DE60213094T2

DE60213094T2 - Programmierbare logarithmische verstärkungseinstellung für verstärker mit offener regelschleife

Info

Publication number: DE60213094T2
Application number: DE60213094T
Authority: DE
Inventors: Sasan Scotts Valley CYRUSIAN; Thomas Santa Cruz BLON
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2022-05-25
Also published as: CN1531777A; WO2002097979A3; EP1405408B1; WO2002097979A2; EP1405408A2; DE60213094D1; US20020175758A1; US6570447B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft programmierbare Verstärker mit offener Schleife nach den Oberbegriffen von Anspruch 1 und 11.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verstärker, die eine veränderliche Verstärkung aufweisen, regulieren die Verstärkung typischerweise durch das Schalten von Widerständen in ihre Schaltkreise und daraus heraus. Diese Widerstände verändern die Konduktanz- oder Transkonduktanzeigenschaften des Verstärkers. Auf diese Weise kann ein Verstärker über einen sehr weiten Bereich von Eingangssignalen und insbesondere über Dekaden der logarithmischen Veränderung nützlich sein. Die Leistung derartiger Verstärker kann als ein Produkt ihrer mit einer Übertragungsfunktion des Verstärkers multiplizierten Transkonduktanz modelliert werden.
Datenerfassungssysteme können Verstärker mit programmierbarer Verstärkung verwenden, um eine weite Vielfalt von Signalen oder Signalamplituden zu erfassen. Einige Verstärker mit programmierbarer Verstärkung weisen eine Übertragungsfunktion vom Verstärkungscode zur Verstärkung auf, die anstatt linear vielmehr logarithmisch ist und einem weiten Bereich von Eingangssignalen Rechnung tragen kann. Diese Verstärker können ihre Transkonduktanz und somit ihre Leistung durch das Schalten von Widerständen in das Eingangsnetzwerk und daraus heraus verändern. Dies erfordert eine Abstimmung von Präzisionswiderständen, was ein teurer Vorgang ist. Zusätzlich kann das Verwenden einer Serie von Widerständen die parasitäre Kapazität des Eingangsnetzwerks beträchtlich vermehren, was die Leistung des Verstärkers verlangsamt.
Eine Weise, um eine logarithmische Funktion zu erzielen, ist in der US-Patentschrift Nr. 5,952,880 offenbart. Diese Patentschrift offenbart einen Verstärker mit zwei Stromeingangs-Digital-Analog-Wandlern (DAC), die zwei Vorspannungsströme bereitstellen, welche einen Verstärker antreiben, dessen Verstärkung von den Vorspannungsströmen abhängt. Diese Technik kann jedoch nur mit Bipolar-Verbindungs-Technologien ausgeführt werden, die verglichen mit MOS(Metalloxidhalbleiter)- und CMOS(komplementären Metalloxidhalbleiter)-Herstellungstechnologien viel weniger attraktiv sind. Eine andere Weise, um logarithmische Verstärkungen zu erzielen, ist, eine Verstärkungscodefunktion und DAC-Wandler zu verwenden, um die Vorspannung, die an Transistoren angelegt wird, welche im Verstärkerschaltkreis als ein veränderlicher Widerstand wirken, zu verändern. Doch MOS-Transistoren, die wegen ihres Widerstands durch Vorspannen bei sehr niedrigen Spannungen verwendet werden, bringen eine Verzerrung ein, wodurch die gesamte harmonische Verzerrung des Verstärkerschaltkreises erhöht wird. Dies ist in einem Datenerfassungssystem nicht erwünscht.
Zusätzlich zu Netzwerken von Widerständen im Eingangsschaltkreis können sich Verstärker auch auf Netzwerke von Ausgangswiderständen verlassen, die veränderliche Widerstandswerte aufweisen. Letztendlich können Widerstandsnetzwerke dieser Art eine große Anschlussfläche im Schaltkreis benötigen. Abhängig davon, wie viele Verstärker sich im Schaltkreis befinden, kann der Nachteil sowohl bei der Kapazität als auch bei der Siliziumfläche groß sein. Was benötigt wird, ist ein programmierbarer Verstärker mit logarithmischen Verstärkungsschritten, der sich nicht auf große Netzwerke von Präzisionswiderständen verlässt, die den Verstärker verlangsamen oder verzerren, seine Kosten erhöhen, ein unverhältnismäßiges Ausmaß an Siliziumfläche benötigen, und die parasitäre Kapazität des Schaltkreises erhöht.
Weitere Verstärkeranordnungen, die eine veränderliche Transkonduktanz aufweisen, sind aus den Dokumenten US-A-5,384,501, EP-A-1 020 990, und US-A-5,642,077 bekannt.
KURZDARSTELLUNG
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besseren programmierbaren Verstärker mit offener Schleife bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 11 beanspruchten programmierbaren Verstärker mit offener Schleife gelöst.
Vorteilhafte Entwicklungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren.
KURZE BESCHREIBUNG MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte Zeichnung eines Verstärkers mit offener Schleife des Stands der Technik.
2 und 3 sind ausführlichere Ansichten von Widerstandsnetzwerken des Stands der Technik.
4 und 5 sind Ausführungsformen von verbesserten Widerstandsnetzwerken.
6 ist ein logarithmisches Diagramm der Verstärkung eines Verstärkers, der die verbesserten Widerstandsnetzwerke verwendet.
7 ist ein Diagramm von logarithmischen Verstärkungsdeltas für jeden Schritt.
8 ist eine vereinfachte Zeichnung eines verbesserten Verstärkers, der MOS-Schalter verwendet.
9 ist eine andere Ausführungsform, die ein Eingangs- und ein Ausgangsnetzwerk verwendet.
10 ist eine andere Ausführungsform, die für Widerstandsnetzwerke nützlich ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der nachstehenden Besprechung sind Transistoren als CMOS-Transistoren und insbesondere als PMOS(positive MOS)- oder NMOS(negative MOS)-Transistoren beschrieben. Fachleute werden erkennen, dass die Ausdrücke "p-Kanal" und "n-Kanal" die hierin besprochenen Transistoren möglicherweise genauer beschreiben, da diese Transistoren, außer möglicherweise für externe Anschlüsse, nicht länger durch Ablagern von metallischen Elementen hergestellt werden. Vielmehr wird Polysilizium entweder zu einem p-Kanal oder zu einem n-Kanal dotiert, was angibt, ob der Kanal zwischen der Quellenelektrode und der Abzugselektrode durch den Verarmungsbetrieb (Defektelektronen) oder den Anreicherungsbetrieb (Elektronen) leitet. Dennoch werden die Ausdrücke "PMOS" und "NMOS" gebräuchlicher verwendet, und werden sie daher hierin verwendet, um jene Transistoren zu bedeuten, die durch CMOS-Vorgänge hergestellt werden.
1 ist eine vereinfachte Zeichnung eines Verstärkers des Stands der Technik, der in seinen Eingangs- und Ausgangsabschnitten eine Differentialtranskonduktanz verwendet. Der Verstärker 10 weist einen Eingangsabschnitt 14 und Ausgangsabschnitte 24 auf. Die Quellenelektroden von Transistoren 16, 18, 26 und 28 sind an eine (nicht gezeigte) Leistungsquelle angeschlossen. Ein Differenzspannungs-Eingangssignal wird in eine positive Klemme 20, die Torelektrode eines Transistors 22, und eine negative Klemme 30, die Torelektrode eines Transistors 32, eingegeben. Die Transkonduktanz g_m der Transistoren 22 und 32 ist gleich. Sie können wie in einer Darstellung gezeigt zusammengesetzt sein, oder sie können zur weiteren Verstärkung, Filterung, Zusatzverstärkung oder zur Änderung der Eingangsimpedanz, und so weiter weitere Bestandteile enthalten oder daran angeschlossen sein. Der Schaltkreis ist auch mit Stromquellen 38, 40 und einem Eingangswiderstandsnetzwerk 42 zwischen den Punkten A und B gezeigt, um den Schaltkreis entlang von Leiterzügen 34, 36 zu vervollständigen. Mit diesem Schaltkreis erstellt ein Differenzspannungseingang in die Eingangsklemmen eine Stromschleife 43, in der der in der Figur gezeigte Strom I_ac gleich der Eingangsspannungsdifferenz geteilt durch den Widerstand des Widerstandsnetzwerks R_ein ist. I_ac, der im Eingangsabschnitt induzierte Strom, wird dann im Ausgangsabschnitt des Verstärkers "gespiegelt" und um einen Faktor von 2 verstärkt.
Die im Eingangsabschnitt erstellte Stromschleife 43 wird durch die Ausgangsabschnitte des Verstärkers gespiegelt und verstärkt. An der positiven Seite ist die Torelektrode des Eingangstransistors 16 an seine Abzugselektrode und an die Torelektrode des Ausgangstransistors 18 gebunden. An der negativen Seite ist die Quellenelektrode des Transistors 26 an seine Torelektrode und an jene des Transistors 28 gebunden. Wenn die Transkonduktanz g_m der Ausgangsabschnitte 24 das Doppelte von jener der Eingangsabschnitte ist, ist der Strom im äußeren Abschnitt 2·I_ac. Sein Widerstand ist R_aus Daher ist der Spannungsausgang V_aus = 2·I_ac·R_aus. Der Ausgangsabschnitt des Verstärkers beinhaltet die Transistoren 18, 28, Ausgangsklemmen 52, 56, und Ausgangswiderstände, die wie gezeigt an Leiterzüge 50 und 54 angeschlossen sind: R_aus1 58 zwischen dem Punkt C und der Erde, und R_aus2 60 zwischen dem Punkt D und der Erde.
Eine andere Weise, um den Verstärker zu betrachten, ist, zu bemerken, dass die Ausgangsspannung das Doppelte der Eingangsspannung, geteilt durch das Verhältnis der relativen Widerstände R_aus/R_ein, oder V_aus = 2V_ein· R_aus/R_ein, sein wird. In einer derartigen Situation ist die Verstärkung des Verstärkers das Doppelte des Widerstandsverhältnisses, oder ist die Verstärkung = 2·R_aus/R_ein. Aus diesem Kontext ist klar, dass die Leistung des Verstärkers veränderlich ist, wenn ein Benutzer die Eingangs- oder die Ausgangswiderstände verändert. Die leichteste Weise, um dies zu erreichen, ist, entweder den Eingang oder den Ausgang nicht als einen einzelnen Widerstand, sondern vielmehr als ein Widerstandsnetzwerk auszuführen. Es ist auch zu bemerken, dass die Transkonduktanz des Verstärkers eine Resultante der Eingangsabschnitte, der Ausgangsabschnitte und der Widerstandsnetzwerke ist.
2 und 3 zeigen Widerstandsnetzwerke des Stands der Technik. In 2 ist ein Widerstandsnetzwerk 42 zwischen Punkten A und B angeschlossen, wobei A und B die Punkte A und B in 1 darstellen können. Das Netzwerk besteht aus einer Anzahl von Serienwiderstandspaaren, die in Parallelschaltung mit anderen Paaren verbunden sind. Die Serienwiderstände 44, 45 sind in diesem Fall der Mindestwiderstand des Schaltkreises, während Widerstände 46, 48 ein Paar eines "veränderlichen" Widerstands bilden, das durch einen Schalter 47 in das Netzwerk verbunden oder davon getrennt wird. Wenn der Schalter 47 offen ist, bilden die Widerstände 46, 48 keinen Teil des Schaltkreises und besteht R_ein nur aus den Widerständen 44 und 45. Natürlich kann wie in 2 gezeigt eine ganze Serie von Widerständen und Schaltern, ein Schalter pro Paar, verwendet werden. Bei dieser Gestaltung kann jedes Widerstandspaar gesondert betrieben werden.
3 zeigt ein Ausgangswiderstandsnetzwerk 62, in diesem Fall mit einem Mindestwiderstand, den Ausgangswiderständen 58 und 60, die Punkte C und D, die positive und die negative Ausgangsklemme, jeweils an die Erde anschließen. Zusätzlich kann der Ausgangsschaltkreiswiderstand durch Widerstandspaare in Reihe, wobei jedes Paar dann in Parallelschaltung mit anderen Paaren verbunden ist, verändert werden. In dieser Darstellung können die Widerstände 64 und 66 durch Schließen des Schalters 65 in den Schaltkreis gebracht werden, oder durch Öffnen des Schalters 65 aus dem Schaltkreis entfernt werden. Jedes Paar von Widerständen R₁ weist einen Schalter auf und kann gesondert betrieben werden.
In 2 ist jeder Widerstand im parallelen Netzwerk der gleiche, R₀, und ist eine endliche Anzahl von Paaren, N, vorhanden. Außerdem können die Widerstandswerte der einzelnen Widerstände so festgesetzt werden, dass R₁ = N·R₀ ist. In diesem Fall ist der Widerstand des gesamten R_ein dann eine Umkehrfunktion der Anzahl der geschlossenen Schalter. 1/R_ein ist gleich (N + n)/(2·R₀·N), wobei n die Anzahl der geschlossenen Schalter ist. Je mehr Schalter geschlossen sind, desto niedriger ist der Widerstand des Widerstandsnetzwerks R_ein Das gleiche gilt für den Widerstand von R_aus. Für R_ein wird, falls alle Schalter geschlossen sind, 1/R_ein gleich R₀ sein, oder, mit anderen Worten, kann der Widerstand für einen höchsten Verstärkungsfaktor von 2 halbiert werden. Durch Durchführen der gleichen Berechnung für das Netzwerk R_aus kann ein anderer Faktor von 2 für eine mögliche Gesamtverstärkung von 4 erzielt werden. Andererseits kann die Verstärkung durch Öffnen aller Schalter auf einen Faktor von 1, d.h., keine Verstärkung, festgesetzt werden. In 1 und 3 sind die Ausgangswiderstände 58 und 60 an die Erde angeschlossen, um durch Verwenden von Stromquellen, die an die Punkte C und D angeschlossen sind, um gleiche Vorspannungsströme durch 58 und 60 zu treiben, eine Gleichtaktspannung von größer als Null bereitzustellen.
4 stellt eine Ausführungsform eines verbesserten Widerstandsnetzwerks 70 zur Verwendung in einem wie in 1 gezeigten programmierbaren Verstärker mit offener Schleife dar. Das Netzwerk ist als zwischen Punkten A und B angeschlossen dargestellt, wobei A und B die gleichen Punkte wie im in 1 gezeigten Verstärker sein können. Die beiden Basis-R₀-Serienwiderstände 72 bilden eine Serie von N + 1 Serien in Parallelschaltung im Widerstandsnetzwerk. In einer Ausführungsform gibt es N geschaltete Serien. Jede Serie umfasst zwei Widerstände 74 und einen MOS-Schalter 76. Wenn der Schalter an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, ist der Schalter geschlossen und die Serie in Parallelschaltung angeschlossen. Wenn der Schalter statt dessen an die Erde angeschlossen ist, ist der Schalter offen und gibt es keinen Beitrag von dieser besonderen Serie.
Der Schaltkreis von 4 ist eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. MOS-Transistoren weisen die Vorteile auf, dass sie reproduzierbar und in dieser Anwendung verhältnismäßig billig sind. Durch MOS, Metalloxidhalbleiter, ist ein Bereich von Transistoren gemeint, die durch eine MOS-Technologie hergestellt werden. Diese beinhalten p-MOS-Transistoren und n-MOS-Transistoren, wobei "p" p-Kanal- oder pnp-Typ- und "n" n-Kanal- oder npn-Typ-Transistor bedeutet. Viele Arten von Herstellungstechnologien werden verwendet, um MOS-Transistoren einschließlich CMOS-Transistoren herzustellen, wobei sowohl n-Kanal- als auch p-Kanal-Transistoren in den gleichen Prozessen auf dem gleichen Wafer hergestellt werden. Der Ausdruck "MOS" soll Mikrominiaturherstellungstechniken, die photolithographische Techniken und Schichten von Halbleitern, Metallen und Oxiden verwenden, um angereichert leitende und verarmt leitende Transistoren herzustellen, beinhalten.
Während die Transistoren im Schaltkreis höchst erwünscht sind, benötigen die Widerstände in diesem Schaltkreis verhältnismäßig große physische Abmessungen wie etwa die Breite und die Länge auf einem Wafer. Zusätzlich tragen diese verhältnismäßig großen Bestandteile eine unerwünschte parasitäre Kapazität zu jeder Serie bei. Diese Kapazität würde das Frequenzverhalten des Verstärkers in einer unerwünschten Weise behindern und verzerren. Die Widerstände R₁ und R₀ sind groß und würden eine weitere parasitäre Kapazität und Verlangsamungen in den Schaltkreis einbringen. Die Verwendung von MOS-Transistoren allein kann eine weitere Verbesserung sein.
5 stellt eine alternative Ausführungsform einer Eingangswiderstandsnetzwerkausführungsform 80 dar, die N parallele Serien aufweist, wobei N gleich 256 ist. Ein Codesteuerungs-Steuerschaltkreis 90 ist an jede der 256 geschalteten Serien angeschlossen, von B(0) 92, B(1), 94 bis B(N) 95. Jede geschaltete Serie besteht nicht aus einem Transistor und zwei Widerständen, sondern vielmehr aus zwei Transistoren 82 in Reihe. Die Transistoren werden im Tandem betrieben, wobei jede Serie durch Anlegen entweder einer Spannung, um die Transistorschaltkreise zu schließen, oder einer Erdung, um sie zu öffnen, entweder eingeschaltet (geschlossen) oder ausgeschaltet (offen) ist. Wenn die Transistoren geschlossen sind, befinden sich die Widerstände von der Abzugselektrode zur Quellenelektrode wie oben beschrieben im Widerstandsnetzwerkschaltkreis. In einer Ausführungsform, bei einem Netzwerk, in dem N = 256 ist, weist jeder Transistorzweig einen Widerstandswert im geschlossenen Zustand von etwa 50 kOhm bis 100 kOhm auf, während die R₀-Widerstände etwa 100 Ohm bis 1 kOhm, und vorzugsweise 200 bis 400 Ohm betragen.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die R₁-Widerstände und ihre parasitäre Kapazität beseitigt werden. Zusätzlich können die Widerstände klein bleiben, während ihr Widerstandswert jenem der viel größeren diskreten Widerstände, die sie ersetzen, vergleichbar ist. Die R₀-Widerstände 72 bleiben im Schaltkreis. Eine Spannungsquelle 84 stellt den Transistoren, die durch die Codesteuerung 90 gewählt werden, eine Torspannung bereit. Bei Serien, die nicht durch die Steuerung ausgewählt werden, bleiben ihre Torelektroden an die Erde 86 angeschlossen. Die Torspannung wird so ge wählt, dass die Transistoren in einem linearen Bereich tätig sind, das heißt, dass die Transistoren in einem Bereich tätig sind, in dem ihr Widerstand in Bezug auf den Spannungsabfall über den Transistor umgekehrt linear ist. Anders gesagt steht ihre Transkonduktanz, ein Maß der Leitfähigkeit über die Transistoren, direkt mit dem Spannungsabfall über den Transistor oder die Transistoren in Zusammenhang. Es sind auch andere Ausführungsformen möglich, wie etwa drei Transistoren in Reihe, oder zwei Transistoren und ein Widerstand. In Ausführungsformen, die nur Transistoren aufweisen, wird der Widerstand jeder Serie jedoch einzig und allein durch die Spannung von der Torelektrode zur Quellenelektrode und die Transkonduktanz der Transistoren bestimmt.
Die Steuerung des Codesteuerungsschaltkreises ist vorzugsweise eine programmierbare Mikroprozessorsteuerung. Andere Ausführungsformen können einen digitalen Signalprozessor, einen Signalprozessor, oder einen diskreten digitalen oder analogen Schaltkreis, der fähig ist, Informationen hinsichtlich der gewünschten Verstärkung oder Codeschritte anzunehmen und weiterzuleiten, beinhalten. Ausführungsformen von Verstärker können Verstärkungsschritte von 1 bis 10.000 aufweisen und können viele Potenzen von 2 einschließlich 512, 4096, oder 8192, welche Zahlen am bequemsten, aber nicht erforderlich sind, beinhalten. Der Verstärker kann auch eine Verstärkung von 1 auf eine hohe Zahl wie etwa 10.000 aufweisen, wobei die Verstärkung eine Resultante der Transkonduktanzen der Eingangsabschnitt und der Ausgangsabschnitte und des Eingangs- und des Ausgangsnetzwerks des Verstärkers ist.
Die Verwendung von Stromspiegel-Schaltkreisen auf Transkonduktanzbasis neigt dazu, die Unterschiede und Schwankungen in der Leistung aufgrund der Temperatur auf ein Mindestmaß zu verringern. Wenn die Temperatur der lokalen Umgebung oder die Temperatur des Schalt kreises ansteigt, wird die Temperatur sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangsabschnitte im Tandem ansteigen (oder fallen), und wird dies auch jeder beliebige Leistungskoeffizient auf Temperaturbasis wie etwa der Widerstand tun. Andere Leistungsfaktoren des elektronischen Schaltkreises können die Transkonduktanz selbst, einen Faktor der physischen Abmessungen der Transistoren und ihres Schaltungsaufbaus, beinhalten. Ein Vorteil dieser Schaltkreise ist daher die relative Immunität gegenüber Temperatur- oder Umweltauswirkungen.
Die Leistung von Schaltkreisen, die diese Gestaltung verkörpern, ist vorzugsweise sowohl von Materialien als auch von Herstellungsauswirkungen, die als "Technologie" auswirkungen betrachtet werden können, verhältnismäßig unabhängig. Wenn aufgrund von Veränderungen bei der Verarbeitung der Schaltkreise ein Leistungsunterschied im Verstärkerschaltkreis besteht, beeinflussen die Veränderungen sowohl die positive Seite als auch die negative Seite, sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsabschnitte des Verstärkerschaltkreises. Die Auswirkungen sind an allen Seiten gleich, und die Nettoleistungsveränderung liegt bei Null oder sehr nahe daran. Dies wird sowohl für große Veränderungen wie etwa Veränderungen in einem Herstellungsvorgang als auch für kleine Veränderungen wie etwa tägliche Verarbeitungstemperaturschwankungen, Materialpartieveränderungen, Träger oder Atmosphären und sogar Öfen oder andere Verarbeitungsbedingungen gelten. Mit diesen Leistungsvorteilen können Verstärker, die diese Verbesserungen verwenden, mit Versorgungsspannungen bei 2 Volt oder niedriger ausgeführt werden.
Andere Vorteile der widerstandsbehafteten Netzwerke von 4 und 5 können eine beinahe "digitale" Anwendung der Verstärkungscodeverstärkungsschritte ohne die Verwendung eines Digital-Analog-Wandlers beinhalten. In einer Ausführungsform wählt die Steuerung einzeln Widerstandspfade für einen vermehrten oder einen verringerten Widerstandswert, bis die Leistung des Verstärkers zufriedenstellend ist. In einer Ausführungsform steuert die Steuerung ein Eingangswiderstandsnetzwerk. In einer anderen Ausführungsform steuert die Steuerung ein Ausgangswiderstandsnetzwerk. In einer anderen Ausführungsform steuert die Steuerung sowohl ein Eingangs- als auch ein Ausgangswiderstandsnetzwerk.
Das gewünschte Ansprechen des Verstärkers ist in 6 und 7 dargestellt. Der Verstärkungscode wird aus den möglichen Verstärkungscodeschritten gewählt. In einer Ausführungsform gibt es N = 256 Schritte oder lineare parallele Serien in einem Widerstandsnetzwerk. Die Steuerung kann von 0 bis 255 Schritte der Verstärkung, das heißt, parallele widerstandsbehaftete Pfade, auswählen. Im vorhergehenden Beispiel war eine Höchstverstärkung von 4 möglich. Logarithmisch ausgedrückt sind die Dezibel der Verstärkung = 20 log₁₀ (V₂/V₁), wobei V₂ der Spannungsausgang des Verstärkers ist, und V₁ der Spannungseingang zum Verstärker ist. In einem System, das eine Höchstverstärkung von 4 aufweist, sind die maximalen Dezibel 20 log₁₀ (4/1) = 12,0.
6 stellt die Verstärkung dar, wenn eine Serie nach der anderen in den R_ein-Schaltkreis geschaltet wird (wobei am Anfang alle Schalter offen waren), wodurch der Widerstand des Eingangsnetzwerks verringert wird. Zur gleichen Zeit wird eine Serie nach der anderen aus dem R_aus-Netzwerk geschaltet (wobei am Anfang alle Schalter geschlossen waren), wodurch der Widerstand des Ausgangsnetzwerks erhöht wird. Beide Abänderungen zusammen erhöhen die Verstärkung. Wenn wie in 6 eine logarithmische Darstellung erfolgt, erscheint die Progression linear. Es ist auch nötig, dass die Verstärkungszuwächse gleich sind, während die Steuerung durch jeden Zuwachs schreitet. 7 stellt die erwünschte Leistung jedes Schritts von Schritt 0 bis 255 dar. Ein derartiges Widerstandsnetzwerk kann für das Eingangsnetzwerk des Verstärkers verwendet werden. Es kann mit den bereits umrissenen Maßnahmen für Gleichtaktbetriebsspannungen auch als ein Ausgangsnetzwerk für den Verstärker verwendet werden.
8 ist eine Ausführungsform eines Verstärkerschaltkreises, wobei die Widerstandsnetzwerke von 5 in einer abgekürzten Weise dargestellt sind. Der Verstärker weist einen Eingangsabschnitt 100 und Ausgangsabschnitte 102 auf. Ein Eingangsspannungssignal wird an eine positive Klemme 122 und eine negative Klemme 132 angelegt, die die Tore von Transistoren 120, 130 sein können. Die Eingangsabschnittstransistoren 116, 126 und Stromquellen 138, 140 erzeugen einen Eingangsstrom in den inneren Abschnitt, wobei der Eingangsstrom durch die Eingangsspannung und den Widerstandswert im R_ein-Widerstandsnetzwerk 108 und den Eingangswiderständen R₀ 144 bestimmt wird. Das Widerstandsnetzwerk 108 weist zumindest eine Serie von MOS-Transistoren 142 auf. Der Eingangsabschnitt des Schaltkreises wird durch Leiterzüge oder Sammelschienen 134, 136 vervollständigt.
Die Eingangswiderstände R₀ müssen nicht besonders genau sein, das heißt, diese Widerstände müssen keinen Widerstandswert aufweisen, der sehr nahe an ihrem Ziel- oder Nennwiderstandswert liegt. Allgemein ausgedrückt liegen sie vorzugsweise innerhalb von plus oder minus 30 Prozent ihres Ziel- oder Nennwerts. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Widerstände innerhalb dieses Parameters vorzugsweise Widerstandswerte aufweisen, die innerhalb etwa eines Prozents übereinstimmen. Als ein Beispiel würden, wenn ein Wert von 1 K erwünscht ist, zwei Eingangswiderstände, die einen Widerstandswert von 1250 Ohm und 1260 Ohm aufweisen, annehmbar sein, während ein Paar von Widerständen, die Widerstandswerte von 980 und 1010 Ohm aufweisen, ein schlechtes Ergebnis erbringen würde. Diese Toleranzen und Richtlinien gelten auch für die Widerstände, die in Ausführungsformen gemäß 4 verwendet werden.
Der Ausgangsabschnitt 102 des Verstärkers beinhaltet Transistoren 118, 128, ein R_aus-Netzwerk 110, Widerstände 158, 160 und Ausgangsklemmen 52, 56. Im Allgemeinen weisen die Widerstände 158 und 160 viel kleinere Widerstandswerte als das Widerstandsnetzwerk 110 auf. Das Widerstandsnetzwerk 110 beinhaltet N Paare von MOS-Transistoren 162, wobei jedes Paar von Transistoren durch einen wie oben umrissenen Codesteuerungsschaltkreis gesteuert wird. In einer Ausführungsform weist der Verstärker ein Widerstandsnetzwerk im Eingangsabschnitt des Verstärkers auf. In einer anderen Ausführungsform weist der Verstärker ein Widerstandsnetzwerk im Ausgangsabschnitt des Verstärkers auf. In noch einer anderen Ausführungsform weist der Verstärker ein Widerstandsnetzwerk auf, das Paare von MOS-Transistoren sowohl im Eingangs- als auch im Ausgangswiderstandsnetzwerk einsetzt.
Eine weitere Verbesserung umfasst einen wie in 8 gezeigten ersten Regelkreis 104, um jeder Serie von Torelektroden im Eingangswiderstandsnetzwerk 108, die durch den Codesteuerungsschaltkreis ausgewählt wird, eine Torspannung V_Abstimmung1 bereitzustellen. Wie oben beschrieben sollte diese Torspannung von einer solchen Art sein, dass die MOS-Transistoren in einem linearen oder Triodenabschnitt ihres Betriebsbereichs tätig sind. Stromquellen 170, 172 erstellen eine Stromschleife, die durch die Widerstände in ihren Pfaden, einen Transistor 174 und einen Widerstand 176, bestimmt wird. Der Transistor 174 weist vorzugsweise eine Transkonduktanz auf, die N mal größer als jene der in der Widerstandsserie verwendeten MOS-Transistoren ist, wobei N die Nummer der Serie ist. Der Widerstand 176 weist vorzugsweise den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand 144 im R_ein-Netzwerk auf.
Gleiche Ströme von den Stromquellen 170, 172 erzeugen Spannungsabfälle über den Transistor 174 und den Widerstand 176. Der nichtumkehrende Eingang eines Operati onsverstärkers 2 180 ist an die Abzugselektrode des Transistors 174 angeschlossen und sein umkehrender Eingang ist an die positive Seite des Widerstands 176 angeschlossen. Ein Operationsverstärker 1 178, ein Spannungsfolger, stellt dem Ausgang der Stromschleife, die im Regelkreis 1 104 erstellt ist, eine Verstärkung von Eins und eine niedrige Eingangsimpedanz bereit. Der Operationsverstärker 1 puffert die Spannung am Punkt F so, dass die Spannung am Punkt F der Spannung am Punkt E gleich ist. Die Spannung am Punkt E, dem Mittelpunkt der R₀-Widerstände, wird für jede angeschlossene Serie von Transistoren 142 auch der Mittelpunktspannung gleich sein.
Die Quellenelektrode des Transistors 174 ist daher an die gleiche Spannung wie die Quellenelektroden der Transistoren 142 im R_ein-Netzwerk angeschlossen. Da die Transkonduktanz des Transistors 174 N mal größer als jene der Netzwerktransistoren 142 ist, repliziert der Transistor 174 den Widerstandswert von N Transistoren, die parallel geschaltet sind sind, wobei N die Anzahl der möglichen Schritte im Verstärkungscode der gegebenen Steuerung und des gegebenen Schaltkreises ist. In einer ähnlichen Weise repliziert der Widerstand 176 den Widerstandswert eines Widerstands 144. Bei diesem Schaltkreis klingen die Spannungsabfälle über den Transistor 174 und den Widerstand 176 ab und gleichen sie einander aus, und bestimmen sie somit die Torspannung, die an die Torelektroden des R_ein-Netzwerks angelegt wird.
Eine weitere Verbesserung umfasst einen wie in 8 gezeigten zweiten Regelkreis 106, um jeder Serie von Torelektroden im Widerstandsausgangsnetzwerk 110, das durch einen Codesteuerungsschaltkreis ausgewählt wird, eine Torspannung V_Abstimmung2 bereitzustellen. Wie oben beschrieben sollte diese Torspannung von einer solchen Art sein, dass die MOS-Transistoren in einem linearen oder Triodenabschnitt ihres Betriebsbereichs tätig sind. Stromquellen 190, 192 erstellen eine Stromschleife, die durch die Widerstände in ihren Pfaden, einen Transistor 194 und einen Widerstand 196, bestimmt wird. Der Transistor 194 weist eine Transkonduktanz auf, die N mal größer als jene der in der Widerstandsserie verwendeten MOS-Transistoren 162 ist, wobei N die Nummer der Serie ist. Der Widerstand 196 weist den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand 158 oder 160 im R_aus-Netzwerk auf.
Gleiche Ströme von den Stromquellen 190, 192 erzeugen Spannungsabfälle über den Transistor 194 und den Widerstand 196. Der nichtumkehrende Eingang eines Operationsverstärkers 4 188 ist an die Abzugselektrode des Transistors 194 angeschlossen und sein umkehrender Eingang ist an die positive Seite des Widerstands 196 angeschlossen. Ein Operationsverstärker 3 198, ein Spannungsfolger, stellt dem Ausgang der Stromschleife, die im Regelkreis 2 106 erstellt ist, eine Verstärkung von Eins und eine niedrige Eingangsimpedanz bereit. Der Operationsverstärker 3 puffert die Spannung am Punkt I so, dass die Spannung am Punkt I der Spannung am Punkt H gleich ist. Die Spannung am Punkt I, dem Mittelpunkt der Ausgangsklemmen, wird für jede angeschlossene Serie von Transistoren 162 auch der Mittelpunktspannung am Punkt J gleich sein. Die Quellenelektrode des Transistors 194 ist daher an die gleiche Spannung wie die Quellenelektroden der Transistoren 162 im R_aus-Netzwerk angeschlossen. Da der Transistor 194 N mal größer als die Netzwerktransistoren 162 ist, repliziert der Transistor 194 den Widerstandswert von N Transistoren, die parallel geschaltet sind. Der Widerstand 196 repliziert den Widerstandswert des Widerstands 158 oder 160. Bei diesem Schaltkreis klingen die Spannungsabfälle über den Transistor 194 und den Widerstand 196 ab und gleichen sie einander aus, und bestimmen sie somit die Torspannung, die an die Torelektroden des Eingangswiderstandsnetzwerks angelegt wird.
Zusätzlich zum Steuern der Widerstandspfade in Verwendung offenbaren die Schaltkreise von 8 ein anderes Steuerelement, das vorteilhaft ist. Der Widerstandswert jedes Pfads mit zumindest einem MOS-Transistor hängt von der an die Torelektrode angelegten Spannung ab. Die offenbarten Ausführungsformen beinhalten Schaltkreise zum Steuern der Torspannung an den Eingangs- und Ausgangswiderstandsnetzwerkpfaden. Das Verwenden eines Schaltkreises, um die Torspannungen für die Eingangs- und Ausgangswiderstände zu steuern, fügt dem Verstärker höhere Grade an Freiheit hinzu. Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn so viel als möglich des gesamten wie in 8 dargestellten Schaltkreises gleichzeitig mit MOS- und CMOS-Technologie hergestellt ist, einschließlich des Eingangs- und des Ausgangswiderstandsnetzwerks, der Stromspiegel, und der Regelkreise. Ein Vorteil ist, dass derartige Schaltkreise vorzugsweise die gleiche Immunität gegenüber Materialien und Herstellungsveränderungen wie die oben für das Eingangs- und das Ausgangswiderstandsnetzwerk beschriebenen CMOS- und MOS-Schaltkreise genießen.
9 ist eine andere Ausführungsform, die die Verwendung sowohl eines Eingangs- als auch eines Ausgangswiderstandsnetzwerks durch MOS-Schalter darstellt. Ein Verstärker 200 beinhaltet einen Stromspiegeleingangsabschnitt 202 und Stromspiegelausgangsabschnitte 204, 206. Die Quellenelektroden des Eingangs- und der Ausgangsabschnitte sind an eine (nicht gezeigte) Leistungsquelle angeschlossen. Die Abzugselektrode eines positiven Eingangsabschnittstransistors 208 ist an seine Torelektrode und an die Torelektrode des positiven Ausgangsabschnittstransistors 212 gebunden. Die Abzugselektrode des negativen Eingangsabschnittstransistors 210 ist auch an seine Torelektrode und an die Torelektrode des negativen Ausgangsabschnittstransistors 214 gebunden. Eine zu verstärkende Spannung wird in den Eingangsabschnitt eingegeben, ein positives Signal an die Torelektrode 220 des Positiveingangstransistors 222 angelegt, und ein negatives Signal an die Torelektrode 230 des Negativeingangstransistors 232 angelegt.
Der Eingangsabschnitt beinhaltet Stromquellen 224, 226 und ein Eingangswiderstandsnetzwerk 225, das an Klemmen A und B zwischen den Stromquellen angeschlossen ist. Der Ausgangsabschnitt des Verstärkers weist eine Transkonduktanz g_m mit einem veränderlichen Verhältnis von jener des Eingangsabschnitts des Verstärkers auf. Daher kann der Spannungseingang zum Eingangsabschnitt des Verstärkers in einem veränderlichen Verhältnis der Übertragungsfunktion des Verstärkers vergrößert werden und am Ausgangsabschnitt des Verstärkers durch Ausgangsklemmen 278 und 282 ausgegeben werden. Ein Ausgangswiderstandsnetzwerk 280 ist an den Punkten C und D zwischen den Ausgangsklemmen angeschlossen, und der Verstärker beinhaltet wie gezeigt auch Widerstände 284 und 286, die die Punkte C und D an die Erde anschliessen.
In 9 werden die Widerstandsnetzwerke durch eine Mikroprozessorsteuerung 240 gesteuert, die anspricht, um das Eingangs- und das Ausgangswiderstandsnetzwerk zu regulieren. In einer Ausführungsform weist die Steuerung zwei Abschnitte und Schaltkreise 250, 260 zum Steuern des Eingangs- und des Ausgangswiderstandsnetzwerks 225, 280 auf. Die Steuerung wählt oder wählt nicht jeden parallelen Pfad im Eingangs- oder Ausgangswiderstandsnetzwerk. Wie oben beschrieben ist jede Serie entweder an die Erde (offener Schaltkreispfad) oder an eine Torspannung (geschlossen, widerstandsbehafteter Pfad) angeschlossen. Die Torspannung für das Eingangswiderstandsnetzwerk wird von einer Eingangstorsignalversorgungsquelle 270 geliefert, und jene für das Ausgangswiderstandsnetzwerk durch eine Ausgangstorversorgungsquelle 290 geliefert.
Beispielhafte Betriebsbedingungen in einer nützlichen Ausführungsform würden die folgenden beinhalten. In Ausführungsformen, bei denen die Spitzenamplituden der Eingangs- und der Ausgangsklemmen etwa 100 bis 150 mV betragen, sind Leistungsversorgungsspannungen von 1,5 bis 2,5 Volt nützlich. Torspannungen für die MOS-Transistoren, um einen Betrieb in ihrem linearen oder "Trioden" bereich sicherzustellen, betragen etwa 1,5 bis etwa 3 Volt und vorzugsweise 1,8 bis etwa 2,5 Volt. Dies sind die Spannungen, die die Regelkreise in
8 und 9 als V_Abstimmung1 und V_Abstimmung2 erzeugen sollten. In einer Ausführungsform verwendet der Verstärker NMOS-Eingangstransistoren und PMOS-Stromspiegel. In einer Ausführungsform beträgt die Gleichtaktspannung am Eingangsnetzwerk (Punkt A und B in 9) etwa 0,5 Volt, während die Gleichtaktspannung am Ausgangsnetzwerk (Punkt C und D in 9) etwa 1,2 Volt mit einer Verstärkung von 12 dB bei etwa 400 MHz beträgt. In einer anderen Ausführungsform verwendet der Verstärker PMOS-Eingangstransistoren und NMOS-Stromspiegel, wodurch die Gleichtaktspannungen zwischen den Punkten A/B und C/D umgekehrt werden.
10 stellt eine weitere Verbesserung bei den Regelkreisen von 8 und 9 dar, wobei die Schaltkreise von den Bestandteilen und Funktionen her den in 8 gezeigten ähnlich sind, aber ein Digital-Analog-Wandler hinzugefügt ist. Ein Regelkreis 300 verwendet Stromquellen 302, 310, die durch einen Transistor 304 bzw. einen Widerstand 306 speisen. Der Schaltkreis gewinnt durch das Hinzufügen eines programmierbaren Digital-Analog-Wandlers 320 in Parallelschaltung mit den Stromquellen einen anderen Grad an Freiheit. Diese Anpassung gestattet eine größere Kontrolle über die Verstärkung des Kreises und trägt daher Fehlabstimmungen in den Widerständen und Transistoren in den Widerstandsnetzwerken Rechnung. Die Operationsverstärker 308 und 318 funktionieren wie bevor, mit dem Ziel, durch Regulieren der Ausgangsspannung V_Abstimmung eine bessere Steuerung des Verstärkers zu erhalten, ob nun der Schaltkreis für das Eingangsnetzwerk oder für das Aus gangsnetzwerk bestimmt ist.
Obwohl nur einige wenige Ausführungsformen der Erfindung besprochen wurden, sind andere Ausführungsformen ins Auge gefasst. Zum Beispiel können Verstärker mit anderen Transkonduktanzunterschieden als einem Faktor von Zwei ebenfalls verwendet werden. Obwohl ein einzelnes Paar von übereinstimmenden Eingangswiderständen in Reihe ins Auge gefasst ist, kann ihre Funktion durch mehr als je einen einzelnen Widerstand wie etwa zwei Paare von Widerständen nachgeahmt werden. Die gebotenen Ausführungsformen veranschaulichen einen einzelnen Transistor oder ein Transistorpaar, doch kann auch eine Serie von Transistoren oder ein anderer Mechanismus verwendet werden, um über einen gewünschten Widerstandswert zu verfügen. Wenn gewünscht ist, einen Eingangsabschnitt mit niedriger Ausgangsimpedanz zu bieten, könnte ein Operationsverstärker für den Eingangsabschnitt des Verstärkers zusammen mit einem passenden Ausgangsabschnitt verwendet werden. Die Ausführungsformen der parallelen Pfade der Widerstandsnetzwerke verwenden nur einen oder zwei Transistoren, doch falls gewünscht, könnte das Konzept auf mehrere Transistoren in Reihe in jedem parallelen Pfad erweitert werden, falls ein verhältnismäßig hoher Grad der Widerstandsveränderung in jedem "Zweig" begehrt wird.
Es ist daher beabsichtigt, dass die vorhergehende Beschreibung diese Erfindung vielmehr veranschaulicht als beschränkt, und dass es die folgenden Ansprüche einschließlich aller Entsprechungen sind, die diese Erfindung definieren. Natürlich sollte sich verstehen, dass an den oben beschriebenen Ausführungsformen ein weiter Bereich an Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden kann. Demgemäss ist es die Absicht der Anmelder, alle Veränderungen und Abwandlungen innerhalb des gültigen Umfangs der vorliegenden Erfindung zu schützen.

Claims

Programmierbarer Verstärker mit offener Schleife, umfassend ein erstes Transistormittel (Mp, Mn; 222, 232), um ein Spannungssignal (INP, INN) einzugeben; ein zweites Transistormittel (116, 118, 126, 128; 208, 212, 210, 214), um das Spannungssignal zu verstärken und auszugeben, wobei das zweite Transistormittel an den Ausgang des ersten Transistormittels für die Eingabe angeschlossen ist; und ein Transkonduktanzmittel; wobei das Transkonduktanzmittel an das erste Transistormittel für die Eingabe angeschlossen ist und bereitgestellt ist, um die Transkonduktanz des ersten Transistormittels für die Eingabe zu verändern; und das Transkonduktanzmittel ein Eingangswiderstandsnetzwerk (108) aufweist, wobei das Eingangswiderstandsnetzwerk zwei Eingangswiderstände (R0) umfasst, die in Reihe geschaltet sind; wobei die Verstärkung des Verstärkers durch das Eingangswiderstandsnetzwerk festgelegt wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangswiderstandsnetzwerk ferner zumindest ein Paar von Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) umfasst, die in Reihe geschaltet sind, wobei jeder des zumindest einen Paares in Parallelschaltung mit den Eingangswiderständen angeschlossen ist; wobei eine programmierbare Steuerung (240) ein Schaltmittel steuert, über das entweder eine erste Spannung oder eine zweite Spannung (VAbstimmung1) an die Torelektroden jedes Paares von Eingangs-MOS-Transistoren angelegt wird, wobei sich die erste Spannung bei Erdpotential befindet.
Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Anlegen der zweiten Spannung (VAbstimmung1) an die Torelektroden des Paares von Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) verursacht, dass die Eingangs-MOS-Transistoren in einem linearen Bereich tätig sind.
Verstärker nach Anspruch 2, wobei ein Widerstandswert jedes Paares von Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) einem Vielfachen eines Widerstandswerts der beiden Eingangswiderstände (R0) gleich ist.
Verstärker nach Anspruch 2, wobei die zweite Spannung (VAbstimmung1) ein Ausgang eines Operationsverstärkers (180) ist, und Eingänge zum Operationsverstärker Ausgänge von zwei Stromquellen (170, 172) sind, die einen ersten Transistor (174), dessen Transkonduktanz einer Transkonduktanz aller Paare von Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) gleich ist, und einen ersten Widerstand (R1), dessen Widerstandswert dem Widerstandswert eines Eingangswiderstands (R0) gleich ist, antreiben, und wobei eine Spannung an den verbundenen Ausgängen (F) des ersten Transistors und des ersten Widerstands einer Spannung an einem Mittelpunkt (E) der beiden Eingangswiderstände gleich ist.
Verstärker nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Spannungsfolgerverstärker (178), der zwischen dem Mittelpunkt (E) der beiden Eingangswiderstände (R0) und den verbundenen ersten Ausgängen (F) angeschlossen ist.
Verstärker nach Anspruch 1, ferner umfassend einen positiven Ausgangsabschnitt (102) und einen negativen Ausgangsabschnitt (102), die jeweils an einen positiven Eingangsabschnitt (100) und einen negativen Eingangsabschnitt (100) angeschlossen sind, wobei die Ausgangsabschnitte eine Transkonduktanz aufweisen, die um ein Verhältnis größer als Eins einer Transkonduktanz der Eingangsabschnitte ist.
Verstärker nach Anspruch 6, wobei die Transkonduktanz der Ausgangsabschnitte (102) des Verstärkers das Doppelte der Transkonduktanz der Eingangsabschnitte (100) beträgt.
Verstärker nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Torspannungssteuerungsschaltkreis (104), um eine Torelektrodensteuerspannung auszugeben.
Verstärker nach Anspruch 8, wobei die zweite Spannung (VAbstimmung2), die an die Torelektrode zumindest eines Paares von Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) angelegt wird, einer Torelektrodensteuerspannung des Steuerungsschaltkreises (104) gleich ist.
Verstärker nach Anspruch 8, wobei der Torelektrodenspannungssteuerungsschaltkreis (104) einen programmierbaren Digital-Analog-Wandler beinhaltet.
Programmierbarer Verstärker mit offener Schleife, umfassend ein erstes Transistormittel (Mp, Mn; 222, 232), um ein Spannungssignal (INP, INN) einzugeben; ein zweites Transistormittel (116, 118, 126, 128; 208, 212, 210, 214), um das Spannungssignal zu verstärken und auszugeben, wobei das zweite Tran sistormittel an den Ausgang des ersten Transistormittels für die Eingabe angeschlossen ist; und ein Transkonduktanzmittel; wobei das Transkonduktanzmittel an das zweite Transistormittel für die Ausgabe angeschlossen ist und bereitgestellt ist, um den Widerstand des zweiten Transistormittels für die Ausgabe zu verändern; und das Transkonduktanzmittel ein Ausgangswiderstandsnetzwerk (110) aufweist, wobei das Ausgangswiderstandsnetzwerk zwei Ausgangswiderstände (R0) umfasst, die zwischen dem Ausgangswiderstandsnetzwerk und der Erde angeschlossen sind; wobei die Verstärkung des Verstärkers durch das Ausgangswiderstandsnetzwerk festgelegt wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangswiderstandsnetzwerk ferner zumindest ein Paar von Ausgangs-MOS-Transistoren (NR2) umfasst, die in Reihe geschaltet sind, wobei jedes Paar in Parallelschaltung angeschlossen ist; wobei eine programmierbare Steuerung (240) ein Schaltmittel steuert, über das entweder eine erste Spannung oder eine zweite Spannung (VAbstimmung2) an die Torelektroden jedes Paares von Ausgangs-MOS-Transistoren angelegt wird, wobei sich die erste Spannung bei Erdpotential befindet.
Verstärker nach Anspruch 11, wobei das Anlegen der zweiten Spannung (VAbstimmung2) an die Torelektroden des Paares von Ausgangs-MOS-Transistoren (NR2) verursacht, dass die Ausgangs-MOS-Transistoren in einem linearen Bereich tätig sind.
Verstärker nach Anspruch 11, wobei ein Widerstandswert jedes Paares von Ausgangs-MOS-Transistoren (NR2) einem Vielfachen eines Widerstandswerts der Ausgangswiderstände (R0) gleich ist.
Verstärker nach Anspruch 11, wobei die zweite Spannung (VAbstimmung2) ein Ausgang eines Operationsverstärkers (188) ist, und Eingänge zum Operationsverstärker Ausgänge von zwei Stromquellen (190, 192) sind, die einen zweiten Ausgangstransistor (194), dessen Transkonduktanz einer Transkonduktanz aller Paare von Ausgangs-MOS-Transistoren (NR2) gleich ist, und einen zweiten Widerstand (196), dessen Widerstandswert dem Widerstandswert eines Ausgangswiderstands (R0) gleich ist, antreiben, und wobei eine Spannung an den verbundenen Ausgängen (H) des zweiten Ausgangstransistors und des zweiten Ausgangswiderstands einer Spannung an einem Mittelpunkt (I, J) der Ausgangswiderstände (R0) gleich ist.
Verstärker nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Spannungsfolgerverstärker (198), der zwischen dem Mittelpunkt (I, J) der beiden Ausgangswiderstände (R0) und den verbundenen zweiten Ausgängen (H) angeschlossen ist.
Verstärker nach Anspruch 11, ferner umfassend einen positiven Ausgangsabschnitt (102) und einen negativen Ausgangsabschnitt (102), die jeweils an einen positiven Eingangsabschnitt (100) und einen negativen Eingangsabschnitt (100) angeschlossen sind, wobei die Ausgangsabschnitte eine Transkonduktanz aufweisen, die um ein Verhältnis größer als Eins einer Transkonduktanz der Eingangsabschnitte ist.
Verstärker nach Anspruch 16, wobei die Trans konduktanz der Ausgangsabschnitte (102) des Verstärkers das Doppelte der Transkonduktanz der Eingangsabschnitte (100) beträgt.
Verstärker nach Anspruch 15, ferner umfassend einen Torspannungssteuerungsschaltkreis (106), um eine Torelektrodensteuerspannung auszugeben.
Verstärker nach Anspruch 18, wobei die zweite Spannung (VAbstimmung2), die an die Torelektrode zumindest eines Paares von Ausgangs-MOS-Transistoren (NR2) angelegt wird, einer Torelektrodensteuerspannung des Torelektrodenspannungssteuerungsschaltkreises (106) gleich ist.
Verstärker nach Anspruch 18, wobei der Torelektrodenspannungssteuerungsschaltkreis (106) einen programmierbaren Digital-Analog-Wandler beinhaltet.
Programmierbarer Verstärker mit offener Schleife nach Anspruch 1 und 11, umfassend: sowohl ein Eingangswiderstandsnetzwerk (108) als auch ein Ausgangswiderstandsnetzwerk (110); einen ersten Schaltkreis (104), der eine Spannung zu den Torelektroden der Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) liefert; einen zweiten Schaltkreis (106), der eine Spannung zu den Torelektroden der Ausgangs-MOS-Transistoren (NR2) liefert; und eine programmierbare Steuerung (240), wobei die programmierbare Steuerung ein Schaltmittel steuert, über das eine Spannung an die Torelektroden jedes Paares von Eingangs-MOS-Transis toren angelegt wird, wobei die Spannung aus der Gruppe gewählt wird, die aus der Spannung vom ersten Schaltkreis und der Erde besteht, und wobei die programmierbare Steuerung ein Schaltmittel steuert, über das eine Spannung an die Torelektroden jedes Paares von Ausgangs-MOS-Transistoren angelegt wird, wobei die Spannung aus der Gruppe gewählt wird, die aus der Spannung vom zweiten Schaltkreis und der Erde besteht, und wobei durch die Netzwerke eine Verstärkung des Verstärkers festgelegt wird.
Verstärker nach Anspruch 21, wobei das Anlegen der Spannung vom ersten Schaltkreis (104) an ein Paar von Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) verursacht, dass die Eingangs-MOS-Transistoren in einem linearen Bereich tätig sind, und wobei das Anlegen der Spannung vom zweiten Schaltkreis (106) an ein Paar von Ausgangs-MOS-Transistoren (NR2) verursacht, dass die Ausgangs-MOS-Transistoren in einem linearen Bereich tätig sind.
Verstärker nach Anspruch 21, wobei der Verstärker positive und negative Eingangsabschnitte (100) und positive und negative Ausgangsabschnitte (102) aufweist, und wobei eine Transkonduktanz der Ausgangsabschnitte um ein Verhältnis größer als Eins einer Transkonduktanz der Eingangsabschnitte ist.
Verstärker nach Anspruch 21, wobei ein Widerstandswert eines jeden des zumindest einen Paares von Eingangs-MOS-Transistoren (NR1) einem Serienwiderstand der Eingangswiderstände (R0) gleich ist.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkung von 1 bis 10.000 beträgt.
Verstärker nach Anspruch 24, ferner umfassend ein erstes Regelkreismittel (104), um das erste Transkonduktanzmittel zu steuern, und ein zweites Regelkreismittel (106), um das zweite Transkonduktanzmittel zu steuern.