TWI580179B - 自動增益控制 - Google Patents

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TWI580179B
TWI580179B TW099134304A TW99134304A TWI580179B TW I580179 B TWI580179 B TW I580179B TW 099134304 A TW099134304 A TW 099134304A TW 99134304 A TW99134304 A TW 99134304A TW I580179 B TWI580179 B TW I580179B
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胡伯特 漾
傑佛瑞 李 羅
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菲爾卻德半導體公司
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Description

自動增益控制
自動增益控制(AGC)一般而言係在電子電路中根據經放大信號之一態樣而調整放大量之一功能。舉例而言，當輸入信號振幅減小時，該輸入信號之放大增加，且當輸入信號振幅增加時，該輸入信號之放大減小。
本發明尤其闡述用於接收一輸入信號及電源資訊且藉由根據該電源資訊及該輸入信號決定之一增益值放大該輸入信號之系統及方法。
在實例1中，一裝置包含經組態在一第一輸入端接收一第一信號且在一輸出端提供一放大信號之一放大器及經組態以接收電源資訊且使用該電源資訊調整該放大器之增益之一控制器。
在實例2中，實例1之該控制器視情況包含經組態以接收該電源資訊、比較該電源資訊與第一及第二限值且使用該電源資訊及該第一及第二限值設定該放大器之增益之一類比至數位轉換器(ADC)。
在實例3中，實例1-2之任一者或多者之該ADC視情況經組態以使用該電源資訊、該第一限值及該第二限值提供一數位增益設定點且使用該數位增益設定點設定該放大器之該增益，其中該數位增益設定點係一多位元值。
在實例4中，實例1-3之任一者或多者之該控制器經組態以調整該增益達該多位元值之每一連續位元型樣之一預定量。
在實例5中，實例1-4之任一者或多者之該預定量視情況包含一可程式化預定量。
在實例6中，實例1-5之任一者或多者之該控制器視情況包含經組態以基於一限值設定點提供該第一及第二限值之一限值產生器。
在實例7中，實例1-6之任一者或多者之該限值設定點視情況包含一可程式化限值設定點。
在實例8中，實例1-7之任一者或多者之該限值產生器視情況經組態以根據耦合於該限值產生器之一設定點電阻器之值設定該限值設定點。
在實例9中，實例1-8之任一者或多者之該限值產生器視情況包含一分壓器，該分壓器包含串聯耦合之一第一及第二電阻器，其中該第一電阻器之一第一節點耦合至該第二電阻器之一第一節點，其中該第一電阻器之一第二節點經組態以提供該第一限值，且其中該第二電阻器之一第二節點經組態以提供該第二限值。
在實例10中，實例1-9之任一者或多者之該限值產生器視情況包含經組態以比較一參考電壓與一設定點電壓且使用該比較設定該第一電阻器之該第一節點處之一電壓之一設定點比較器。
在實例11中，實例1-10之任一者或多者之該設定點電壓視情況可使用耦合至該設定點比較器之一輸入端之一設定點電阻器予以程式化。
在實例12中，實例1-11之任一者或多者之該電源資訊視情況包含可指示耦合至該放大器之一電池之電壓之電壓資訊。
在實例13中，實例1-12之任一者或多者視情況包含具有該放大器及該控制器之一積體電路晶粒。
在實例14中，實例1-13之任一者或多者視情況包含該積體電路外部之一設定點電阻器，其中實例1-13之任一者或多者之該控制器視情況包含經組態以基於一限值設定點提供該第一及第二限值之一限值產生器，且其中該限值產生器視情況經組態以根據該設定點電阻器設定該限值設定點。
在實例15中，實例1-14之任一者或多者之該第一信號視情況包含一音訊信號。
在實例16中，一種方法包含在一放大器之一第一輸入端接收一第一信號、在該放大器之一輸出端提供一放大信號、接收電源資訊及使用該接收的電源資訊調整該放大器之增益。
在實例17中，實例1-16之任一者或多者之調整該放大器之該增益視情況包含比較該電源資訊與該第一及第二限值、使用該比較提供一數位增益設定點、解碼該數位增益設定點及使用該經解碼設定點設定該放大器之該增益。
在實例18中，實例1-17之任一者或多者之比較該電源資訊與該第一及第二限值視情況包含偵測一限值產生器之一輸入端之電阻及根據該偵測的電阻提供該第一及第二限值。
在實例19中，實例1-18之任一者或多者之提供該數位增益設定點視情況包含當該電壓資訊指示該電池電壓高於該第一限值時提供一第一數位增益設定點值及當該電壓資訊指示該電池電壓低於該第二限值時提供一第二數位增益設定點值，其中該第一限值視情況高於該第二限值。
在實例20中，實例1-19之任一者或多者之提供該數位增益設定點視情況包含隨著該電壓資訊自該第二限值增加至該第一限值，該數位增益設定點值增加一預定量。
在實例21中，實例1-20之任一者或多者之接收電源資訊視情況包含接收可指示耦合至該放大器之一電池電壓之電壓資訊。
在實例22中，實例1-21之任一者或多者視情況包含：一積體電路，其包含經組態以在一第一輸入端接收一第一信號且在一輸出端提供一放大信號之一放大器及經組態以接收電源資訊且使用該電源資訊調整該放大器之增益之一控制器；及一設定點電阻器，其在該積體電路之外部耦合至該控制器。實例1-21之任一者或多者之該控制器視情況包含經組態接收該電源資訊、比較該電源資訊與第一及第二限值且使用該電源資訊及該第一及第二限值設定該放大器之增益之一類比至數位轉換器(ADC)及經組態以使用一設定點電壓提供該第一及第二限值之一限值產生器，其中該設定點電壓視情況為該設定點電阻器之值之函數。
在實例23中，實例1-22之任一者或多者之該ADC視情況經組態以使用該電源資訊、該第一限值及該第二限值提供一數位增益設定點且使用該數位增益設定點設定該放大器之該增益，其中該數位增益設定點係一多位元值。
在實例24中，實例1-23之任一者或多者之該限值產生器視情況包含：一分壓器，其包含串聯耦合之一第一及第二電阻器，其中該第一電阻器之一第一節點耦合至該第二電阻器之一第一節點，其中該第一電阻器之一第二節點經組態以提供該第一限值，且其中該第二電阻器之一第二節點經組態以提供該第二限值；及一設定點比較器，其經組態以比較一參考電壓與該設定點電壓且使用該比較設定該第一電阻器之該第一節點處之一電壓。
在實例25中，實例1-24之任一者或多者視情況包含經組態以接收該放大信號之一音訊輸出換能器，其中該第一信號視情況包含一音訊信號。
在實例26中，一種系統或裝置可包含或可視情況結合實例1-25之任一者或多者之任一部分或任意部分之組合以包含用於執行實例1-25之功能之任一者或多者之構件，或包含當由一機器執行可使該機器執行實例1-25之功能之任一者或多者之指令之一機器可讀媒體。
此概述意欲提供本專利申請案之主旨之概述。但不意欲提供本發明之專有的或詳盡的說明。包含詳細說明以提供關於本專利申請案之更多資訊。
在圖式中(其等不必然按比例繪示)，相同的數字可描述不同圖中的類似組件。具有不同字母後綴的相同數字可代表類似組件之不同實例。該等圖式一般例示性(而非限制性)繪示本文件中闡述的各種實施例。
本發明者尤其認識到一自動增益控制(AGC)電路可根據一供應電壓調變增益。在一實例中，該供應電壓可包含一電池電壓，諸如在行動電子應用中(例如，行動電話、媒體播放器，等等)或一或多個其他供應電壓。在一實例中，隨著該供應電壓減小，該AGC電路之增益可減小(例如，以節省能量)。舉例而言，此控制可延長一器件之電源替換或電源再充電間之可用間隔時間。
圖1大體繪示包含一自動增益控制電路之一放大器電路之一實例。該放大器電路100包含一可調增益放大器102及一AGC電路101以根據一供應電壓103調整該放大器102之增益。該AGC電路101包含一限值產生器104、一類比至數位轉換器(ADC)105及一解碼器106。該解碼器106可解碼該ADC 105之一輸出且設定對應於該ADC 105之該輸出之該放大器102之該增益。該ADC 105可將該供應電壓103之一表示轉換為一數位表示。在一實例中，該ADC 105之全比例限值可對應於供應電壓之一操作範圍，在該操作範圍中該可調增益放大器102之增益調整可增加該電源之使用壽命。在一實例中，可使用該限值產生器104提供該ADC 105之該全比例限值。在一實例中，可使用一限值設定點提供該ADC 105之該全比例限值。在一實例中，該限值設定點不是使用者可調的。在其他實例中，該限值設定點可程式化。在一實例中，舉例而言，藉由調整一設定點電阻器(圖中未顯示)，該限值設定點係使用者可程式化。
圖2大體繪示根據本發明之一實例之一AGC電路之一部分之一實例。一AGC電路可包含一限值產生器204及經組態以按比例調整一供應電壓203(諸如一電池電壓VBAT)之一電路207。在一實例中，該AGC電路可包含經組態以比較一經按比例調整供應電壓209與一跳脫設定點210之一比較器208。在一實例中，可由該限值產生器電路204提供該跳脫設定點210。該比較器208之該輸出211可為該ADC提供類比輸入電壓VADC(圖中未顯示)。該限值產生器204可為該ADC提供一上限電壓(VUL)212及一下限電壓(VLL)213。該上限電壓212及該下限電壓213可定義該ADC輸出之全比例範圍。在各種實例中，該上限電壓212、該下限電壓213或該跳脫設定點210之至少一者可程式化。在一實例中，可使用一設定點放大器214產生該上限電壓212、該下限電壓213或該跳脫設定點210以加總一設定點電壓215與一參考電壓(VREF)216。在一些實例中，舉例而言，可使用耦合至該設定點放大器214之一設定點電阻器(RSP)217調整該上限電壓212、該下限電壓213或該跳脫設定點210之至少一者。
在一實例中，圖1之該可調增益放大器102及AGC電路101係一積體電路晶粒之至少部分且圖2之該設定點電阻器217可耦合至該積體電路晶粒之一外部終端。在各種實例中，可使用軟體實施圖1之該可調增益放大器102及AGC電路101。在一些實例中，可使用硬體實施該可調增益放大器102及AGC電路101。在一些實例中，可使用硬體及軟體之組合實施該可調增益放大器102及AGC電路101。
圖3大體繪示根據本發明之一實例之一AGC電路及一可調放大器302之一部分之一實例。在一實例中，一AGC電路可包含一類比至數位轉換器(ADC)305及一解碼器306。該ADC 305可接收一輸入電壓(VADC)311以轉換至一二進制格式318。該ADC 305可包含用於一電壓上限(VUL)312之一第二輸入319及用於一電壓下限(VLL)313之一第三輸入320。可使用該電壓上限及下限312、311建立對應於該輸出二進制格式318之範圍之該輸入電壓311之範圍。在一實例中，隨著該輸入電壓311變得低於該電壓上限312，該ADC 305之該輸出318可縮減至代表一較低增益之一二進制位元型樣。隨著該輸入電壓311變得更低，該ADC 305可縮減至代表一更低增益之一位元型樣318。在該繪示的實例中，該ADC 305之該輸出318介於一高值1111至一低值0000之間的範圍。該高二進制值(1111)可代表該ADC 305之該輸入電壓311等於或高於該電壓上限312之時。該低二進制值可代表該ADC 305之該輸入電壓311等於或低於該電壓下限313之時。在一實例中，當該輸入電壓311低於該下限313時，包含該AGC電路及該可調增益放大器302之器件可被停用。應瞭解在不背離本發明之範圍情況下其他ADC輸出二進制型樣係可能的，包含(但不限於)二進制編碼十進數(BCD)、二的補數BCD及二的補數二進制。應瞭解在不背離本發明範圍之情況下該ADC 305之該輸出318可包含比圖3之該實例中顯示的四個位元更多或更少位元。
該解碼器306可解碼該ADC 305之該輸出二進制型樣318且設定對應於該輸出位元型樣之該可調放大器302之增益。在一實例中，該解碼器306可控制一或多個開關(S2 n、S2 n-1、...、S2 1、S2 0)321以調整該可調放大器302之一輸入及回饋電阻322且依次調整該可調放大器302之該增益。在一實例中，該可調放大器302之該輸入323可係一音訊信號且該可調放大器302之該輸出324可耦合至一輸出音訊換能器，諸如一揚聲器或一聽筒。在某些實例中，當一有限容量電壓供應之電壓衰落時，該AGC電路可用於限制一音訊器件之音量。此控制可延長該音訊器件在該有限容量電壓供應之替換或再充電間之使用。
在某些實例中，該ADC架構可與一連續近似暫存器(SAR)類型架構緊密相關。可根據小尺寸、低功率及可撓性選擇該ADC。在一實例中，當不產生位元時，一演算ADC可重新利用硬體迴路且準確性不依賴於大型匹配良好之器件。
圖4大體繪示根據本發明之一實例之一AGC電路之放大器增益與供應電壓之關係之一實例。圖4包含繪示三個不同AGC跳脫點設定之三條曲線。一第一曲線401繪示一設定在3.9伏之跳脫點。一第二曲線402繪示一設定在3.5伏之跳脫點。一第三曲線403繪示一設定在3.1伏之跳脫點。在每一曲線中，當該供應電壓改變大約0.011伏時該ADC改變該增益。在各種實例中，其他器件電路可在該ADC經過二進制輸出值之整個範圍之前停用該器件。應瞭解在不背離本發明之範圍情況下其他跳脫設定點及其他供應電壓改變值係可能的。
圖5大體繪示根據本發明之一實例用於操作一自動增益控制(AGC)電路之方法之一實例。在501，可在一放大器之一第一輸入端接收一第一信號。在502，可在該放大器之一輸出端提供一放大信號。在503，可接收電源資訊。且，在504，可使用該接收的電源資訊調整該放大器之增益。
上文詳細描述包含參考隨附圖式，其形成該詳細描述之一部分。該等圖式例示性顯示可實踐本發明之特定實施例。此等實施例在本文中亦稱為「實例」。此文件中參考的所有出版物、專利及專利文件之全文以引用方式併入本文中，猶如各別以引用方式併入。倘若此文件及此等文件間之不一致使用亦以引用方式併入，則該或該等併入的參考之使用應被認為對此文件之補充；此文件中之使用控制不相容的矛盾。
在此文件中，如通常在專利文件中一樣使用術語「一」或「一個」以包含一或多於一個，獨立於任何其他實例或「至少一」或「一或多個」之使用。在此文件中，術語「或」用於指示一非排他性的或，使得「A或B」包含「A而非B」、「B而非A」及「A與B」，另有說明者除外。在申請專利範圍中，術語「包含」及「在其中」用作為各別術語「包括」及「其中」之通俗英語等效語。而且，在下列申請專利範圍中，術語「包含」及「包括」係開放式的，即，包含除了一請求項中之此一術語之後所列出的元件之外的元件之系統、器件、物件或方法仍被認為在本發明之範圍內。此外，在下列申請專利範圍中，術語「第一」、「第二」及「第三」等等僅用作為標記，且不意欲將數字要求強加於其等之物件。
上文描述僅為例示性且並非限制性。在其他實例中，上文描述的實例(或其等之一或更多態樣)可彼此結合使用。諸如，一般技術者可在檢閱上文描述時使用其他實施例。提供的摘要遵從37 C.F.R. §1.72(b)，以允許讀者快速查明本發明之性質。建議瞭解其並不用於解釋或限制本發明之範圍或含義。而且，在以上實施方式中，可將各種特徵組合在一起以簡化本發明。此不應被解釋為一未請求之揭示的特徵對任一請求項係必要的。在一定程度上，發明主旨可存在於少於一特定揭示的實施例之所有特徵。因此，下列申請專利範圍被併入實施方式中，每一請求項自身作為一單獨實施例。應參考申請專利範圍連同此等申請專利範圍所享有之等效物之範圍決定本發明之範圍。
100．．．放大器電路
101．．．自動增益控制(AGC)電路
102．．．可調增益放大器
103．．．電源
104．．．限值產生器
105．．．類比至數位(ADC)轉換器
106．．．解碼器
203．．．電源
204．．．限值產生器
207．．．電路
208．．．比較器
209．．．經按比例調整供應電壓
210．．．跳脫設定點
211．．．輸出
212．．．上限電壓
213．．．下限電壓
214．．．設定點放大器
215．．．設定點電壓
216．．．參考電壓
217．．．設定點電阻器
302．．．可調放大器
305．．．類比至數位(ADC)轉換器
306．．．解碼器
311．．．輸入電壓
312．．．電壓上限
313．．．電壓下限
318．．．二進制格式
319．．．第二輸入
320．．．第三輸入
321．．．開關
322．．．回饋電阻值
323．．．輸入
324．．．輸出
401．．．第一曲線
402．．．第二曲線
403．．．第三曲線
圖1大體繪示包含一自動增益控制(AGC)電路之一放大器電路之一實例。
圖2大體繪示根據本發明之一實例之一AGC電路之一部分之一實例。
圖3大體繪示根據本發明之一實例之一AGC電路之一部分及一可調放大器302之一實例。
圖4大體繪示根據本發明之一實例之一AGC電路之放大器增益與供應電壓之關係之一實例。
圖5大體繪示根據本發明之一實例用於操作一AGC電路之方法之一實例。
100．．．放大器電路
102．．．可調增益放大器
103．．．電源
104．．．限值產生器
105．．．類比至數位(ADC)轉換器
106．．．解碼器

Claims (23)

  1. 一種增益控制裝置，其包括：一放大器，其經組態以在一第一輸入端接收一第一信號且在一輸出端提供一放大信號；及一控制器，其經組態以接收電源資訊且使用該電源資訊調整該放大器之一增益；其中該控制器包含一類比至數位轉換器(ADC)，其經組態以接收該電源資訊、比較該電源資訊與第一及第二限值且使用該電源資訊及該等第一及第二限值以設定該放大器之該增益。
  2. 如請求項1之增益控制裝置，其中該ADC經組態以使用該電源資訊、該第一限值及該第二限值提供一數位增益設定點且使用該數位增益設定點設定該放大器之該增益，其中該數位增益設定點係一多位元值。
  3. 如請求項2之增益控制裝置，其中該控制器經組態以調整該增益達該多位元值之每一連續位元型樣之一預定量。
  4. 如請求項3之增益控制裝置，其中該預定量包含一可程式化預定量。
  5. 如請求項1至4之任一項之增益控制裝置，其中該控制器包含經組態以基於一限值設定點提供該等第一及第二限值之一限值產生器。
  6. 如請求項5之增益控制裝置，其中該限值設定點包含一可程式化限值設定點。
  7. 如請求項5之增益控制裝置，其中該限值產生器經組態以根據耦合於該限值產生器之一設定點電阻器之值設定該限值設定點。
  8. 如請求項5之增益控制裝置，其中該限值產生器包含一分壓器，該分壓器包含串聯耦合之一第一及第二電阻器，其中該第一電阻器之一第一節點耦合至該第二電阻器之一第一節點，其中該第一電阻器之一第二節點經組態以提供該第一限值，且其中該第二電阻器之一第二節點經組態以提供該第二限值。
  9. 如請求項8之增益控制裝置，其中該限值產生器包含經組態以比較一參考電壓與一設定點電壓且使用該比較設定該第一電阻器之該第一節點處之一電壓之一設定點比較器。
  10. 如請求項9之增益控制裝置，其中該設定點電壓可使用耦合至該設定點比較器之一輸入端之一設定點電阻器予以程式化。
  11. 如請求項10之增益控制裝置，其中該電源資訊包含可指示耦合至該放大器之一電池之電壓之電壓資訊。
  12. 如請求項1至4之任一項之增益控制裝置，其包含具有該放大器及該控制器之一積體電路晶粒。
  13. 如請求項12之增益控制裝置，其包含該積體電路外部之一設定點電阻器；其中該控制器包含經組態以基於一限值設定點提供該等第一及第二限值之一限值產生器；且 其中該限值產生器經組態以根據該設定點電阻器設定該限值設定點。
  14. 如請求項1至4之任一項之增益控制裝置，其中該第一信號包含一音訊信號。
  15. 一種增益控制方法，其包括：在一放大器之一第一輸入端接收一第一信號；在該放大器之一輸出端提供一放大信號；接收電源資訊；及比較該電源資訊與第一及第二限值；使用該比較提供一數位增益設定點；解碼該數位增益設定點；及使用該經解碼設定點設定該放大器之該增益。
  16. 如請求項15之增益控制方法，其中該比較該電源資訊與該等第一及第二限值包含：偵測一限值產生器之一輸入端處之一電阻；及根據該經偵測的電阻提供該等第一及第二限值。
  17. 如請求項15或16之增益控制方法，其中該提供該數位增益設定點包含：當該電壓資訊指示該電池電壓高於該第一限值時，提供一第一數位增益設定點值；當該電壓資訊指示該電池電壓低於該第二限值時，提供一第二數位增益設定點值；且其中該第一限值高於該第二限值。
  18. 如請求項17之增益控制方法，其中該提供該數位增益設 定點包含隨著該電壓資訊自該第二限值增加至該第一限值，該數位增益設定點值增加一預定量。
  19. 如請求項15或16之任一項之增益控制方法，其中該接收電源資訊包含接收可指示耦合至該放大器之一電池電壓之電壓資訊。
  20. 一種增益控制系統，其包括：一積體電路，其包含：一放大器，其經組態以在一第一輸入端接收一第一信號且在一輸出端提供一放大信號；及一控制器，其經組態以接收電源資訊且使用該電源資訊調整該放大器之一增益，該控制器包含：一類比至數位轉換器(ADC)，其經組態以接收該電源資訊、比較該電源資訊與第一及第二限值且使用該電源資訊及該等第一及第二限值設定該放大器之該增益；及一限值產生器，其經組態以使用一設定點電壓提供該等第一及第二限值；一設定點電阻器，其在該積體電路外部，耦合至該控制器；且其中該設定點電壓係該設定點電阻器之值之函數。
  21. 如請求項20之增益控制系統，其中該ADC經組態以使用該電源資訊、該第一限值及該第二限值提供一數位增益設定點且使用該數位增益設定點設定該放大器之該增益，其中該數位增益設定點係一多位元值。
  22. 如請求項20或21之任一項之增益控制系統，其中該限值產生器包含：一分壓器，其包含串聯耦合之一第一及第二電阻器，其中該第一電阻器之一第一節點耦合至該第二電阻器之一第一節點，其中該第一電阻器之一第二節點經組態以提供該第一限值，且其中該第二電阻器之一第二節點經組態以提供該第二限值；及一設定點比較器，其經組態以比較一參考電壓與該設定點電壓且使用該比較設定該第一電阻器之該第一節點處之一電壓。
  23. 如請求項20或21之任一項之增益控制系統，其包含經組態以接收該放大信號之一音訊輸出換能器；且其中該第一信號包含一音訊信號。
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