom Anmeldedatum zur Geltung bringt, wenn die Worte „Mittel für” oder „Schritte für” spezifisch in den aufgeführten Ansprüchen verwendet werden; und (b) diese Offenbarung durch nicht durch irgendeine Aussage in der Beschreibung, die sich in den angefügten Ansprüchen nicht widerspiegelt, in irgendeiner Weise beschränken möchte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 U.S.C. Abschnitt 112 [0040]

Claims

Verstärker, aufweisend: einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen ersten virtuellen Erdungsknoten; einen zweiten virtuellen Erdungsknoten; einen Operationsverstärker, der mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei der Operationsverstärker einen Eingang und einen Ausgang hat; einen resistiven Eingangsabschnitt, der mit dem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist, wobei der resistive Eingangsabschnitt einschließt: einen festen Eingangswiderstand, der mit dem Eingangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Eingangswiderstandssegment, das mit dem festen Eingangswiderstand parallel gekoppelt ist, wobei das schaltbare Eingangswiderstandssegment einen Eingangswiderstand, einen ersten Eingangsschalter und einen zweiten Eingangsschalter einschließt, wobei der Eingangswiderstand mit dem Eingangsanschluss, dem ersten virtuellen Erdungsknoten über den ersten Eingangsschalter und mit dem zweiten virtuellen Erdungsknoten über den zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist; und einen resistiven Rückkopplungsabschnitt, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt ist, wobei der resistive Rückkopplungsabschnitt einschließt: einen festen Rückkopplungswiderstand, der mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Rückkopplungswiderstandssegment, das mit dem festen Rückkopplungswiderstand parallel gekoppelt ist, wobei das schaltbare Rückkopplungswiderstandssegment einen Rückkopplungswiderstand und einen Rückkopplungsschalter einschließt, wobei der Rückkopplungswiderstand mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten über den Rückkopplungsschalter gekoppelt ist.
Verstärker nach Anspruch 1, wobei der erste virtuelle Erdungsknoten mit einem von einem invertierenden Eingang und einem nicht-invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt ist.
Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Eingangsschalter, der zweite Eingangsschalter und der Rückkopplungsschalter Feldeffekttransistoren sind.
Verstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3, der ferner einen Inverter einschließt, der mit dem ersten Eingangsschalter und dem zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner einschließend: einen ersten Spannungsregelungsanschluss, die mit dem ersten Eingangsschalter gekoppelt ist; einen zweiten Spannungsregelungsanschluss, die mit dem zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist; und eine Spannungsversorgung, die mit dem ersten Spannungsregelungsanschluss und dem zweiten Spannungsregelungsanschluss gekoppelt ist, wobei die Spannungsversorgung mit einer Eingangsgleichtaktspannung des Eingangsanschlusses assoziiert ist.
Verstärker nach Anspruch 5, wobei die Spannungsversorgung ferner mit dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der so ausgebildet ist, dass sich der zweite Schalter in einem ersten Zustand befindet, wenn sich der erste Schalter in einem zweiten Zustand befindet, und sich der zweite Schalter in dem zweiten Zustand befindet, wenn sich der erste Schalter in dem ersten Zustand befindet.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Eingangsanschluss einschließt: einen ersten Eingangsanschluss, der mit einem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist; und einen zweiten Eingangsanschluss, der mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist.
Verstärker nach Anspruch 8, der ferner einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand einschließt, die mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss in Reihe gekoppelt sind.
Verstärker nach Anspruch 9, der ferner einen Puffer einschließt, der mit einem Sperrschichtknoten zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand und dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der feste Eingangswiderstand über einen dritten Eingangsschalter mit dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist; und der feste Rückkopplungswiderstand über einen anderen Rückkopplungsschalter mit dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist.
Verstärker mit variabler Verstärkung, aufweisend: einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen Operationsverstärker, der mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei der Operationsverstärker einen nicht-invertierenden Eingang, einen invertierenden Eingang und einen Ausgang aufweist; einen ersten virtuellen Erdungsknoten, der mit dem nicht-invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen zweiten virtuellen Erdungsknoten, der mit dem invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen dritten virtuellen Erdungsknoten; einen ersten resistiven Eingangsabschnitt, der mit dem Eingangsanschluss und dem nicht-invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen zweiten resistiven Eingangsabschnitt, der mit dem Eingangsanschluss und dem invertierenden Eingang gekoppelt ist; einen ersten resistiven Rückkopplungsabschnitt, der mit dem nicht-invertierenden Eingang und dem Ausgang gekoppelt ist; einen zweiten resistiven Rückkopplungsabschnitt, der mit dem invertierenden Eingang und dem Ausgang gekoppelt ist; wobei der erste resistive Eingangsabschnitt und der zweite resistive Eingangsabschnitt jeweils einschließen: einen festen Eingangswiderstand, der mit de Eingangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und mindestens ein schaltbares Eingangswiderstandssegment, das mit dem festen Eingangswiderstand parallel gekoppelt ist, wobei das schaltbare Eingangswiderstandssegment einen Eingangswiderstand, einen ersten Eingangsschalter und einen zweiten Eingangsschalter einschließt, wobei der Eingangswiderstand mit dem Eingangsanschluss, dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten über den ersten Eingangsschalter und mit dem dritten virtuellen Erdungsknoten über den zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist; und wobei der erste resistive Rückkopplungsabschnitt und der zweite resistive Rückkopplungsabschnitt jeweils einschließen: einen festen Rückkopplungswiderstand, der mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Rückkopplungswiderstandssegment, das mit dem festen Rückkopplungswiderstand parallel gekoppelt ist, wobei das schaltbare Rückkopplungswiderstandssegment einen Rückkopplungswiderstand und einen Rückkopplungsschalter einschließt, wobei der Rückkopplungswiderstand mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten oder dem zweiten virtuellen Erdungsknoten über den Rückkopplungsschalter gekoppelt ist.
Verstärker mit variabler Verstärkung nach Anspruch 12, wobei: der Eingangsanschluss einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss einschließt, wobei der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt ist und der invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist; der feste Eingangswiderstand und der Eingangswiderstand des ersten resistiven Rückkopplungsabschnitts mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt sind; und der feste Eingangswiderstand und der Eingangswiderstand des zweiten resistiven Rückkopplungsabschnitts mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt sind.
Verstärker mit variabler Verstärkung nach Anspruch 13, der ferner einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand einschließt, die mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss in Reihe gekoppelt sind.
Verstärker mit variabler Verstärkung nach Anspruch 14, der ferner einen Puffer einschließt, der mit dem dritten virtuellen Erdungsknoten und einem Verbindungsknoten zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand gekoppelt ist.
Verstärker mit variabler Verstärkung nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, ferner einschließend: einen ersten Spannungsregelungsanschluss, einen zweiten Spannungsregelungsanschluss und einen dritten Spannungsregelungsanschluss, die mit dem ersten Eingangsschalter, dem zweiten Eingangsschalter beziehungsweise dem Rückkopplungsschalter gekoppelt sind; und eine Spannungsversorgungsquelle, die mit einer Eingangsgleichtaktspannung der Eingangsquelle assoziiert ist, wobei die Spannungsversorgungsquelle mit dem ersten Spannungsregelungsanschluss, dem zweiten Spannungsregelungsanschluss und dem dritten Spannungsregelungsanschluss gekoppelt ist.
Verstärker mit variabler Verstärkung nach Anspruch 12, 13, 14, 15 oder 16, wobei: der Ausgangsanschluss einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss einschließt; der Ausgang des Operationsverstärkers einen nicht-invertierenden Ausgang und einen invertierenden Eingang einschließt; und der erste resistive Rückkopplungsabschnitt mit dem nicht-invertierenden Ausgang und dem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist; und der zweite resistive Rückkopplungsabschnitt mit dem invertierenden Ausgang und dem zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
Verfahren, aufweisend: Bereitstellen eines Verstärkers, welcher einschließt: einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen ersten virtuellen Erdungsknoten; einen zweiten virtuellen Erdungsknoten; einen Operationsverstärker, der mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei der Operationsverstärker einen Eingang und einen Ausgang aufweist; einen resistiven Eingangsabschnitt, der mit dem Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt ist, wobei der resistive Eingangsabschnitt einschließt: einen festen Eingangswiderstand, der mit dem Eingangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Eingangswiderstandssegment, das mit dem festen Eingangswiderstand parallel gekoppelt ist, wobei das schaltbare Eingangswiderstandssegment einen Eingangswiderstand, einen ersten Eingangsschalter und einen zweiten Eingangsschalter einschließt, wobei der Eingangswiderstand mit dem Eingangsanschluss, dem ersten virtuellen Erdungsknoten über den ersten Eingangsschalter und dem zweiten virtuellen Erdungsknoten über den zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist; und einen resistiven Rückkopplungsabschnitt, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gekoppelt ist, wobei der resistive Rückkopplungsabschnitt einschließt: einen festen Rückkopplungswiderstand, der mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten gekoppelt ist, und ein schaltbares Rückkopplungswiderstandssegment, das mit dem festen Rückkopplungswiderstand parallel gekoppelt ist, wobei das schaltbare Rückkopplungswiderstandssegment einen Rückkopplungswiderstand und einen Rückkopplungsschalter einschließt, wobei der Rückkopplungswiderstand mit dem Ausgangsanschluss und dem ersten virtuellen Erdungsknoten über den Rückkopplungsschalter gekoppelt ist; und Festlegen eines Zustands des ersten Schalters und des Rückkopplungsschalters, um ein Verstärkungscharakteristikum des Verstärkers festzulegen.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Festlegen eines Zustands des zweiten Schalters basierend auf dem Zustand des ersten Schalters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, das ferner das Festlegen eines Spannungssteuerungspegels für den ersten Schalter und den zweiten Schalter basierend auf einer Eingangsgleichtaktspannung umfasst, die mit dem Eingangsanschluss assoziiert ist.