JP2018522490A - 制御された利得ステップを有するプログラム可能な利得増幅器 - Google Patents

Abstract

リアルタイムで出力電力を動的に制御する、制御された利得ステップを有するプログラム可能な利得増幅器が与えられる。プログラム可能な利得増幅器は、第１トランジスタおよび第２トランジスタを有し、それぞれは、制御ポート、入力ポートおよび出力ポートを含む。プログラム可能な利得増幅器はまたトランジスタの出力ポートに接続されたレジスタを含む。また、少なくとも第３のトランジスタが、レジスタと並列に、出力ポートに接続される。第３のトランジスタに制御電圧を印加し、第１の制御ポートに入力電圧を印加したとき、第２の制御ポートは、第１の入力ポートおよび第２の入力ポートにおいて所望の出力を生成するべく、制御電圧によって選択的に修正される。

Description

本開示は、制御された利得ステップを有するプログラム可能な利得増幅器に関する。

電子回路において、プログラム可能な利得増幅器は外部デジタル信号または外部アナログ信号によって制御可能である出力信号に対する利得を有する電子増幅器である。プログラム可能な利得増幅器により実現される利得は、プロセスバリエーション、電圧変化、および／または温度変化により、所定の利得とは異なる。したがって、多くの動作条件にわたって、所定どおりに動作するプログラム可能な利得増幅器を設計することは困難である。

さまざまなバリエーションに対してプログラム可能な利得増幅器の利得を制御する外部デバイスは知られていないので、プログラム可能な利得増幅器が経験するバリエーションの知識なしで利得を制御する試みが為されなければならない。したがって、さまざまなバリエーションを補償する試みにおいて、プログラム可能な利得増幅器は、しばしば、できるだけ多くの可能なバリエーションにわたって満足に機能するように、オーバーデザインで設計されている。このオーバーデザインは、より小さい利得ステップおよびより大きい利得範囲のプログラム可能性を含む。また、このプログラム可能な利得増幅器のオーバーデザインは、より大きなコンポーネントおよび／または複数のコンポーネントを生じさせ、それは、複雑過ぎるデバイスならびにより大きいフットプリント（例えば、より大きいデバイス）に対応する増加した消費電力を有する。

プログラム可能な利得増幅器に関する態様は、第１制御ポート、第１入力ポート、および第１出力ポートを含む第１のトランジスタを有する。プログラム可能な利得増幅器はまた、第２の制御ポート、第２の入力ポート、および第２の出力ポートを含む第２のトランジスタを有する。さらに、第１出力ポートに接続された第１端と、第２出力ポートに接続された第２端を含むレジスタを有する。さらに、プログラム可能な利得増幅器は、レジスタに並列に、第１出力ポートおよび第２出力ポートに接続された第３のトランジスタを少なくとも有する。第３のトランジスタに制御電圧を印加し、第１制御ポートに入力電圧を印加すると、第２制御ポートが制御電圧により選択的に修正され、第１入力ポートおよび第２入力ポートに所望の出力を生成する。

集積回路に関連する他の態様は、増幅器入力において受信された入力信号に基づいて、増幅器出力において出力信号を生成するための増幅器を有する。増幅器は、第１の制御ポート、第１の入力ポート、および、第１の出力ポートを含む第１のトランジスタと、第２の制御ポート、第２入力ポート、および、第２の出力ポートを含む第２のトランジスタを有する。第１の制御ポートおよび第２の制御ポートは、増幅器入力および第１入力ポートを有し、第２入力ポートは、増幅器出力を含む。増幅器はまた、第１出力ポートおよび第２出力ポートに接続された第１のスイッチを有する。第１のスイッチに印加された制御電圧は、増幅器の出力を選択的に制御する。制御電圧は、スケーリングされたバージョンの増幅器として構成されたレプリカの増幅器を含むフィードバック回路によって供給される。フィードバック回路はまた、レプリカの増幅器の出力電圧と予め定められた出力電圧との差を表す電圧を判定するように構成された差動増幅器を有する。差動増幅器の出力は、制御電圧を有する。

他の態様は、入力信号を出力信号に処理する方法に関する。当該方法は、２つのトランジスタを通じて入力信号を受信することを有し、２つのトランジスタのそれぞれの入力ポートは、それぞれの負荷レジスタを通じて電圧源に接続されている。当該方法はまた、２つのトランジスタの出力ポートに接続された少なくともひとつのスイッチに制御電圧を印加することを有し、制御電圧は、フィードバック回路によって供給される。さらに、当該方法は、２つのトランジスタの入力ポートにおいて、出力信号を形成するよう、入力信号および制御電圧に基づいて、それぞれの負荷レジスタを通じて電流を流すことを含む。

図１は、プログラム可能な利得増幅器のブロック図を示す。 図２は、増分ステップを通じてプログラム可能な利得増幅器の利得を制御するフィードバックループを有する回路の略示図である。 図３は、プログラム可能な利得増幅器の略示図である。 図４は、プログラム可能な利得増幅器の実施形態の略示図である。 図５は、入力信号を増幅するための方法を例示したフローチャートである。 図６は、入力信号を増幅するための方法を例示したフローチャートである。 図７は、プログラム可能な利得増幅器の利得ステップを制御する方法を例示したフローチャートである。 図８は、プログラム可能な利得増幅器の利得ステップを制御する他の方法を例示したフローチャートである。 図９は、入力信号を出力信号に処理する方法を例示したフローチャートである。

増幅器デザインの効果を増加させるために、開示した態様は、複数の利得ステップを有する増幅器を与える。これらのステップの各々において増幅器の利得は、フィードバックループによって制御され、それは増幅器の減衰抵抗を動的に設定することができる。

ここで開示するように、プログラム可能な利得増幅器は、所定の利得が達成されるまで回路の測定および微調整を行うビルトインフィードバック回路を有する。この測定および微調整は、リアルタイムか、ほぼリアルタイムで達成される。また、測定および微調整は、内部で実行され、その結果、回路が経験する実際の変化が考慮される。したがって、開示する態様は、プログラム可能な利得増幅器のオーバーデザインの必要性を削減する。開示する態様はまた、プログラム可能な利得増幅器のサイズおよび複雑さを減少させることにより消費電力および面積を節約する。

図１は、プログラム可能な利得増幅器１００のブロック図を示す。ここに開示するプログラム可能な利得増幅器１００は、プロセスバリエーション、電圧バリエーション、温度バリーション、および／またはプログラム可能な利得増幅器が経験する他のバリエーションに無関係に、後段の回路が信号の同じ振幅を見るよう、正しい量だけ受信信号を増幅するように構成されている。

プログラム可能な利得増幅器１００は、離散的コンポーネントを使って実行可能である。ある態様において、プログラム可能な利得増幅器１００は、集積回路内に実装される。他の態様において、プログラム可能な利得増幅器１００は、単一の製造技術または製造技術の組みあわせにしたがって形成された集積回路および離散的コンポーネントの任意の組みあわせとともに実装されてもよい。

プログラム可能な利得増幅器１００は、増幅器入力１０２を通じて受信した入力信号を増幅し、増幅器出力１０４において出力信号を生成する。増幅器入力１０２は、Ｖ_ｉｎ＋ポート１０６およびＶ_ｉｎ−ポート１０８を有する。増幅器出力１０８は、Ｖ_ｏｕｔ＋ポート１１０およびＶ_ｏｕｔ−ポート１１２を有する。

プログラム可能な利得増幅器１００は、第１トランジスタ１１４および第２トランジスタ１１６を有する。第１トランジスタ１１４は、入力ポート１１８、出力ポート１２０、および、制御ポート１２２を有する。第２トランジスタ１１６は、入力ポート１２４、出力ポート１２６、および制御ポート１２８を有する。

入力ポート１１８および１２４は、それぞれの負荷レジスタ１３０および１３２を通じて、電圧源Ｖ_ＤＤに接続されている。出力ポート１２０および１２６は、制御電圧Ｖ_ｃｔｒｌに接続されている。制御電圧Ｖ_ｃｔｒｌはプログラム可能な利得増幅器を有する回路によって生成され、それは、プログラム可能な利得増幅器１００のスケーリングされたレプリカである。制御電圧Ｖ_ｃｔｒｌを生成する回路はまた、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力電圧と、所望の出力電圧との差を判定するように構成された差動増幅器を有する。それぞれの差の値は、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器へフィードバック（例えば、フィードバック回路またはフィードバックループを介して）され、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器の入力電圧に対する増分調節が適応される。

例えば、差の代表値がレプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力が低すぎることを示す場合、レプリカのプログラム可能な利得増幅器の入力電圧が少なくとも一回の反復の間に増分単位だけ増分される。他の例において、差の代表値がレプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力が高すぎることを示す場合、レプリカのプログラム可能な利得増幅器の入力電圧は、少なくとも一回の反復の間に、減分単位だけ減分される。増分および減分単位は、入力電圧値の増加および／または減少であってよく、入力電圧はレプリカのプログラム可能な利得増幅器に対して適切にスケーリングされる。また、増分および減分単位は、同じ単位（例えば、ボルト）であってよいが、ある実施例に従い、増分および減分単位は異なる単位であってよい。

スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力が所望の値とほぼ同じであると判定されるまで、増分調節は、多くの反復中のステップで適用される。フィードバック（例えば、フィードバックループ）に関連するさらなる情報は図２を参照して以下に与えられる。

インピーダンスエレメント１３４が、出力ポート１２０および１２６の間に接続される。実施形態に従い、インピーダンスエレメント１３４は、レジスタであってよいが、他のタイプのインピーダンスエレメントが開示した態様において使用可能である。また、第３トランジスタ１３６は、インピーダンスエレメント１３４と並列に、出力ポート１２０および１２６の間に接続されている。いくつかの実施形態にしたがい、さらなるトランジスタ（例えば、第４トランジスタ、第５トランジスタ等）が出力ポート１２０および１２６の間に接続されてもよい。第３および他のトランジスタは、出力電圧を選択的に調整するために、複数の利得ステップを与えるように構成されている。また、内部のフィードバックループに関する情報は、以下で説明される。

ある態様において、インピーダンスエレメント１３４は、２つの出力ポート１２０および１２６の間に接続されていない。例えば、ＭＯＳ（金属酸化物半導体）スイッチのようなスイッチを使ってソース減衰が達成可能である。ソース減衰は、増幅器をより制御しかつ線形にすることを意図した増幅器の利得の慎重な削減である。

プログラム可能な利得増幅器１００の動作中、増幅器入力１０２での電圧レベルに従い、第１トランジスタ１１４および第２トランジスタ１１６を通じて電流が流れる。また、負荷レジスタ１３０および１３２を通じて電流が流れ、出力信号が増幅器出力１０４において生成される。

ここに開示するさまざまな態様のプログラム可能な利得増幅器は、集積回路内の電界効果トランジスタとともに実装されるように図示され、かつ、説明されるが、開示する態様はこれに限定されないことに注意すべきである。替わりに、プログラム可能な利得増幅器は、他のタイプのトランジスタとともに実装されてもよい。例えば、実施形態として、ＣＭＯＳＦＥＴ（相補型ＭＯＳ電界効果トランジスタ）がトランジスタの例として説明されるが、開示する態様はこの実施形態に限定されない。替わりに、トランジスタは任意のタイプのトランジスタまたは半導体技術であってよい。

例示的実施形態に従い、第１トランジスタ１１４および第２トランジスタ１１６はＦＥＴであってよい。この実施形態において、入力ポート１１８および１２４は、ＦＥＴのそれぞれのドレインに対応し、出力ポート１２０および１２６はＦＥＴのそれぞれのゲートに対応し、制御ポート１２２およい１２８は、ＦＥＴのそれぞれのソースに対応する。

他の実施形態に従い、第１トランジスタ１１４および第２トランジスタ１１６は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であってもよい。この実施形態において、入力ポート１１８および１２４はＢＪＴのそれぞれのコレクタに対応し、出力ポート１２０および１２６は、ＢＪＴのそれぞれのベースに対応し、制御ポート１２２および１２８はＢＪＴのそれぞれのエミッタに対応する。

また、プログラム可能な利得増幅器は、さまざまな回路に対して使用されてもよい。ある実施形態に従い、２つ以上のプログラム可能な利得増幅器がより高い全体利得を有する増幅器を形成するべく接続される。

実施形態に従い、開示する態様は、プログラム可能な利得増幅器の一部としてデータ伝送チャネルの受信端において使用される。この実施形態におけるプログラム可能な利得増幅器の目的は、それが受信器に到達した時の信号振幅の大きさとは無関係に、受信器の後段が常に同じ信号振幅を見るように、伝送チャネルを渡ってくる信号を正しい量だけ増幅することである。

他の実施形態に従い、開示する態様は、ここで議論するようなフィードバックループによって、利得が正確に制御可能であるところの任意の汎用増幅器内で使用可能である。汎用増幅器は、アナログ回路のユビキタスコンポーネントであってよく、したがって、ここで説明する２つ以上のプログラム可能な利得増幅器が汎用増幅器を構成する回路内で利用されてよい。

図２は、増分ステップを通じてプログラム可能な利得増幅器の利得を制御するフィードバックループを有する回路２００の略示図である。プログラム可能な利得増幅器の利得を制御することは、減衰抵抗を所定の値に設定することを含む。しかし、この制御は、プログラム可能な利得増幅器の利得が減衰抵抗とは別の多くの他のファクタに依存するため、概して正確でない。また、多くのファクタの各々は、ワイドかつランダムなプロセス、電圧および／または温度変化を示す。

開示した態様はプログラム可能な利得増幅器のスケーリングされたレプリカ（正確にスケーリングしたレプリカである）を使用することにより、プログラム可能な利得増幅器の利得を正確に制御することができる。開示する態様はまた、レプリカのプログラム可能な利得増幅器の利得を所望または要求利得に直接設定してよい。また、レプリカのプログラム可能な利得増幅器に適用される設定に類似の設定が、オリジナルのプログラム可能な利得増幅器（例えば、図１のプログラム可能な利得増幅器１００）に適用される。ここで、“オリジナル”とは、制御されているスケーリングされていないプログラム可能な利得増幅器を指す。このようにして、開示する態様は、プログラム可能な利得増幅器の利得における、プロセス、電圧、および／または温度バリエーションに対応できる。

図２に示すように、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２は、オリジナルのプログラム可能な利得増幅器（例えば、図１のプログラム可能な利得増幅器１００）のスケーリングされたバーションからなる。レプリカのプログラム可能な利得増幅器は、オリジナルのプログラム可能な利得増幅器の任意のサイズにスケーリングされる。サイズは、デバイスおよび／または集積回路の全体のサイズにインパクを与えることなく十分に小さいと同時に、オリジナルのプログラム可能な利得増幅器が経験するバリエーションの正確なモデルを与えるように選択可能である。

レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２は、それぞれの入力ポートＶ_ｉｎ＋ポート２０６およびＶ_ｉｎ−ポート２０８において、直流（ＤＣ）入力電圧２０４（例えば、Ｖ_ｉｎ）を受信する。ＤＣ入力電圧２０４は、プログラム可能な利得増幅器の要求された利得で割り算した所定の電圧（例えば、デルタ電圧またはΔｖ）に等しい（Δｖ／利得）。

差動増幅器２０１もまた含まれる。差動増幅器は、差分信号を測定するように構成され、減算器と呼ばれる特定用途の増幅器である。例えば、差動増幅器２１０は、時間の特定のポイントにおいて出力電圧をサンプリングすることができる。実施形態に従い、差動増幅器２１０は、低周波数帯域（例えば、低電力）であるが、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の利得を所定の利得と等しくするように制御電圧Ｖ_ｃｔｒｌを調節する高利得増幅器である。

レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力は、差動増幅器２１０によって同様のＤＣ電圧（Δｖ）と比較される。また、差動増幅器２１０の入力ポート２１２および２１４は、それぞれの負荷レジスタ２１６、２１８を通じて電圧源（ＶＤＤ）に接続されている。入力ポート２１２および２１４はまた、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力を受信する。

ある例において、所定の電圧（Δｖ）は、１００ｍＶであってよい。また、プログラム可能な利得増幅器２０２の出力は、差動増幅器２１０によって１００ｍＶのＤＣ電圧と比較される。所定の電圧および比較電圧の他の値が開示した態様において使用されてもよく、１００ｍＶは例示の目的でのみ使用されていることに注意すべきである。

差動増幅器２１０の出力は、図１の第３のトランジスタ１３６のような、実際のプログラム可能な利得増幅器（例えば、プログラム可能な利得増幅器１００）に供給される。差動増幅器２１０の出力は、フィードバックループ２２０を通じてレプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２にも供給される。

差動増幅器２１０により判定される際、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力が所望の出力と一致しない場合、増分ステップ（例えば、増分単位、減分単位）においてレプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の入力電圧に対して調節が行われる。

例えば、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力が所望の値より低い場合には、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２への入力電圧が最初の反復中に最初の増分値だけ（例えば、増分単位）増加される。実施形態に従い、最初の反復は、最初の時間単位である。入力電圧が増加した後、差動増幅器２１０は、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の新しい出力値を所望の値と比較する。出力値がまだ低すぎる場合、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２への入力電圧は、第２の反復の間に第２の増分値だけ上方修正される。このプロセスは、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力が所望の出力とほぼ同じになるまで、繰り返される。

一例において、第２の増分値は、最初の増分値の２倍である。他の例において、第３の増分値は、第２の増分値と最初の増分値との和である。この例を続けると、第４の増分値は、第３の増分値と最初の増分値との和である。例えば、最初の増分値は０．１ボルトであり、第２の増分値は０．２ボルトであり、第３の増分値は０．３ボルトであり、第４の増分値は０．４ボルトという具合である。他の例において、最初の増分値が０．１５ボルトであれば、第２の増分値は０．３０ボルト、第３の増分値は０．４５ボルトという具合である。

他の例に従い、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力が所望の出力より大きい場合、情報は、フィードバックループ２２０を通じて差動増幅器２１０からレプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２へフィードバックされる。この例において、入力電圧は、最初の反復中に、最初の減分値（例えば、減分単位）だけ減少される。入力電圧が減少した後、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力電圧は再度、所望の出力と比較される。出力電圧がまだ高すぎる場合、第２の反復中に第２の減分値だけ入力電圧を減少させるべく、入力電圧に対する調節が為される。このプロセスは、レプリカのプログラム可能な利得増幅器２０２の出力が所望の出力とほぼ同じになるまで繰り返される。

一例において、第２の減分値は、最初の減分値の２倍である。他の例において、第３の減分値は、第２の減分値に最初の減分値を足したものである。この例を続けると、第４の減分値は、第３の減分値に最初の減分値を足したものである。例えば、最初の減分値が−０．１ボルトならば、第２の減分値は−０．２ボルトであり、第３の増分値は−０．３ボルトである、という具合である。

本例に従い、入力電圧を増加させるために使用される増分単位は、入力電圧を減少させるために使用される減分単位と同じである。例えば、最初の増分単位が０．１２ボルトである場合、最初の減分単位は−０．１２ボルトである。

しかし所望の態様は、増分単位および減分単位として使用される同じ値に限定されない。また、開示する態様は、反復ごとに使用される同じ増分単位および／または同じ減分単位に限定されない。替わりに、異なる単位も利用可能である。

一例において、レプリカのプログラム可能な利得増幅器への入力電圧が所望の出力を得るために増加されていれば、最後の反復の際に増加は大きすぎるかもしれない。この例において、電圧は、反復ごとに０．３ボルトのファクタで増加された。最後の反復の際、０．９ボルトの電圧が印加された。しかし、出力電圧は、所望の出力電圧より高い。したがって、次の反復の際に、電圧は、０．１ボルトだけ減分され、０．８９ボルトが印加される。出力電圧がまだ高すぎる場合には、続く反復の際に、電圧は同じ量（０．１ボルト）または異なる量（０．２ボルト、０．３５ボルトなど）だけ減分されてよい。したがって、次の反復の減分単位の量は、反復間の出力電圧の変化に基づいて選択的に調節可能である。

図３は、プログラム可能な利得増幅器３００の略示図である。プログラム可能な利得増幅器３００は、入力信号を増幅して出力信号を生成する。第１トランジスタ３０２は、それぞれの入力信号Ｖ_ｉｎ＋を受信する制御ポート３０４を有する。第２トランジスタ３０６は入力信号Ｖ_ｉｎ−を受信する制御ポート３０８を有する。

第１トランジスタ３０２の入力ポート３１０および第２トランジスタ３０６の入力ポート３１２は、それぞれの負荷レジスタ３１４および３１６を通じて電圧源（ＶＤＤ）に接続されている。

また、第１トランジスタ３０２の出力ポート３１８および第２トランジスタ３０６の出力ポート３２０は、制御電圧（Ｖ_ｃｔｒｌ）に接続されている。図２に関して、制御電圧Ｖ_ｃｔｒｌは、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器および差動増幅器を有する回路によって生成される。スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力と、所望の出力との間の差の代表値が判定され、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器へフィードバックされる。

図３において、レジスタ３２２のようなインピーダンスエレメントが出力ポート３１８および３２０の間に接続されている。しかし、ある態様において、レジスタ３２２は含まれない。第３トランジスタ３２４は、レジスタ３２２（もし与えられていれば）と並列に接続され、制御電圧Ｖ_ｃｔｒｌを供給する。また、第４のトランジスタ３２６が第３のトランジスタ３２４と並列に接続可能である。後段のトランジスタ（図示せず）が回路に含まれてもよく、それは、第３トランジスタ３２４および第４トランジスタ３２６と並列に接続されてもよい。

例えば、図３の回路の減衰抵抗は、利得が１ｄＢであるように設定される。１ｄＢスイッチが制御電圧Ｖ_ｃｔｒｌに接続されている間、２ｄＢおよび後段のスイッチはオフされる。

上述したように、レジスタ３２２（または、他のインピーダンスエレメント）が、２つの出力ポート３１８および３２０の間に接続されなくともよい。図４は、プログラム可能な利得増幅器４００の代替的実施形態の略示図である。単純化のために、図１と同じエレメントに同じ符号を付す。プログラム可能な利得増幅器４００に対して、第１スイッチ４０２および第２スイッチ４０４として示すスイッチを使って、ソース減衰が達成される。プログラム可能な利得増幅器４００の利得を微調整するために使用するのに所望されるステップ数に応じて、付加的なスイッチが利用されてもよい。実施形態において、第１スイッチ４０２および第２スイッチ４０４は、例えば、ＭＯＳスイッチである。しかし、他のタイプのスイッチも開示した態様とともに使用可能である。

ソース減衰は、増幅器をより制御しかつ線形とすることを意図した増幅器の利得の慎重な削減である。上述したようにスイッチが使用および並列に接続されなければ、プログラム可能な利得増幅器４００の歪みおよび非線形性が実際の使用において大きすぎるであろう。歪みおよび非線形性は、入力信号の正確でなくスケーリングされたレプリカである出力を生成するシステムに関連する。このシステムは非線形システムと呼ばれる。非線形システムにおいて、出力信号は入力信号に関して歪んでいると言われる。

ここで図示しかつ説明する回路の例において、開示した態様のひとつ以上に従って実行される方法が、以下のフローチャートを参照してよりよく理解できる。単純化または説明のために、当該方法は、連続のブロックとして示されかつ説明されるが、開示する態様は、ブロックの数または順序により限定されず、いくつかのブロックは、異なる順序でおよび／またはここに図示しかつ説明する他のブロックと実質的に同時に生じてもよい。さらに、図示したすべてのブロックがここで説明する方法を実施するのに必要でなくともよい。ブロックに関連する機能は、ソフトウエア、ハードウエア、それらの組みあわせ、または、他の適当な任意の手段（例えば、デバイス、システム、プロセス、コンポーネント）によって実施されてもよいことに注意すべきである。付加的に、ここおよび明細書を通じて開示する方法は、この方法論をさまざまなデバイスに移送および転送するのを容易にするように製品上に格納可能であることに注意すべきである。当業者は、方法が、状態図のような一連の反復状態またはイベントとして代替的に表現可能であることを理解する。ここに開示するさまざまな方法が、少なくともひとつのプロセッサを有するシステムによって実行可能である。

図５は、入力信号を増幅するための方法５００の例示フローチャートである。方法５００は、第１および第２トランジスタが与えられるステップ５０２で開始する。第１トランジスタは、第１の制御ポート、第１の入力ポート、および、第１の出力ポートを有する。第２トランジスタは、第２の制御ポート、第２の入力ポート、および、第２の出力ポートを有する。

ステップ５０４において、レジスタが、第１および第２トランジスタの対に接続される。例えば、レジスタの第１端は第１の出力ポートに接続され、レジスタの第２端は、第２の出力ポートに接続される。ステップ５０６において、第３のトランジスタが第１および第２のトランジスタの対に接続される。例えば、第３のトランジスタは、第１出力ポートおよび第２出力ポートに接続される。第３トランジスタはレジスタと並列に接続される。

ステップ５０８において、第３のトランジスタに制御電圧を印加し、入力電圧を第１制御ポートに入力する。ステップ５１０において、第１入力ポートおよび第２入力ポートにおいて所望の出力を生成するように、第２制御ポートが制御電圧によって選択的に修正される。

実施形態に従い、入力電圧は、プログラム可能な利得増幅器のスケーリングされたレプリカを有する閉ループフィードバック回路に基づいて選択的に修正される。ある実施形態において、インピーダンスデバイスが第１の出力ポートおよび第２の出力ポートに接続され、第３のトランジスタ（および後段のトランジスタ）に並列に接続されてよい。

図６は、入力信号を増幅するための他の方法６００の例示フローチャートである。ステップ６０２において、一対のトランジスタが与えられる。一対のトランジスタは、図１に示す第１トランジスタ１１４および第２トランジスタ１１６の両方であってよい。ステップ６０４において、一対のトランジスタは、電圧源ＶＤＤに接続される。例えば、一対のトランジスタは、それぞれの負荷レジスタを通じて、電圧源ＶＤＤに接続されてよい。

ステップ６０４において、第１および第２電流源が、一対のトランジスタに接続される。ステップ６０６において、第１のスイッチが一対のトランジスタに接続される。また、ステップ６０８において、少なくとも第２のスイッチが第１のスイッチと並列に接続される。実施形態に従い、第１のスイッチ、第２のスイッチ、および、後段のスイッチはＭＯＳスイッチであってよい。他の実施形態に従い、第１のスイッチ、第２のスイッチおよび後段のスイッチは、電気的に制御されるスイッチとして動作するよう構成されたトランジスタであってよい。

ステップ６１０において、制御電圧は少なくとも第１スイッチに印加される。制御電圧は、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器およびフィードバック回路を使用するステージにおいて、プログラム可能な利得増幅器の出力電圧を制御するように構成される。

実施形態に従い、第１のスイッチが制御電圧に接続されたとき第２のスイッチが閉じられる。他の実施形態に従い、第２スイッチは、増分値だけ第１のスイッチの利得を増加させるよう動作可能である。

他の実施形態に従い、第３のスイッチ（および後段のスイッチ）は、第１のスイッチおよび第２のスイッチと並列に接続されてよい。第３のスイッチ（および後段のスイッチ）は、第２のスイッチが制御電圧に接続されたとき、閉じられる。

図７は、プログラム可能な利得増幅器の利得ステップを制御するための方法７００の例示フローチャートである。ステップ７０２において、レプリカのプログラム可能な利得増幅器が与えられる。レプリカのプログラム可能な利得増幅器は、集積回路内で使用されるプログラム可能な利得増幅器のスケーリングされた（例えば、より小さい）バージョンであってよい。レプリカのプログラム可能な利得増幅器はそのようなサイズであってよいが、特定のスケーリング比に限定されない。

ステップ７０４において、レプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力と、所望の出力との間の差の代表値が差動増幅器によって判定される。ステップ７０６において、差の代表値がフィードバック回路を通じてレプリカのプログラム可能な利得増幅器に与えられる。

ステップ７０８において、差動増幅器の出力（所望の出力値を有する）が、例えば、図５の方法５００および図６の方法６００で使用される制御電圧として使用される。

図８は、プログラム可能な利得増幅器の利得ステップを制御するための他の方法８００の例示フローチャートである。ステップ８０２において、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器が与えられる。スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力は、ステップ８０４において、差動増幅器に接続される。

ステップ８０６において、直流（ＤＣ）入力電圧が、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器に印加される。ＤＣ入力電圧は、プログラム可能な利得増幅器のＤＣ入力電圧のスケーリングされた値であってよい。例えば、ＤＣ入力電圧は、プログラム可能な利得増幅器の要求された利得によって割り算した所定の電圧（Δｖで示す）であってよい。

ステップ８０８において、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器と所望の出力との間の差が解析される（例えば、差動増幅器によって）。ステップ８１０において、差に基づいて、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器の入力電圧が選択的に修正される。

ステップ８１０における修正は、差動増幅器とスケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器との間のフィードバックループを通じて、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器の入力ポートへ、制御電圧を印加することを含む。

実施形態に従い、ステップ８１０における修正は、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器へ差の情報を与えること、および、少なくとも一回の反復の間に増分単位だけスケーリングされたレプリカの入力電圧を増加することを含む。他の実施形態に従い、ステップ８１０における修正は、スケーリングされたレプリカのプログラム可能な利得増幅器に差の情報を与えることと、少なくとも一回の反復中に減分単位だけ、スケーリングされたレプリカの入力電圧を減少させることを含む。

レプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力のモニタリングは、出力に対する任意の変更が所望の出力と比較され、かつ、修正が動的に適用されるように、再帰的である。そのような方法において、プログラム可能な利得増幅器は、プログラム可能な利得増幅器が経験するプロセス、電圧および／または温度バリエーションに従い、リアルタイムで制御可能である。

図９は、入力信号を出力信号に処置するための方法９００の例示フローチャートである。ステップ９０２において、入力電圧が、２つのトランジスタを通じて受信される。２つのトランジスタのそれぞれの入力ポートはそれぞれの負荷レジスタを通じて電圧源に接続されてよい。

ステップ９０４において、制御電圧が２つのトランジスタの出力ポートに接続された少なくともひとつのスイッチに供給される。制御電圧は、フィードバック回路によって供給されてよい。ステップ９０６において、２つのトランジスタの入力ポートにおいて出力信号を形成するよう、電流が、入力信号および制御電圧に基づいてそれぞれの負荷レジスタを通じて流される。ステップ９０８において、出力電圧は、２つのトランジスタから生成される。

実施形態に従い、ステップ９０４において制御電圧を供給することは、ステップ９１０において直流（ＤＣ）入力電圧をレプリカの増幅器に供給することを含む。ＤＣ入力電圧は、プログラム可能な利得増幅器の要求された利得によって割り算した予め定められた電圧であってよい。ステップ９１２において、レプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力電圧と、予め定められた（例えば、所望の）出力電圧レベルとの間の差が判定される。当該差は、ひとつの態様に従い、差分値として表現される。ステップ９１４において、レプリカの増幅器に供給される直流入力電圧のレベルは、差分値の関数として選択的に修正される。例えば、出力が高すぎると判定されれば、直流入力電圧は、動的に減分される。他の例において、出力が低すぎると判定されれば、直流入力電圧は動的に増加される。

実施形態に従い、ＤＣ入力電圧のレベルを選択的に修正することは、修正された直流入力電圧を生成するべく、レプリカの増幅器に供給される直流入力電圧に対して、減分単位または増分単位を含む電圧を付加することを含む。レプリカの増幅器の他の出力電圧と、予め定められた出力電圧レベルとの間の他の差分が判定され、レプリカの増幅器に供給される他のレベルの修正された直流入力電圧が選択的に調節されてもよい。

上述したものに加え、開示する事項は、方法、装置、または、開示する事項を実施するための電子デバイスを制御するための、製造技術、プログラミング、ハードウエア製造エンジニアリング技術、ファームウエア、ソフトウエアまたはそれらの任意の組みあわせを使った製造物品として実施可能である。コンピュータ読み取り可能媒体は、ハードウエア媒体、ソフトウエア媒体、持続性媒体、または、輸送媒体を含む。

Claims (10)

1. 第１の制御ポート、第１の入力ポート、および、第１の出力ポートを有する第１のトランジスタと、
   第２の制御ポート、第２の入力ポート、および、第２の出力ポートを有する第２のトランジスタと、
   前記第１の出力ポートに接続された第１端、および、前記第２の出力ポートに接続された第２端を有するレジスタと、
   前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに接続され、かつ、前記レジスタと並列に接続された少なくとも第３のトランジスタと
   を備え、
   前記第３のトランジスタに制御電圧を印加し、前記第１の制御ポートに入力電圧を印加したとき、前記第２の制御ポートは、前記第１の入力ポートおよび前記第２の入力ポートにおいて、所望の出力を生成するべく、制御電圧によって選択的に修正される、ことを特徴とするプログラム可能な利得増幅器。
2. 前記第３のトランジスタおよび前記レジスタと並列に接続される、少なくとも第４のトランジスタをさらに備える、請求項１に記載のプログラム可能な利得増幅器。
3. 前記第４のトランジスタは、前記第３のトランジスタが前記制御電圧に接続されるとき閉止される電気的に制御されるスイッチを有し、前記第４のトランジスタは、増分値だけ前記第３のトランジスタの利得を増加するように動作可能である、ことを特徴とする請求項２に記載のプログラム可能な利得増幅器。
4. 前記第４のトランジスタに並列に接続された少なくとも第５のトランジスタをさらに備える、請求項２に記載のプログラム可能な利得増幅器。
5. 前記プログラム可能な利得増幅器のスケーリングされたバージョンを有するレプリカのプログラム可能な利得増幅器と、
   前記レプリカのプログラム可能な利得増幅器の出力電圧と、予め定められた出力電圧との間の差の代表値を判定するように構成された差動増幅器と
   をさらに備え、
   前記差動増幅器の出力は、制御電圧を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプログラム可能な利得増幅器。
6. 増幅器入力において受信した入力信号に基づいて、増幅器出力において出力信号を生成するための増幅器を備え、当該増幅器は、
   第１の制御ポート、第１の入力ポート、および、第１の出力ポートを有する第１のトランジスタと、
   第２の制御ポート、第２の入力ポート、および、第２の出力ポートを有する第２のトランジスタと、
   前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに接続された第１のスイッチと
   を有し、
   前記第１の制御ポートおよび前記第２の制御ポートは、前記増幅器入力を構成し、前記第１の入力ポートおよび前記第２の入力ポートは前記増幅器出力を構成し、
   前記第１のスイッチに印加される制御電圧は、前記増幅器の出力を選択的に制御し、前記制御電圧は、フィードバック回路によって供給され、
   前記フィードバック回路は、
   前記増幅器のスケーリングされたバージョンとして構成されたレプリカの増幅器と、
   前記レプリカの増幅器の出力電圧と、予め定められた出力電圧との間の差の代表値を判定するように構成された差動増幅器と
   を有し、
   前記差動増幅器の出力は前記制御電圧を有する、ことを特徴とする集積回路。
7. ａ）前記差の代表値が前記レプリカの増幅器に供給され、前記レプリカの増幅器の入力電圧は、少なくとも一回の反復中に反復あたりの増分単位だけ増分されるか、または、
   ｂ）前記差の代表値が前記レプリカの増幅器に供給され、前記レプリカの増幅器の入力電圧は、少なくとも一回の反復中に反復あたりの減分単位だけ減分される、
   の少なくともひとつであることを特徴とする請求項６に記載の集積回路。
8. 入力信号を出力信号に処理するための方法であって、
   ２つのトランジスタを通じて入力電圧を受信する工程であって、前記２つのトランジスタのそれぞれの入力ポートは、それぞれの負荷レジスタを通じて電圧源に接続されるところの工程と、
   前記２つのトランジスタの出力ポートに接続された少なくともひとつのスイッチに制御電圧を供給する工程であって、前記制御電圧はフィードバック回路によって供給されるところの工程と、
   前記２つのトランジスタの前記入力ポートにおいて、前記出力信号を形成するべく、前記入力信号および前記制御電圧に基づいて、それぞれの負荷レジスタを通じて電流を流す工程と
   を備える方法。
9. 前記制御電圧を供給する工程は、
   レプリカの増幅器に直流入力電圧を供給する工程と、
   前記レプリカの増幅器の出力電圧と、予め定められた出力電圧レベルとの間の差分を判定する工程と、
   前記差分の関数として、前記レプリカの増幅器に供給される前記直流入力電圧のレベルを選択的に修正する工程と
   を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記直流入力電圧のレベルを選択的に修正する工程は、
    修正された直流入力電圧を生成するべく、前記レプリカの増幅器へ供給された前記直流入力電圧に、減分単位または増分単位を有する電圧を加える工程と、
    前記レプリカの増幅器の他の出力電圧と、前記予め定められた出力電圧レベルとの間の他の差分を判定する工程と、
    前記レプリカの増幅器に供給された、修正された直流入力電圧の他のレベルを選択的に調節する工程と
    を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
    

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