TW200913472A - Variable gain amplifier circuit - Google Patents

Description

200913472 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種可變增益放大器（variable gain amplifier，VGA)電路，尤其係關於一種具有偏移補償之 可變增益放大器電路。 【先前技術】 第1圖係顯示習知技術中具有偏移補償之可變增益 # 放大器電路的電路圖。該可變增益放大電路具有開關 SW1卜開關SW12與開關SW13。可依據電阻器R11〜R14 之電阻值與偏壓信號Vb來確定可變增益放大器10之增 益。電流源11提供一電流Iofs至節點N13(亦稱為：電 流注入節點）以進行偏移補償，其中節點N13位於電阻器 R13與電阻器R14之間。輸出電壓信號Vout之直流電壓 位準係可通過調整電流Iofs之大小來控制。然而，如果 於輸入電壓信號Vin與偏壓信號Vb之間存在電壓差（亦 即直流偏移），或可變增益放大器10初始具有一自身輸入 偏移，則當可變增益放大器10被設置具有較高增益值 時，電流源11將無法提供一合適的電流Iofs以執行準確 的偏移補償操作。 第2圖係為當第1圖之開關SW11開啟時，第1圖 中所示之可變增益放大器電路之等效電路圖。請一併參 考第1圖與第2圖，其中第2圖中電阻器R21與電阻器 R22之電阻總值等於第1圖中電阻器R11〜R13之電阻總 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 5 200913472 值，並且第2圖中電阻器R23相應於第1圖中電阻器 R14。因此，輸出電壓信號Vout可由以下等式（1)計算：

Vout - Vin{\ + 及 22 +及 23、 Tn_rR22 + R23 -)-Vb(- R21 R2\ )-IofsR23

Vin + (R-22- R—){Vin -Vb)-IofsR23 R2\ (等式1) 電流注入節點N13處之電壓Vnl3可由等式（2)計算： R22 , T, R22nr (Vin，(等式 2)

Vnl3 = Vin + (Vout-Vm)(-

Vin +」 R21 R22 + R23 假設於輸入電壓信號Vin與偏壓信號Vb之間存在 R22 一直流偏移（如：Vin-Vb)。依據等式（2)可知，隨著Ml增 加，電流注入節點N13處之電壓V η 13係增大或減少， 因此，當電壓Vnl3過大或過少時，電流源11中之電晶 體並不能於飽和區（saturation region)中正常運作。亦即， 當可變增益放大器10具有相對於輸入電壓信號Vin之較 高增益時（如：於第1圖中閉合開關SW11或SW12)，電 流源11可能不會提供合適的電流Iofs。 【發明内容】 因此，為有效解決以上所述之技術問題，本發明提 供了 一種可變增益放大器電路。 本發明揭示一種可變增益放大器電路，用於放大一 輸入電壓信號以產生一輸出電壓信號，該可變增益放大 器電路包含：一可變增益放大器，具有一第一輸入端用 以接收該輸入電壓信號，一第二輸入端，及一輸出端用 以輸出該輸出電壓信號；複數個電阻器，分別耦接該輸 出端與一偏壓輸入端之間；複數個增益開關，該等增益 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 6 200913472 開關中的每：個耦接於該第二輸入端與複數個連接節點 中的個母該等連接節點分別位於複數個電阻哭中 的兩個之間；-電流源，用於提供—電流；以及至:兩 個電流開關’該至少兩個電流開關中的每一個耦接於咳 電流源與該等連接節點中的一個之間。 、 本發明揭種可變增益放大H電路1於放大一 輸入電壓信號以產生一給Φ Μ輸出電壓㈣’該可變增益放大 器電路包έ ··-可變增益放Αιι，具有—第 以接收該輸入電壓信號，-第二輸入端，及一輸出= 壓信號;複數個電阻器’分別耦接該輸 出輸人端之間，該偏壓輸人端係用於接收一 ㈣信號:複數個增益開關，該等增益開關中的每一個 賴，於該第二輸人端與複數個連接節點中的—個，每一 該等連接即點分別位於複數個電阻器中的兩個之間；一 判定單70，用以接收該輸出電壓信號，其中該 係根據該輸出電壓信號之—直流電壓位準是否超出一^ 制位準’以決定是否產生一控制信號；以及一偏㈣償 電路’用於依據該㈣㈣選擇性地提供 連接節點中之-者。 等 藉由實施本發明，即使發生增益變化 二中:「者’以作為適當的電流注入節點來進= 主入節點處之電塵不會過高或過低。 進而電〜源中之電晶體能夠在其飽和區中正常 流源亦可正常提供電流。另外，輸出電㈣號之直流電 0758-A33061 TWF；MTKI-07-068 7 200913472 壓位準係可被適當地調整確保不會超過位準範圍。 【實施方式】 本發明說明書提供的實施例係說明本發明不同實施 方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為 說明之用，並非用以限制本發明。本發明之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。 第3圖係顯示本發明之一實施例之可變增益放大器 電路3的電路圖。可變增益放大器電路3包含：可變增 益放大器30,複數個電阻器R1〜Rx，複數個增益開關 GSW1〜GSWn，偏移補償電路31，以及判定單元32，其 中，偏移補償電路31包含電流源33與至少兩個電流開 關CSW1〜CSWm。於本實施例中，m係小於或等於η。 可變增益放大器電路3藉由一增益放大輸入電壓信號Vin 以產生輸出電壓信號Vout。可變增益放大器30具有一用 於接收輸入電壓信號Vin之非-反相（non-inverting)輸入 端IN+，一反相（inverting)輸入端IN-，以及一用於輸出 此輸出電壓信號Vout之輸出端OUT。電阻器R1〜Rx係 耦接於輸出端OUT與一偏壓輸入端BN之間，其中，偏 壓輸入端BN係用於接收一偏壓信號。 電阻器R1〜Rx中的兩個係耦接於連接節點CN，例 如，電阻器R1與電阻器R2係耦接於連接節點CN1，而 電阻器Rx-1與電阻器Rx係耦接於連接節點CNn。增益 開關GSW1〜GSWn中的每一個係耦接反相輸入端IN-與 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 8 200913472 連接節點CN1〜CNn中的每一個。/， , 幻母個例如，增益開關GSW1 係耗接於反相輸入端IN-與連捲銘, /、疋？安即點CN1間，以及增益 開關GSWn係_接於反相輪入告山 及和鞠入、IN-與連接節點CNn 間。當增益開關GSW1〜GSWn中夕 ^ 甲之一者係被開啟，則用 以放大輸入電壓信號Vin之增益仫#丄& 〇日&係輅由電阻器R1〜Rx之 電阻值與偏壓信號Vb來確定。 偏移補償電路31包含電流源33與至少兩個電流開 關cswi〜CSWm。至少兩個電流開關cswi〜cswm包含 第一電流開關CSWm與第二電流開關cSwl，其中，第 一電流開關CSWm係耦接至複數連接節點中距離可變增 益放大器30之輸出端最近之連接節點；第二電流開關 cswi係輕接至複數連接節點中距離偏愿輸入端bn最近 之連接節點。於第3圖中所示實施例中，電流開關CSW 之數目係等於增益開關GSW之數目，亦即m等於n。電

流開關cSwl〜CSWm +的每一個輕接於電流源33與連 接節點cm〜CNn中的一個之間。例如：電流開關cswl 係耦接於電流源33與連接節點CN1之間；電流開關 CSWm係耦接於電流源33與連接節點CNn之間。電流 源33選擇性地提供電流Iofs至連接節點CN1〜CNn中的 一個。以下將介紹用於輸出電壓信號v〇ut之偏移補償之 内容。 判定單元32設定一限制位準level)。判定單元 32接收輸出電壓信號v〇ut ’並判定輸出電壓信號v〇ut 之直流電壓位準是否超出此限制位準。於本實施例中， 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 9 200913472 此限制位準可以係上限位準（upper limit level)或下限位 準（lower limit level)。因此，如果此限制位準係為上限位 準，則利用判定單元32判定輸出電壓信號Vout之直流 電壓位準是否超出此上限位準；以及如果此限制位準係 為下限位準，則利用判定單元32判定輸出電壓信號Vout 之直流電壓位準是否小於此下限位準。於某些實施例 中，判定單元32亦可定義一限制位準並判定輸出電壓信 號Vout之直流電壓位準是否超出所定義的限制位準。判 定單元32依據判定結果產生控制信號CS以控制電流開 關CSW1〜CSWm的開/關狀態。於本發明一實施例中，受 控於控制信號CS，於任何時間點，僅開啟電流開關 CSW1〜CSWm中的一個電流開關，而其他的電流開關係 為關閉狀態。電流源33則通過開啟之電流開關提供電流 Iofs至相應之連接節點（亦稱為：電流注入節點）。舉例來 說，判定單元32產生的控制信號CS具有至少兩個位元， 其中這至少兩個位元中的每一個是用於控制至少兩個電 流開關中之一者。 如上所述，當輸入電壓信號Vin與偏壓信號Vb之 間存在差異（亦稱為：直流偏移），或可變增益放大器30 包含一輸入偏移，在某個已決定的增益檔位下，直流偏 移係自連接節點CN1至連接節點CNn被逐步被放大。如 果電流開關CSW1〜CSWm中之一者係被開啟，且相應的 電流注入節點處之電壓過高或過低，電流源33可能不會 提供合適的電流Iofs。因此，輸出電壓信號Vout之直流 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 10 200913472 電壓位準可能超出限制位準。 於第3圖所示實施例中，當增益已由增益開關 GSWl~GSWn所確定，判定單元32會首先產生控制信號 CS用於控制電流開關CSWm，電流開關CSWm係與輸出 端OUT最接近的電流開關。初始時，電流開關CSWm係 為開啟，即表明連接節點CNm係作為一電流注入節點。 如果判定單元32判定輸出電壓信號Vout之直流電壓位 準超出限制位準，判定單元32產生控制信號CS以關閉 電流開關CSWm並開啟在前的電流開關CSWm-Ι，隨後， 電流Iofs係被注入電流注入節點CNm-1，而不是注入連 接節點CNm。判定單元；32繼續對輸出電壓信號Vout進 行判定並變換電流注入節點，直到判定單元32確定於某 一電流開關CSW被開啟時所對應之輸出電壓信號Vout 的直流電壓位準未超出限制位準。需要注意的是，不同 電流開關被開啟時，電流源輸入至相應不同電流注入節 點之電流量亦不同。例如，僅以具有兩個電流開關的可 變增益放大器電路來說，當開啟第一電流開關時，電流 源提供具有第一電流量之電流；當開啟第二電流開關 時，電流源提供具有第二電流量之電流，且第一電流量 係大於第二電流量。同時，當增益被改變，判定單元32 反覆執行以上操作程序。請注意，本發明提供實施例中 電流開關CSW1〜CSWm出現之順序並非對本發明之限 制；也就是說，電流開關之順序可自電流開關CSW1開 始一直到電流開關CSWm ;並且以上電流開關可藉由兩 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 11 200913472 個或更多個電流開關來轉換’例如對應不同的時 CSWm、CSWm_2、CSWm_4等等。於不同實施二1 變增益放大器電路中電流開關之數目係等於或小於增益 開關之數目。 s 依據本發明之實施例，當增益改變時，最終選擇連 接節點中之一者以作為一適當的電流注入節點來進行偏 移補償，所以於此電流注入節點處之電壓不會過高或過 低。因此，實施於電流源中之電晶體，N型金氧半電晶

體或P型金氧半電晶體係可以在其飽和區中運作，以Z 電流源33可以正常提供電流論。此外，輸出電壓信號 V_之直流電壓位準係可被適#_整確料會 制位準。 ，實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及 闡釋本發明之技術特徵，並非絲限制本發明之保 臂。任何熟悉此技術者可㈣完成之改變或均等性 排均屬於本發明所主張之範圍，I 描 應以申請專利範圍為準。1明之權利保護範圍 雖然本發明已啸佳#_揭露 以限定本發明，任何熟習此 “、…、並非用 ^ ^ ^ m ^ ^ 在不脫離本發明之 月口靶Θ ’當可作各種之更動與潤飾，因此本發明 之保護範时視後附之申料鄉圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示習知技術中 ’艰移補彳員功能之可變 0758-A33061TWF;MTKl-07-068 12 200913472 增益放大器電路的電路圖。 第2圖係為當第1圖之開關SW11開啟時，第1圖 中所示之可變增益放大器電路之等效電路圖。 第3圖係顯示本發明之一實施例之可變增益放大器 電路的電路圖。 【主要元件符號說明】 R11〜R14 :電阻器； SW11、SW12、SW13 :開關； Vb :偏壓信號；

Nil、N12、N13 :節點； 10 :可變增益放大器；

Vout :輸出電壓信號； 11 :電流源； R21、R22、R23 :電阻器； CSW1〜CSWm :電流開關； GSW1〜GSWn :增益開關； CN1〜CNn :連接節點； R1〜Rx :電阻器； 3 :可變增益放大器電路； 30 可變增益放大器； 31 偏移補償電路； 32 判定單元； 33 電流源， 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 13 200913472 cs :控制信號。 r 0758-A33061TWF;MTKI-07-068 14

Claims (1)

1. 200913472 十、申請專利範圍： 1.種可變增益放大器電跋 信號以產生-輪出電壓 ’用於放大-輸入電壓 含： 戚該可變增益放大器電路包 一可變增益放大器，且 輸入電壓信號、一第二於 一輸入端用以接收該 輸出電壓信號； 鳊及一輸出端用以輸出該 之間f 111 $阻$ ’分關接該輪出端與-偏壓輸入端 兮第複’該等增益開關中的每-個耦接於 用於提供一電流；以及 與複數個連接節點中的-個，每-該等連 刀別位於複數個電阻器中的兩個之間； 一電流源· ，… 個耦接;^W開關’該至少兩個電流開關中的每一 _接於§线流源與該等連接節點中的一個。 V 路明專利範圍第1項所述之可變增益放大器， 塔’更包含，一刺宏li - m 一吉疋早兀，用以根據該輸出電壓信號戈 =電壓位準是否超出—限制位準，以決定是否以 -栓制信號」來控制該至少兩個電流開關。 路，11 u^jfcsl帛2項所述之可變增狀大器1 篦_ :、、°亥至/兩個電流開關包含-第-電流開關與- 節！!；/11"開關’其中，該第一電流開關麵接至該等連招 ::距離該輸出端最近之連接節點，以及該第二電满 ^ 接至料連接節點巾輯該偏壓輸人端最近之達 07-068 0758-A33〇61TWF;MTKI-i 15 200913472 接節點。 路，It::專利範圍第3項所述之可變增益放大器電 出電計^電流開_始時係被開啟，以及當該輸 :叙該直流電-位準超*該限制位準時，該判 鈐：一去生°亥控制化號以開啟該至少兩個電流開關中剩 餘之-者’並關閉該第一電流開關。 請專利範圍第3項所述之可變增益放大器電 古楚二，田，啟該第一電流開關時，該電流源提供-具 、”裎I:里之電流；當開啟該第二電流開關時’該電 jit 一具有第二電流量之電流，且該第-電流量係 大於該第二電流量。 請專利範圍第2項所述之可變增益放大器電 —Ί該㈣信㈣有至少兩個位元，該至少兩個位 凡中的每個係用於控制該至少兩個電流開 個。 7.如申請專利範圍第1項所述之可變增狀大器電 路’其中該至少兩個電流開關之數目係等於或小於該等 增盈開關之數目。 ，8.如申請專利範圍第i項所述之可變增益放大器電 $ H於—時間點’該至少兩個電流開關中僅有-者係被開啟。 9一種可變增益放大器電路，用於放大一輸入電壓 U以產生-輸出電壓信號，該可變增狀大器電 含： 0758-A33061TWF;MTKI-〇7-〇68 16 200913472 輸入端用以接收該 輸出端用以輸出該 一可變增益放大器，具有一第— 輪入電壓信號，一第二輸入端，及一 輸出電壓信號； 複數個電阻器，分別鯉桩兮&μ 二 ^ 77刎耦接該輪出端與一偏壓輸入端 ，該偏壓輸入端係用於接收—偏壓信號； 之間 稷數個增益關，該等增益開關中的每—個輛接於 該第二輸入端與複數個連接節點中的一個，每一該等連 接節點分別位於複數個電阻器中的兩個之間· 一判疋單70，用以接收該輸出電壓信號，其中該判 定單元係根據該輸出電壓信號之_直流電麼位準是否超 出-限制位準，以決定是否產生一控制信號；以及 -偏移補償電路，用於依據該控制信號選擇性地提 供一電流至該等連接節點中之一者。 10.如申請專利範圍第9項所述之可變增益放大器電 路，其中該偏移補償電路包含： 一電流源，用於提供一電流； 至少兩個電流開關，該至少兩個電流開關中的每一 個耦接於該電流源與該等連接節點中的一個； 其中，依據該控制信號，於一時間點該至少兩個電 *開關中僅有-者係被開啟，該電流源係通過該被開啟 之電流開關向對應連接之連接節點提供該電流。 _ 11.如申請專利範圍第1〇項所述之可變增益放大器 電路，其中該至少兩個電流開關包含一第一電流開關與 一第二電流開關其中，該第一電流開關耦接至該等連接 〇758-A33061TWF;MTKI-07-068 17 200913472 離該輪出端最近之連接節點’以及該第二電流 ^點。至該等連接節點中距離該偏壓輸人端最近之連 電路，12Λ申f專利範圍第11項所述之可變增益放大器 輸出銜:卢電流開關初始時係被開啟，以及當該 電^紅該直流電壓位準超出該限制位準，該判 二：：土生該控制信號以開啟該至少兩個電流開關中剩 ’、一者，並關閉該第一電流開關。 番玫13甘如申睛專利範圍第11項所述之可變增益放大器 ::第=，該第一電流開關時，該電流源提供-2^ 。Λ丨L里之電流；當開啟該第二電流開關時，該 nr具有第二電流量之電流，且該第-電流量 係大於该第二電流量。 14. 如申5月專利範圍帛u項所述之可變增益放 電=其該等增益開關係被開啟時，用於放大該輸 增益係藉由該等電阻器之電阻值與該偏 15. 如中凊專利範圍第1()項所述之可變增益放大器 電路，其中該控制信號具有至少兩個位元，該至少兩個 位元中的每一個係用於控制該至少兩個電流開關中的一 個。 16#如U利範圍第1()項所述之可變增益放大器 贫路’、中该至少1^個電流開關之數目係等於或小於該 等增益開關之數目。 075 8-A3 3061 TWF;MTKI-07-068 18