JP2015061320A5

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Publication number: JP2015061320A5
Application number: JP2014191136A
Authority: JP
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2017-11-02

Description

プログラマブルゲイン計装用増幅器

連邦政府支援の研究または開発に関する声明
本発明は、空軍研究所によって与えられたＦＡ８６５０−１０−Ｍ−２０８４の下での政府のサポートの下になされた。政府は、本発明の特定の権利を有する。

この開示は、集積回路、より詳しくは、集積回路の計装用増幅器に関する。

例えば、研究所、産業、およびオーディオの応用を含む様々な応用は、コモン・モード電圧と呼ばれる非常に大きいものであり得る電圧が２つの個々の電圧の双方に共通であるとき、２つの個々の電圧の間のディファレンシャル・モード電圧と呼ばれ比較的小さい電圧差を測定する必要性を、共有する。すなわち、コモン・モード電圧は、入力により共有される電圧であり、ディファレンシャル・モード電圧は、共有されない電圧である。計装用増幅器は、２つの個々の入力電圧の重畳された共通の電圧（すなわち、コモン・モード電圧）を拒絶して、２つの個々の入力電圧の間の差（すなわち、ディファレンシャル・モード電圧）に直接に正比例する出力電圧を生成することによって、この必要性を満たすことができる。かくして、計装用増幅器の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、式１に従って、２つの入力電圧Ｖ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２でのコモン・モード・ゲインＡ_ＣＭおよびディファレンシャル・ゲインＡ_ＤＭの演算によって特徴づけられる。

理想的な計装用増幅器は、一定のディファレンシャル・モード・ゲイン（すなわちＡ_ＤＭに関し一定値）を有することができ、ゼロのコモン・モード・ゲイン（Ａ_ＣＭ）を有することができ、これは、コモン・モード電圧が出力から完全に取り除かれることを意味する。実際には、コモン・モード・ゲイン（Ａ_ＣＭ）は、ゼロではないことがあり得るが、ディファレンシャル・モード・ゲイン（Ａ_ＤＭ）よりもかなり小さいものであり得る。計装用増幅器に関しての重要な測定値は、コモン・モード除去比（ＣＭＲＲ）であり、それはデシベル（ｄＢ）で表されるディファレンシャル・ゲイン（Ａ_ＤＭ）に対するコモン・モード・ゲイン（Ａ_ＣＭ）の比である。典型的な計装用増幅器は、３０〜１００ｄＢの範囲のＣＭＲＲを有することができる。ＣＭＲＲがより高いほど、計装用増幅器は、理想により近いものである。

典型的な計装用増幅器は、演算増幅器および４以上の抵抗器を用いて実装される。計装用増幅器の特定の抵抗器により表される抵抗の大きさは、増幅器のゲインを規定することができる。

本開示の態様は、正確なゲイン設定に関して外部のコンポーネントに依存する必要はなく、微細なゲイン調節制御（例えば、１２８を超えるゲイン設定）を維持するデジタル的にプログラム可能なプログラマブル・ゲイン計装用増幅器を提供できる。このようにして、本開示の態様は、正確なゲイン制御と、外部コンポーネントに依存するゲイン値を有する増幅器と比べると低いゲイン・ドリフトとを有する増幅器を、提供できる。すなわち、本開示の態様は、温度などのような動作条件の変化に対して非常に強い正確な増幅を提供できる。

一例では、デバイスは、第１の非反転入力、第１の反転入力、および第１の出力を有する第１の増幅器であって、第１の増幅器の第１の非反転入力が第１の入力電圧端子に接続される、第１の増幅器と、第１の抵抗器および第１のダミー・スイッチを有する第１の抵抗素子であって、第１の抵抗素子の第１の端部が第１の増幅器の第１の出力に接続され、第１の抵抗素子の第２の端部が第１の増幅器の第１の反転入力に接続される、第１の抵抗素子とを含む。デバイスは更に、第２の非反転入力、第２の反転入力、および第２の出力を有する第２の増幅器であって、第２の増幅器の第２の非反転入力が第２の入力電圧端子に接続される、第２の増幅器と、第２の抵抗器および第２のダミー・スイッチを有する第２の抵抗素子であって、第２の抵抗素子の第１の端部が第２の増幅器の第２の出力に接続され、第２の抵抗素子の第２の端部が第２の増幅器の第２の反転入力に接続される、第２の抵抗素子とを含む。デバイスはまた、制御入力を受け取るように動作するプログラマブル抵抗ゲイン・エレメントを有し、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの抵抗値は、受け取った制御入力に少なくとも部分的に基づき、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第１の端部は、第１の増幅器の第１の反転入力と、第１のダミー・スイッチの第２の端部との両方に接続され、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第２の端部は、第２の増幅器の第２の反転入力と、第２のダミー・スイッチの第２の端部との両方に接続される。

他の例において、デバイスは、第１の非反転入力、第１の反転入力、および第一の出力を含む第１の増幅器であって、第１の増幅器の第１の非反転入力が第一の入力電圧端子と接続される、第１の増幅器と、第２の非反転入力、第２の反転入力、および第２の出力を含む第２の増幅器であって、第２の増幅器の第２の非反転入力が第２の入力電圧端子と接続される、第２の増幅器と、第３の非反転入力、第３の反転入力、および第３の出力を含む第３の増幅器であって、第３の増幅器の第３の出力が出力電圧端子に接続される、第３の増幅器とを含む。デバイスは更に、第１の抵抗器であって、第１の抵抗器の第１の端部が第１の増幅器の第１の出力に接続され、第１の抵抗器の第２の端部が第１のダミー・スイッチの第１の端部に接続される、第１の抵抗器と、第２の抵抗器であって、第２の抵抗器の第１の端部が第２の増幅器の第２の出力に接続され、第２の抵抗器の第２の端部が第２のダミー・スイッチの第１の端部に接続される、第２の抵抗器と、第３の抵抗器であって、第３の抵抗器の第１の端部がまた第１の増幅器の第１の出力端に接続され、第３の抵抗器の第２の端部が第３の増幅器の第３の反転入力に接続される、第３の抵抗器とを含む。デバイスはまた、第４の抵抗器であって、第４の抵抗器の第１の端部が第２の増幅器の第２の出力に接続され、第４の抵抗器の第２の端部が第３の増幅器の第３の非反転入力に接続される、第４の抵抗器と、第５の抵抗器であって、第５の抵抗器の第１の端部が第３の増幅器の第３の反転入力に接続され、第５の抵抗器の第２の端部が第３の増幅器の第３の出力に接続される、第５の抵抗器と、第６の抵抗器であって、第６の抵抗器の第１の端部が第３の増幅器の第３の非反転入力に接続され、第６の抵抗器の第２の端部が接地に接続される、第６の抵抗器と、入力を受け取り、受け取った入力に少なくとも部分的に基づいて抵抗素子の抵抗値を調節するように動作するプログラマブル抵抗ゲイン・エレメントであって、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第１の端部が第１の増幅器の第１の反転入力と第１のダミー・スイッチの第２の端部との両方に接続し、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第２の端部が第２の増幅器の第２の反転入力と第２のダミー・スイッチの第２の端部との両方に接続される、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントとを含む。

他の例において、集積回路は更に、非反転入力、反転入力、および出力を含む第１の増幅器であって、非反転入力が第１の入力電圧端子と接続される、第１の増幅器と、非反転入力、反転入力、および出力を含む第２の増幅器であって、非反転入力が第２の入力電圧端子と接続される、第２の増幅器と、非反転入力、反転入力、および出力を含む第３の増幅器であって、出力が出力電圧端子に接続される、第３の増幅器とを含む。集積回路は、第１の抵抗器であって、第１の抵抗器の第１の端部が第１の増幅器の出力に接続され、第１の抵抗器の第２の端部が第１のダミー・スイッチの第１の端部に接続される、第１の抵抗器と、第２の抵抗器であって、第２の抵抗器の第１の端部が第２の増幅器の出力に接続され、第２の抵抗器の第２の端部が第２のダミー・スイッチの第１の端部に接続される、第２の抵抗器と、第３の抵抗器であって、第３の抵抗器の第１の端部がまた第１の増幅器の出力に接続され、第３の抵抗器の第２の端部が第３の増幅器の反転入力に接続される、第３の抵抗器とを含む。集積回路はまた、第４の抵抗器であって、第４の抵抗器の第１の端部が第２の増幅器の出力に接続され、第４の抵抗器の第２の端部が第３の増幅器の非反転入力に接続される、第４の抵抗器と、第５の抵抗器であって、第５の抵抗器の第１の端部が第３の増幅器の反転入力に接続され、第５の抵抗器の第２の端部が第３の増幅器の出力に接続される、第５の抵抗器と、第６の抵抗器であって、第６の抵抗器の第１の端部が第３の増幅器の非反転端に接続され、第６の抵抗器の第２の端部が接地に接続される、第６の抵抗器と、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントであって、入力を受け取り、受け取った入力に少なくとも部分的に基いてプログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの抵抗値を調節するように動作するものであり、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第１の端部が第１の増幅器の第１の反転入力と第１のダミー・スイッチの第２の端部との両方に接続され、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第２の端部が第２の増幅器の第２の反転入力と第２のダミー・スイッチの第２の端部との両方に接続される、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントとを含む。

一以上の例の詳細は、添付の図面および下記の説明に記載される。他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、そして、特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

図１は、本開示の一以上の態様に従った、プログラマブル利得増幅器の一例を示す回路図である。図２は、本開示の一以上の態様に従った、プログラマブル利得増幅器の一例を示す回路図である。図３は、本開示の一以上の態様に従った、プログラマブル利得増幅器の一例を示す回路図である。

従来の計装用増幅器のゲインは、計装用増幅器のコンポーネント間の抵抗値の比率に対応する設定値とされ得る。計装用増幅器の例には、調節可能またはプログラマブルのゲイン計装用増幅器を含めることができる。いくつかの例において、これらの計装用増幅器は、モノリシック集積回路の形である。他の例において、一以上の外部コンポーネントが使われ得る。例えば、調節可能利得計装用増幅器の場合、ゲインの調節は、一般には、外部コンポーネント（例えば、抵抗器）を用いて行うことができる。一旦抵抗器が設置されると、計装用増幅器のゲインは固定され、ゲインを更に調整することを困難および／または実効不可能にする。加えて、正確なゲインを達成することは、一対の抵抗器が可能なかぎり同一に近い抵抗特性（例えば、温度係数）を有するように一致させることを条件とする。温度係数は、動作温度に基づいて抵抗および／またはコンダクタンスがどのように変化するかを記述するために用いる値であり得る。例えば、同じまたは同程度の温度係数を有する２つの抵抗素子は、高い温度にさらされたときに、抵抗値の同じまたは同程度の増加を経験し得る。温度係数や入力信号電圧の変化などのような異なる抵抗特性は、出力電圧におけるゲイン・ドリフト、歪み、および／または非線形性を生じさせ得る。

プログラマブル・ゲイン、モノリシック計装用増幅器は、例えば、デジタル（例えば、ロジック）制御によってプログラムされるゲインを提供する。デジタル論理は、複数の「オンチップ」ゲイン設定抵抗器の１つを適用するために用いる。調節可能な計装用増幅器と比較すると、外部コンポーネントに依存しないプログラマブル・ゲイン計装用増幅器は、高精度のゲイン設定用抵抗値を必要とせずに、より良いゲイン精度（例えば、より正確なゲイン値、より低いゲイン・ドリフト）を達成することができる。しかしながら、プログラマブル・ゲイン計装用増幅器は、使用きるゲイン設定の数が制限され得る。すなわち、アプリケーションが多種多様なゲイン値を必要とするときに、多数のゲイン設定を加えることは、禁止され得、更には、不可能であり得る。ゲイン設定上の制限は、オンチップで実装される抵抗およびスイッチの回路網の実際的な制限に起因し得る。加えて、スイッチ自体の抵抗特性（例えば、温度係数、電圧係数）は、スイッチ自体が抵抗素子として作用し得るので、計装用増幅器のゲインおよび線形性に影響を及ぼし得る。例えば、計装用増幅器のエレメントの抵抗は、増幅器が動作しているときの温度に応じて変化し得る。かかる可変性は、ディファレンシャル・ゲインを変えることによって、出力電圧を効果的に変調することができる。他の例としては、スイッチのオン抵抗などのような、いくつかのエレメントの抵抗は、さまざまな動作電圧（例えば、ゲート電圧および／または入力信号電圧）による影響を受け得る。幾つかの例では、オン抵抗値を変えることは、抵抗比を変えることになり得、かくして計装用増幅器のゲインを変えることになり得る。すなわち、動作条件（熱または寒さなど）が変化する間、または動作パラメータが変化する（入力信号電圧が変化するなど）間に、スイッチは、増幅器のゲインを不必要に増加または減少させ得る。温度変動および／または入力信号電圧の結果としての増幅器のゲインのかかる変化は、一般にゲイン・ドリフトと呼ばれる。

本開示の態様は、正確なゲイン設定に関して外部コンポーネントに依存せず、微細なゲイン調節制御（例えば、１２８のゲイン設定を超える）を維持する、デジタル的にプログラム可能なプログラマブル・ゲイン計装用増幅器を提供することができる。このようにして、本開示の態様は、外部コンポーネントに依存するゲイン値を有するアンプと比較して、正確なゲイン制御および低いゲイン・ドリフトを有する増幅器を提供できる。すなわち、本開示の態様は、温度や入力信号電圧などのような動作条件の変化に対して非常に強い正確な増幅を提供できる。本開示の一以上の技術を利用する装置は、温度および入力信号電圧についてのゲイン追跡を改善することができ、外部コンポーネントを必要としなくてもよい。

図１は、本開示の一以上の態様に従った、プログラマブル利得増幅器の一例を示す回路図である。図１の回路図は、計装用増幅器１０を含む。いくつかの例において、本開示の一以上の技術は、正確な抵抗比が用いられ得る他の増幅回路または状況、例えば、１つの演算増幅器および２つの抵抗素子を有する反転用および非反転用の増幅回路において、実装することができる。図１の例において、計装用増幅器１０のすべてのエレメントは、モノリシック集積回路内に実装される。計装用増幅器１０は、接続ポイント１２および接続ポイント１４で、それぞれ、入力電圧Ｖ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２を受け取るように動作する。計装用増幅器１０は、入力電圧値間（例えば、Ｖ_ＩＮ２−Ｖ_ＩＮ１）の差を増幅し、増幅された電圧Ｖ_ＯＵＴを接続ポイント１６で出力することができる。

計装用増幅器１０は、図１に示すように、演算増幅器（オペアンプ）１８、２０、および２２を含む。演算増幅器１８、２０、および２２の各々は、差動入力および少なくとも一つの出力を有するＤＣ結合された高利得電圧増幅器とすることができる。すなわち、演算増幅器１８、２０、および２２は、差動電圧増幅を提供できる。いくつかの例において、演算増幅器は、非反転入力、反転入力、および非反転出力を含むことができる。例示の演算増幅器は、一般に、差動増幅器、電圧増幅器、および出力増幅器を含むことができる。演算増幅器は、電源電圧のための入力を含むこともできる。いくつかの例において、演算増幅器は、より多くのまたはより少ない入力または出力を含むことができる。

図１の例において、演算増幅器１８は、非反転入力２４、反転入力２６、および非反転出力２８を含む。演算増幅器１８はまた、供給入力８０および８２を含む。演算増幅器１８の非反転入力２４は、接続ポイント１２に接続し、第１の入力電圧Ｖ_ＩＮ１を受け取ることができる。演算増幅器１８の非反転出力２８は、抵抗Ｒ_１を持つ第１の抵抗器３０の第１端部と、抵抗Ｒ_２を持つ第３の抵抗器３４の第１端部との双方に接続している。演算増幅器１８の反転入力２６は、第１の抵抗器３０の他端に接続される。供給入力８０はＶ＋に接続され、供給入力８２はＶＳＳに接続される。Ｖ＋およびＶＳＳは、計装用増幅器１０に対する電源接続ポイントである。Ｖ＋は、増幅器の特定の応用（例えば、一般には、接地に対して＋２ボルトから＋３０ボルトの範囲またはそれを超える）に応じた、いかなる値でもあってもよい。同様に、ＶＳＳは、増幅器の応用（例えば、一般には、接地に対して０ボルトから−３０ボルトの範囲またはそれを超える）に応じた、いかなる値であってもよい。

演算増幅器２０は、図１の例に示すように、非反転入力４２、反転入力４４、および非反転出力４６を含む。演算増幅器２０はまた、供給入力８４および８６を含む。演算増幅器２０の非反転入力４２は、接続ポイント１４に接続され、第２の入力電圧Ｖ_ＩＮ２を受け取ることができる。演算増幅器２０の非反転出力４６は、抵抗Ｒ_１を有する第２の抵抗器３２の第１端部と、抵抗Ｒ_２を有する第４の抵抗器３６の第１端部との双方に接続される。演算増幅器２０の反転入力４４は、第２の抵抗器３２の他端に接続される。供給入力８４はＶ＋に接続され、供給入力８６はＶＳＳに接続される。

図１の例において、演算増幅器２２は、非反転入力５２、反転入力５４、および非反転出力５６を含む。演算増幅器２２はまた、供給入力８８および９０を含む。演算増幅器２２の非反転入力５２は、第４の抵抗器３６の第２端部と、抵抗Ｒ_３を有する第６の抵抗器４０の第１端部とに接続される。図１の例において、第６の抵抗器４０の第２端部は、接地（図１では「ＧＮＤ」と示される）に接続される。他の例において、第６の抵抗器４０の第２端部は、基準電圧に接続することができる。第６の抵抗器４０の第２端部を基準電圧に接続することにより、Ｖ_ＯＵＴを基準電圧の大きさによりオフセットできる。かかるオフセットは、計装用増幅器１０が単一供給システムで動作しており、Ｖ_ＯＵＴが接地より下にスイングできないときなどのような、さまざまな例において有益であり得る。演算増幅器２２の反転入力５４は、第３の抵抗器３４の第２端部と、抵抗Ｒ_３を持つ第５の抵抗器３８の第１端部とに接続される。演算増幅器２２の非反転出力５６は、第５の抵抗器３８の第２端部と接続ポイント１６との両方に接続される。すなわち、演算増幅器２２の非反転出力５６は、入力Ｖ_ＩＮ１とＶ_ＩＮ２との間の電圧差と比例する増幅出力電圧Ｖ_ＯＵＴを提供することができる。供給入力８８はＶ＋に接続され、供給入力９０はＶＳＳに接続される。いくつかの例において、供給入力８０、８４、および８８は同じＶ＋に接続され、供給入力８２、８６、及び９０は同じＶＳＳに接続され得る。すなわち、演算増幅器１８、２０、および２２は、電源を共有することができる。他の例において、演算増幅器１８、２０、および２２の各々は、別々の電源によって電力を供給されることができる。

また、計装用増幅器１０は、図１の例に示すように、抵抗素子５０も含む。第１の抵抗器３０の第２端部は抵抗素子５０の第１端部に接続し、抵抗素子５０の第２端部は抵抗器３２の第２端部に接続する。抵抗素子５０は、プログラム可能な抵抗値Ｒ_ＧＡＩＮを有することができる。図１に示すように、計装用増幅器１０のディファレンシャル・モード・ゲインは、かくして下の式２により定義される。

すなわち、計装用増幅器１０の全体の利得（Ｖ_ＯＵＴ／（Ｖ_ＩＮ２−Ｖ_ＩＮ１））は、第１のゲイン・ステージ（１＋（２Ｒ_１／Ｒ_ＧＡＩＮ）および第２のゲイン・ステージ（Ｒ_３／Ｒ_２）を含むことができる。増幅器１０の第１のゲイン・ステージに関して記載したが、本開示の一以上の態様は、第２のゲイン・ステージに（例えば、第３の抵抗器３４および／または第４の抵抗器３６を抵抗素子５０の例と置き換えることによって）追加として、また、代替例において、容易に適用できる。抵抗素子５０はまた、他の例におけるさまざまな他の増幅回路のゲインを決定するために用いることもできる。

抵抗素子５０を、一以上のオンチップのモノリシック抵抗器として実装することによって、計装用増幅器１０のゲイン精度は、部分的に外部コンポーネントに基づくゲイン値を有する増幅器と比較して、本質的に高くなり得る。加えて、温度係数、電圧係数または他の特性などのような抵抗素子５０の抵抗特性は、他のオンチップ抵抗器（例えば、第１の抵抗器３０および第２の抵抗器３２）の抵抗特性を密接に追跡でき、例えば摂氏−５５度ないし＋３００度またはこれを超えるような動作温度および入力信号の広い範囲にわたって、正確な比率の一致および極めて低いゲイン・ドリフト（例えば、一以上の外部コンポーネントを用いる増幅器と比較して）をもたらす。Ｒ_ＧＡＩＮの値を変える（例えば、プログラム可能なロジックを用いる）ことによって、抵抗素子５０は、計装用増幅器１０の第１ステージに関してのゲイン値を定めることができ、従って、計装用増幅器１０の全体に関してのゲイン値を定めることができる。抵抗素子５０の更なる詳細は、図２および３を参照して以下で説明する。

図２は、本開示の一以上の態様に従った、プログラマブル利得増幅器１００の一例を示す回路図である。いくつかの例において、増幅器１００は、図１に例示した増幅器１０と類似であり得る。すなわち、図２に示すように、増幅器１００は、演算増幅器１１８、１２０および１２２、ならびに第１の抵抗器１３０、第２の抵抗器１３２、第３の抵抗器１３４、第４の抵抗器１３６、第５の抵抗器１３８および第６の抵抗器１４０などのようなコンポーネントを含むことができる。他の例において、増幅器１００は、より多くの又はより少ないコンポーネントを含むことができる。

増幅器１００は、図２の例において、抵抗素子１５０を含む。抵抗素子１５０は、ゲイン抵抗器１６０Ａ−１６０Ｈ（集合的に「ゲイン抵抗器１６０」）と、ゲイン・スイッチ１６２Ａ−１６２Ｈ（集合的に「ゲイン・スイッチ１６２」）とを含む。ゲイン抵抗器１６０およびゲイン・スイッチ１６２の各々は、第１端部および第２端部を含む。それぞれのゲイン抵抗器１６０の第１端部は、第１の抵抗器１３０の第２端部と、演算増幅器１１８の反転入力１２６とに接続される。それぞれのゲイン抵抗器１６０の第２端部は、それぞれのゲイン・スイッチ１６２の第１端部に接続される。例えば、ゲイン抵抗器１６０Ａの第２端部はゲイン・スイッチ１６２Ａの第１端部に接続され、ゲイン抵抗器１６０Ｂの第２端部はゲイン・スイッチ１２６Ｂの第１端部に接続され、以下同様である。それぞれのゲイン・スイッチ１６２の第２端部は、第２の抵抗器１３２の第２端部と、演算増幅器１２０の反転入力１４４とに接続される。すなわち、図２の例において、抵抗素子１５０は、直列にされた抵抗器とスイッチとのグループを並列にしたものとして構築される。他の例において、ゲイン抵抗器１６０およびゲイン・スイッチ１６２は、異なるアーキテクチャに構成されることができる。図２では、８つの並列にされた抵抗器／スイッチ・グループとして示されているが、抵抗素子１５０は、１６のグループ、４のグループなど、また、更には単一の抵抗器／スイッチ・グループなどのような、より多くのまたはより少ない抵抗器／スイッチ・グループを含むことができる。

いくつかの例において、ゲイン抵抗器１６０は、それぞれ、同じ抵抗値を有することができる。他の例において、ゲイン抵抗器１６０の１以上のものは、異なる抵抗値を有することができる。図２の例において、ゲイン抵抗器１６０の抵抗値は、バイナリ加重を与えられ得る。すなわち、ゲイン抵抗器の抵抗値は、以前のゲイン抵抗器のものの２倍とすることができる。例えば、ゲイン抵抗器１６０Ａは、Ｒ_ＧＡＩＮという抵抗値を有することができる。ゲイン抵抗器１６０Ｂは、ゲイン抵抗器１６０Ａの抵抗値の２倍の抵抗値（例えば、２Ｒ_ＧＡＩＮ）を有することができ、ゲイン抵抗器１６０Ｃは、４Ｒ_ＧＡＩＮという抵抗値を有することができ、以下同様とすることができる。ゲイン抵抗器１６０の値をこのようなバイナリ様式で重み付けすることによって、抵抗素子１５０の全体のコンダクタンスは、ゲイン・スイッチ１６２の特定の組み合わせを閉じることによって、いかなる数の値にも設定することができる。

ゲイン・スイッチ１６２の各々も、抵抗値を有し得る。たとえば、ゲイン・スイッチ１６２Ａは、閉じた（すなわちアクティブ）状態にあるとき、ゲイン・スイッチ１６２Ａの中を流れる電流に対して非ゼロの抵抗（Ｒ_Ｇ−ＯＮ）を呈し得る。ゲイン・スイッチ１６２はゲイン抵抗器１６０と直列であるので、抵抗素子１５０の全体の抵抗値は、閉じられた（すなわち、アクティブにされた）ゲイン・スイッチ１６２の抵抗を、そのそれぞれに対するゲイン抵抗器１６０の抵抗に加えることにより決定することができる。従って、ゲイン・スイッチ１６２の抵抗値は、増幅器１００の入力段のゲイン値に影響を及ぼし得る。例えば、ゲイン・スイッチ１６２Ａだけが閉じられたとき、増幅器１００の入力段第１ステージのゲインは、（１＋（２Ｒ_１／（Ｒ_ＧＡＩＮ＋Ｒ_Ｇ−ＯＮ）））となり得る。

いくつかの例において、ゲイン・スイッチ１６２を非常に大きくすること（例えば、各々が広いチャネルを有するようにすること）は、抵抗素子１５０の全体の抵抗に関して、ゲイン・スイッチ１６２の抵抗を無視できる程度にすることができる。すなわち、ゲイン抵抗器１６０と直列にされているにもかかわらず、ゲイン・スイッチ１６２が十分に大きいときには、ゲイン・スイッチ１６２は、増幅器１００の第１ステージのゲインに対して、意味を持つほどの影響を及ぼさないであろう。他の例において、ゲイン・スイッチ１６２のオン抵抗は、ゲイン抵抗器１６０の抵抗値を著しく増加させることによって（例えば、ゲイン・スイッチ１６２のオン抵抗よりもはるかに大きい値にすることにより）、無視できるようにすることができる。

ゲイン・スイッチ１６２は、いくつかの例において、入力を受け取るように、および受け取った入力に基づいて起動（例えば、スイッチを閉じる）または起動停止（例えば、スイッチを開く）するように動作するトランジスタとすることができる。例えば、ゲイン・スイッチ１６２のそれぞれは、電界効果トランジスタとすることができ、このトランジスタはそのゲートで電圧を受けるように動作する。ゲート電圧が十分に大きい場合、トランジスタは、電流がソース端子およびドレイン端子を通して自由に流れることを許可し、スイッチは「閉」または「オン」とみなされることができる。しかしながら、ゲート電圧が十分に大きくない場合または実際上はゼロである場合、トランジスタのインピーダンスは、電流がソース端子とドレイン端子との間で流れることを妨げ、スイッチは「開」または「オフ」とみなされることができる。他の例において、ゲイン・スイッチ１６２は、電流の流れをイネーブルまたはディスエーブルにするように動作する他のコンポーネントでもよい。いくつかの例において、ラッチなどのような追加の論理または他のコンポーネントによって、ゲイン・スイッチ１６２がバイナリの値を介してプログラムされるように、することができる。例えば、図２の例では、ゲイン・スイッチ１６２は、１バイト（例えば、８ビット）のデータの入力を介してプログラム可能とすることができる。

図２の例において、ゲイン抵抗器１６０および／またはゲイン・スイッチ１６２は、内部のオンチップ・コンポーネントとして実装される。すなわち、いくつかの例において、増幅器１００はモノリシック・デバイスとすることができる。抵抗素子１５０を、８つの切替えされる並列のバイナリ加重されるアレイとして編成することによって、抵抗素子１５０の抵抗値は、８つの入力（例えば、制御信号）だけを使用して、２５５の等しく加重されるインクリメントに設定することができる。換言すれば、可能な抵抗値の数は、含まれる各抵抗器／スイッチ・ペアを用いて２倍にされる。バイナリ・アレイは、特定の応用に関しての全抵抗器範囲および／またはマッチングにより課される実際的な制限までの、いかなる整数値も呈することができる。このようにして、本開示の技術は、多数の入力制御信号や多数のスイッチを必要とすることなく多数のゲイン値を可能とする用途の広いプログラマブル・ゲイン計装用増幅器を提供できる。

図３は、本開示の一以上の態様に従った、プログラマブル利得増幅器２００の他の例を示す回路図である。いくつかの例において、増幅器２００は、図１に例示される増幅器１０および／または図２に例示される増幅器１００と類似のものとすることができる。図３に示すように、増幅器２００は、演算増幅器２１８、２２０および２２２、ならびに第１の抵抗器２３０、第２の抵抗器２３２、第３の抵抗器２３４、第４の抵抗器２３６、第５の抵抗器２３８および／または第６の抵抗器２４０を含む。いくつかの例において、増幅器２００は、モノリシック・デバイスとして実装されることができる。従って、いくつかまたは全てのコンポーネントの抵抗値は、同じまたは類似の抵抗特性を有し得る。

増幅器２００はダミー・スイッチ２３１およびダミー・スイッチ２３３を含み、各々が第１の端部および第２の端部を有する。ダミー・スイッチ２３１の第１の端部は第１の抵抗器２３０の第２の端部に接続され、ダミー・スイッチ２３１の第２の端部は抵抗素子２５０の第１端部に接続される。ダミー・スイッチ２３３の第１の端部は第２の抵抗器２３２の第２の端部に接続され、ダミー・スイッチ２３３の第２の端部は抵抗素子２５０の第２の端部に接続される。すなわち、図３の例において、ダミー・スイッチ２３１および２３３は、上および下の入力段抵抗器と直列にされている。

図３の例において、増幅器２００は、抵抗素子２５０を含む。抵抗素子２５０はゲイン抵抗器２６０Ａ−２６０Ｈ（集合的に「ゲイン抵抗器２６０」）、第１のゲイン・スイッチ２６１Ａ−２６１Ｈ（集合的に「第１のゲイン・スイッチ２６１」）、及び第２のゲイン・スイッチ２６２Ａ−２６２Ｈ（集合的に「第２のゲイン・スイッチ２６２」）を含む。ゲイン抵抗器２６０、第１のゲイン・スイッチ２６１、および第２のゲイン・スイッチ２６２の各々は、第１端部および第２の端部を有する。それぞれの第１のゲイン・スイッチ２６１の第１端部は、ダミー・スイッチ２３１の第２の端部に、ならびに演算増幅器２１８の反転入力２２６に接続される。それぞれの第１のゲイン・スイッチ２６１の第２端部は、ゲイン抵抗器２６０のそれぞれのものの第１端部に接続される。それぞれのゲイン抵抗器２６０の第２端部は、第２のゲイン・スイッチ２６２のそれぞれのものの第２端部に接続される。例えば、第１のゲイン・スイッチ２６１Ａの第２端部はゲイン抵抗器２６０Ａの第１端部に接続され、ゲイン抵抗器２６０Ａの第２端部は第２のゲイン・スイッチ２６２Ａの第２端部に接続される。同様に、第１のゲイン・スイッチ２６１Ｂの第２端部はゲイン抵抗器２６０Ｂの第１端部に接続され、ゲイン抵抗器２６０Ｂの第２端部は第２のゲイン・スイッチ２６２Ｂの第２端部に接続され、以下同様である。

それぞれの第２のゲイン・スイッチ２６２の第１端部は、ダミー・スイッチ２３３の第２端部に、ならびに演算増幅器２２０の反転入力２４４に接続される。すなわち、図３の例では、抵抗素子２５０は、直列にされた第１のスイッチと抵抗器と第２のスイッチとのグループを並列にしたものとして構築される。図３では８つのスイッチ／抵抗器／スイッチのグループを並列にしたものとして示されているが、抵抗素子２５０は、１６のグループ、４のグループ、また、更には単一のスイッチ／抵抗器／スイッチのグループなどのような、より多くのまたは少ないスイッチ／抵抗器／スイッチのグループを含むことができる。

いくつかの例において、それぞれのゲイン抵抗器２６０は、同じ抵抗値を有することができる。他の例において、一以上のゲイン抵抗器２６０は、異なる抵抗値を有することができる。図３の例において、ゲイン抵抗器２６０の抵抗値は、バイナリ加重することができる。すなわち、ゲイン抵抗器の抵抗値は、前のゲイン抵抗器の２倍とすることができる。例えば、ゲイン抵抗器２６０Ａは、Ｒ_ＧＡＩＮという抵抗値を有することができる。ゲイン抵抗器２６０Ｂはゲイン抵抗器２６０Ａの２倍の大きさの抵抗値（例えば、２Ｒ_ＧＡＩＮ）を有することができ、ゲイン抵抗器２６０Ｃは４Ｒ_ＧＡＩＮという抵抗値を有することができ、以下同様である。このようなバイナリ様式でゲイン抵抗値２６０の値に重みをつけることによって、抵抗素子２５０の全体のコンダクタンスは、２^Ｎの等間隔コンダクタンス値のいずれかに設定されることができ、ここでのＮは抵抗素子２５０に含まれる並列の脚の数である。特定のコンダクタンスの値は、第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２の特定の組み合わせを閉じることによって設定される。

第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２は、入力に応答して電流の流れを許容または制限する能力のある電界効果トランジスタとすることができる。第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２の各々は、トランジスタのゲートで、入力として電圧を受け取ることができ、トランジスタは、ソース端子およびドレイン端子を通る電流の流れを許容または制限することができる。第１のゲイン・スイッチ２６１のそれぞれのもの、および第２のゲイン・スイッチ２６２のそれぞれのものは、同じ入力により制御される。例えば、第１のゲイン・スイッチ２６１Ａおよび第２のゲイン・スイッチ２６２Ａのゲートは同じゲート電圧を受け取り、それによって、第１のゲイン・スイッチ２６１Ａおよび第２のゲイン・スイッチ２６２Ａは、両方とも閉にされるか、または両方とも開にされる。

ダミー・スイッチ２３１および２３３は、第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２と類似の電界効果トランジスタとすることができる。
いくつかの例において、ダミー・スイッチ２３１および２３３は、永久に閉じた状態とすることができる。すなわち、ダミー・スイッチ２３１および２３３は、入力により制御されず、連続的にオンにされて電流が流れるようにしてもよい。他の例において、ダミー・スイッチ２３１および２３３は、第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２と似たように制御可能としてもよい。図３では抵抗器とダミー・スイッチとの単一の組み合わせとして示されているが、抵抗要素２７０および２７２のそれぞれは、抵抗器がＲ_１という値を有する第１の組み合わせおよび抵抗器が１０Ｒ_１という値を有する第２の組み合わせなどのような、並列に配された複数の組み合わせを含むことができる。抵抗要素２７０および２７２が複数の並列の抵抗器／ダミー・スイッチ組み合わせを含む場合、抵抗素子２７０および２７２の複数のダミー・スイッチは、プログラム可能とすることができ（例えば、電圧入力により制御される）、計装用増幅器がゲイン値範囲を更に大きくすることさえも可能にすることができる。何れの場合においても、オンのとき、ダミー・スイッチ２３１および２３３は、それぞれ、ダミー・スイッチ２３１および２３３の中を流れる電流に対して非ゼロの抵抗（Ｒ_{ＤＵＭＭＹ}）を呈し得る。Ｒ_{ＤＵＭＭＹ}は、ダミー・スイッチ２３１および２３３を実装するために用いるコンポーネントの特性（例えば、チャネル幅、コンポーネント・サイズ、または他の特性）により決定することができる。図３の例において、Ｒ_{ＤＵＭＭＹ}は、第１の抵抗器２３０および第２の抵抗器２３２の抵抗Ｒ_１と比例するものとしてもよい。

第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２は、オンのときに抵抗値を有し得る。第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２の各々の抵抗は、ゲイン抵抗器２６０のそれぞれのものと比例するものとすることができる。例えば、第１のゲイン・スイッチ２６１Ａおよび第２のゲイン・スイッチ２６２Ａは、それぞれ、ゲイン抵抗器２６０Ａの抵抗値Ｒ_ＧＡＩＮと比例するオン抵抗値Ｒ_Ｇ−ＯＮを有することができる。第１のゲイン・スイッチ２６１Ｂおよび第２のゲイン・スイッチ２６２Ｂは、ゲイン抵抗器２６０Ｂの抵抗値２Ｒ_ＧＡＩＮと比例するオン抵抗値２Ｒ_Ｇ−ＯＮを有することができる。第３の組み合わせは、第２の組み合わせのサイズの２倍のオン抵抗値を有することができ、以下同様である。換言すれば、第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２もまた、ゲイン抵抗器２６０のように、バイナリ加重されたオン・コンダクタンスを有することもできる。例えば、ダミー・スイッチ２３１および２３３が閉じられ、第１のゲイン・スイッチ２６１Ａおよび第２のゲイン・スイッチ２６２Ａが閉じられるとき、増幅器２００の全体の利得は下記の式３により記述することができる。

いくつかの例において、Ｒ_{ＤＵＭＭＹ}およびＲ_Ｇ−ＯＮは、それぞれ、Ｒ_１およびＲ_ＧＡＩＮに対して同じ比率とすることができる。例えば、各スイッチの抵抗は、関連する抵抗器の抵抗値の小さいパーセンテージ（例えば、１％、０．５％、または他の値）だけとすることができる。Ｒ_１に対する比率において、Ｒ_{ＤＵＭＭＹ}を、Ｒ_ＧＡＩＮに対するＲ_Ｇ−ＯＮの比率と類似にサイジングすることによって、本開示の態様は、Ｒ_１とＲ_ＧＡＩＮとの間の意図された抵抗比を維持することができ、Ｒ_{ＤＵＭＭＹ}およびＲ_Ｇ−ＯＮが、それぞれ、Ｒ_１およびＲ_ＧＡＩＮの一部として定義されるようにすることができる。従って、式３は低減されることができ、増幅器２００の全体の利得は下記の式４により記述されることができる。

図３の例において、ダミー・スイッチおよびゲイン・スイッチは、それぞれ、ほとんど同じである電圧係数および温度係数を有することができ、それぞれのスイッチ組み合わせに関するオン抵抗（例えば、Ｒ_{ＤＵＭＭＹ}およびＲ_Ｇ−ＯＮ）が、動作温度および電圧の広い範囲にわたって、共に追跡することを可能にする。例えば、ダミー・スイッチ２３１と各々のゲイン・スイッチ２６１とは、同じ動作電圧（例えば、各々のトランジスタのゲートでの同じゲート電圧）を有することができる。この、同じゲート電圧ということは、ダミー・スイッチ２３１および第１のゲイン・スイッチ２６１のそれぞれのオン抵抗が、増幅器入力信号Ｖ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２の変動で変化しているときに、互いに追跡を行い、かくして抵抗の比率性および安定したゲインを維持する、ということを意味する。同じように、ダミー・スイッチ２３３および第２のゲイン・スイッチ２６２も、同じゲート電圧を共有し、かくして抵抗の比率性を維持する。

加えて、ダミー・スイッチ２３１および第１のゲイン・スイッチ２６１は、一般に、ダミー・スイッチ２３３および第２のゲイン・スイッチ２６２とは異なる入力信号電圧で動作し得るが（例えば、計装用増幅器への入力信号電圧の差の性質による）、すべてのスイッチに対して適切なスケーリング・ファクタを印加すると、いかなる食い違いも低減することまたは除去することができる。すなわち、ゲイン抵抗器２６０の両側のスイッチのオン抵抗は、動的入力信号（例えば、Ｖ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２で受け取られる入力）によって変動することがあり、従って左右で僅かに異なり得るが、増幅器２００のゲインは、スイッチのオン抵抗から効果的に独立している。これにより、温度の広い範囲にわたって、および入力信号電圧の広いスイングにわたって、ゲインの精度および安定性を得ることができる。式４は、なおも保持される。

本開示の一以上の態様に従うと、抵抗素子２５０内に第１のゲイン・スイッチ２６１および第２のゲイン・スイッチ２６２を含めることは、増幅器２００が多数のゲイン値を提供することを可能にすることができる。第１の抵抗器２３０および第２の抵抗器２３２と直列にダミー・スイッチ２３１および２３３をそれぞれ配置することによって、ここで説明される技術は、抵抗素子２７０および２７２を備えることができる。抵抗素子２７０および２７２のそれぞれが抵抗素子２５０のエレメントと類似のエレメント（例えば、類似のスイッチおよび抵抗器）を有するので、抵抗特性は同じまたは類似であり得る。従って、抵抗素子２７０および２７２は、広範囲の入力信号電圧および温度条件にわたって抵抗素子２５０に適合することおよび／または抵抗素子２５０を追跡することができる。従って、ダミー・スイッチ２３１および２３２を含めることは、第１のゲイン・ステージで何れかのミスマッチが生じることを回避させることができる。

本開示の技術は、第１の非反転入力、第１の反転入力、および第１の出力を含む第１の増幅器であって、第１の増幅器の第１の非反転入力が第１入力電圧端子に接続される、第１の増幅器と、第１の抵抗器および第１のダミー・スイッチを含む第１の抵抗素子であって、第１の抵抗素子の第１端部が第１の増幅器の第１の出力に接続され、第１の抵抗素子の第２端部が第１の増幅器の第１の反転入力に接続される、第１の抵抗素子とを含む装置を提供することができる。装置は更に、第２の非反転入力、第２の反転入力、および第２の出力を含む第２の増幅器であって、第２の増幅器の第２の非反転入力が第２の入力電圧端子に接続される、第２の増幅器と、第２の抵抗器および第２のダミー・スイッチを含む第２の抵抗素子であって、第２の抵抗素子の第１端部が第２の増幅器の第２の出力に接続され、第２の抵抗素子の第２の端部が第２の増幅器の第２の反転入力に接続される、第２の抵抗素子とを含む。最後に、装置はまた、制御入力を受け取るように動作するプログラマブル抵抗ゲイン・エレメントを含むこともでき、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの抵抗値は、受け取った制御入力に少なくとも部分的に基づくものであり、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第１の端部は、第１の増幅器の第１の反転入力と、第１のダミー・スイッチの第２の端部との双方に接続され、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第２の端部は、第２の増幅器の第２の反転入力と、第２のダミー・スイッチの第２の端部との双方に接続される。

いくつかの例において、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの抵抗値と比較すると、第１および第２の抵抗素子の抵抗値は、摂氏−５５度から摂氏３００度にわたる動作温度または他の温度に関係なく、指定された比率を維持する。いくつかの例において、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントは一以上のゲイン抵抗器と、それぞれのゲイン・スイッチとを含む。いくつかの例において、それぞれのゲイン・スイッチは、それぞれの第１のゲイン・スイッチであり、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントは、それぞれの第２のゲイン・スイッチを更に含み、第１の抵抗素子の第１端部は、第１の抵抗器の第１端部を含み、第１の抵抗器の第２端部は、第１のダミー・スイッチの第１端部に接続され、第１の抵抗素子の第２端部は、第１のダミー・スイッチの第２端部を含み、第２の抵抗素子の第１端部は、第２の抵抗器の第１端部を含み、第２の抵抗器の第２端部は、第２のダミー・スイッチの第１端部に接続され、第２の抵抗素子の第２端部は、第２のダミー・スイッチの第２端部を含み、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第１端部は、それぞれの第１のゲイン・スイッチの各々のものの集団的な第１端部を含み、それぞれの第１のゲイン・スイッチの各々のものの第２端部は、一以上のゲイン抵抗器のそれぞれのものの第１端部に接続され、一以上のゲイン抵抗器の各々のものの第２端部は、それぞれの第２のゲイン・スイッチの第２端部に接続され、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第２端部は、それぞれの第２のゲイン・スイッチの各々のものの集団的な第１端部を含む。

いくつかの例において、一以上のゲイン抵抗器は複数のバイナリ加重されるゲイン抵抗器を含み、複数のバイナリ加重されるゲイン抵抗器におけるそれぞれの後続するゲイン抵抗器が、複数のバイナリ加重されるゲイン抵抗器における前のゲイン抵抗器の抵抗値の２倍に等しい抵抗値を有する。いくつかの例において、それぞれの第１のゲイン・スイッチは、複数のバイナリ加重される第１のゲイン・スイッチを含み、複数のバイナリ加重される第１のゲイン・スイッチにおけるそれぞれの後続する第１のゲイン・スイッチが、複数のバイナリ加重される第１のゲイン・スイッチにおける前の第１のゲイン・スイッチのオン抵抗値の２倍に等しいオン抵抗値を有し、それぞれの第２のゲイン・スイッチは、複数のバイナリ加重される第２のゲイン・スイッチを含み、複数のバイナリ加重される第２のゲイン・スイッチにおけるそれぞれの後続する第２のゲイン・スイッチは、複数のバイナリ加重される第２のゲイン・スイッチにおける前の第２のゲイン・スイッチのオン抵抗値の２倍のオン抵抗値に等しいオン抵抗値を有する。

いくつかの例において、第１の抵抗素子は、複数の第１の抵抗器および複数の第１のダミー・スイッチを更に含み、第１の抵抗器は、複数の第１の抵抗器の一つであり、第１のダミー・スイッチは、複数の第１のダミー・スイッチの一つであり、第２の抵抗素子は、複数の第２の抵抗器および複数の第２のダミー・スイッチを更に含み、第２の抵抗器は、複数の第２の抵抗器の１つであり、第２のダミー・スイッチは、複数の第２のダミー・スイッチの１つであり、第１の抵抗素子の第１端部は、複数の第１の抵抗器の各々のものの集団的な第１の端部を更に含み、複数の第１の抵抗器の各々のものの第２の端部は、複数の第１のダミー・スイッチのそれぞれのものの第１の端部に接続され、第１の抵抗素子の第２の端部は、複数の第１のダミー・スイッチの各々のものの集団的な第２の端部を更に含み、第２の抵抗素子の第１の端部は、複数の第２の抵抗器の各々のものの集団的な第１の端部を更に含み、複数の第２の抵抗器の各々のものの第２の端部は、複数の第２のダミー・スイッチのそれぞれのものの第１の端部に接続され、第２の抵抗素子の第２の端部は、複数の第２のダミー・スイッチの各々のものの集団的な第２の端部を更に含む。

いくつかの例において、装置は、第３の非反転入力、第３の反転入力、および第３の出力を含む第３の増幅器であって、第３の増幅器の第３の出力が出力電圧端子に接続される、第３の増幅器と、第３の抵抗器であって、第３の抵抗器の第１端部が第１の増幅器の第１の出力に接続され、第３の抵抗器の第２端部が第３の増幅器の第３の反転入力に接続される、第３の抵抗器と、第４の抵抗器であって、第４の抵抗器の第１端部が第２の増幅器の第２の出力に接続され、第４の抵抗器の第２端部が第３の増幅器の第３の非反転入力に接続される、第４の抵抗器とを、更に含む。かかる例において、装置はまた、第５の抵抗器であって、第５の抵抗器の第１端部が第３の増幅器の第３の反転入力に接続され、第５の抵抗器の第２端部が第３の増幅器の第３の出力に接続される、第５の抵抗器と、第６の抵抗器であって、第６の抵抗器の第１端部が第３の増幅器の第３の非反転入力に接続され、第６の抵抗器の第２端部が接地またはリファレンス電圧源に接続される、第６の抵抗器とを、含むことができる。

いくつかの例において、制御入力は、一以上のバイナリ・ディジットを含み、それぞれのゲイン・スイッチは、１以上のバイナリ・ディジットのうちのバイナリ・ディジットを受け取り、バイナリ１を受け取ったことに応答してスイッチを閉じ、バイナリ０を受け取ったことに応答してスイッチを開くように、動作する。いくつかの例において、装置は、モノリシック集積回路として実装される。いくつかの例では、第１のダミー・スイッチ及び第２のダミー・スイッチは永久的にオン状態とされる。

ここに記載された技術は、薄膜やポリシリコンの抵抗器を組み込む集積回路プロセスなどのような、いかなる相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）プロセスでも実施することができる。一例として、ここで記載された一以上の技術に従って動作する集積回路は、高温シリコン・オン・インシュレーター・プロセスで実施することができる。

本開示で記載された回路コンポーネントは、別々のコンポーネントとして、一以上の集積されたデバイスとして、またはそれらの任意の組み合わせとして、インプリメントすることができる。ここで説明した回路コンポーネントは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）プロセス技術を含む多種多様なプロセス技術のいずれかを用いて製作できる。更に、ここで説明した回路は、電気通信での応用、汎用コンピューティングでの応有などを含むさまざまな応用で、用いることが可能である。
開示された技術を実施するように構成される装置およびコンポーネントの機能的な特徴を強調するために、さまざまな回路コンポーネント、モジュール、またはユニットをこの開示に記載したが、別々の回路コンポーネントによっての実現を必ずしも必要としていない。むしろ、さまざまなコンポーネントは、組み合わされるか、または相互動作する回路コンポーネントの集まりにより提供される。更に、ここで説明した各種のコンポーネントや装置の機能的な特徴は、より多くの又は他のタイプのコンポーネントにより実施されることができる。

さまざまな例を記載してきた。これらまたは他の例は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。

Claims

デバイスであって、
第１の非反転入力、第１の反転入力、および第１の出力を有する第１の増幅器であって、前記第１の増幅器の前記第１の非反転入力が第１の入力電圧端子に接続される、第１の増幅器と、
第１の抵抗器および第１のダミー・スイッチを有する第１の抵抗素子であって、前記第１の抵抗素子の第１の端部が前記第１の増幅器の前記第１の出力に接続され、前記第１の抵抗素子の第２の端部が前記第１の増幅器の前記第１の反転入力に接続される、第１の抵抗素子と、
第２の非反転入力、第２の反転入力、および第２の出力を有する第２の増幅器であって、前記第２の増幅器の前記第２の非反転入力が第２の入力電圧端子に接続される、第２の増幅器と、
第２の抵抗器および第２のダミー・スイッチを有する第２の抵抗素子であって、前記第２の抵抗素子の第１の端部が前記第２の増幅器の前記第２の出力に接続され、前記第２の抵抗素子の第２の端部が、前記第２の増幅器の前記第２の反転入力に接続される、第２の抵抗素子と、
制御入力を受け取るように動作するプログラマブル抵抗ゲイン・エレメントであって、前記プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの抵抗値は、受け取った前記制御入力に少なくとも部分的に基づくものであり、前記プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第１の端部は、前記第１の増幅器の前記第１の反転入力と、前記第１のダミー・スイッチの前記第２の端部との両方に接続され、前記プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの第２の端部は、前記第２の増幅器の前記第２の反転入力と、前記第２のダミー・スイッチの第２の端部との両方に接続される、プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントと
を含むデバイス。
請求項１に記載のデバイスであって、
それぞれの前記ゲイン・スイッチが、それぞれの第１のゲイン・スイッチであり、
前記プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントが、１以上のゲイン抵抗器と、それぞれの第１のゲイン・スイッチと、それぞれの第２のゲイン・スイッチとを含み、
前記第１の抵抗素子の前記第１の端部は、前記第１の抵抗器の第１端部を含み、前記第１の抵抗器の第２の端部は、前記第１のダミー・スイッチの第１の端部に接続され、前記第１の抵抗素子の前記第２の端部は、前記第１のダミー・スイッチの第２の端部を含み、
前記第２の抵抗素子の前記第１の端部は、前記第２の抵抗器の第１の端部を含み、前記第２の抵抗器の第２の端部は、前記第２のダミー・スイッチの第１の端部に接続され、前記第２の抵抗素子の前記第２の端部は、前記第２のダミー・スイッチの第２の端部を含み、
前記プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの前記第１の端部は、それぞれの前記第１のゲイン・スイッチの各々のものの集団的な第１の端部を含み、それぞれの前記第１のゲイン・スイッチの各々のものの第２の端部は、一以上の前記ゲイン抵抗器のそれぞれのものの第１の端部に接続され、一以上の前記ゲイン抵抗器の各々のものの第２の端部は、それぞれの前記第２のゲイン・スイッチの第２の端部に接続され、前記プログラマブル抵抗ゲイン・エレメントの前記第２の端部は、それぞれの前記第２のゲイン・スイッチの各々のものの集団的な第１の端部を含む、
デバイス。
請求項１に記載のデバイスであって、
第３の非反転入力、第３の反転入力、および第３の出力を含む第３の増幅器であって、前記第３の増幅器の前記第３の出力が出力電圧端子に接続される、第３の増幅器と、
第３の抵抗器であって、前記第３の抵抗器の第１の端部が前記第１の増幅器の前記第１の出力に接続され、前記第３の抵抗器の第２の端部が前記第３の増幅器の前記第３の反転入力に接続される、第３の抵抗器と、
第４の抵抗器であって、前記第４の抵抗器の第１の端部が前記第２の増幅器の前記第２の出力に接続され、前記第４の抵抗器の第２の端部が前記第３の増幅器の前記第３の非反転入力に接続される、第４の抵抗器と、
第５の抵抗器であって、前記第５の抵抗器の第１の端部が前記第３の増幅器の前記第３の反転入力に接続され、前記第５の抵抗器の第２の端部が前記第３の増幅器の前記第３の出力に接続される、第５の抵抗器と、
第６の抵抗器であって、前記第６の抵抗器の第１の端部が前記第３の増幅器の前記第３の非反転入力に接続され、前記第６の抵抗器の第２の端部が接地またはリファレンス電圧源に接続される、第６の抵抗器と
を更に含むデバイス。