專利名稱：可編程增益放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可編程增益放大器，確切說，涉及一種數(shù)字信號 控制的可編程增益放大器，屬于放大電路的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模擬電路需要對信號進(jìn)行放大或衰減，這一功能由可變增益放大 器(VGA)實(shí)現(xiàn)?？勺冊鲆娣糯笃骶褪窃鲆婵梢宰兓姆糯笃?。它廣泛 應(yīng)用在磁盤讀取驅(qū)動電路、磁數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、電磁計(jì)量器、電視 調(diào)諧器等方面，在無線通信的收發(fā)信機(jī)模擬前端中，也起著至關(guān)重要 的作用。隨著數(shù)模混合電路的發(fā)展，越來越多的可變增益放大器使用數(shù)字 信號控制增益的變化(也稱為可編程增益放大器)。同模擬自動增益 控制器環(huán)路相比，數(shù)控方式易于實(shí)現(xiàn)，控制精度高，節(jié)省功耗。數(shù)字 控制通常產(chǎn)生若干字節(jié)的控制碼，通過控制模擬開關(guān)，實(shí)現(xiàn)改變增益 的功能?？删幊淘鲆娣糯笃骺梢允褂秒娮桕嚵袑?shí)現(xiàn)增益控制。例如， 將電阻和MOS管模擬開關(guān)串連，控制MOS管模擬開關(guān)的通斷狀態(tài)實(shí) 現(xiàn)阻值的變化，進(jìn)而改變放大器的增益。因?yàn)榧呻娐分械碾娮琛?MOS管模擬開關(guān)都受到工藝、電壓和溫度等因素的影響，難以實(shí)現(xiàn) 精確的阻值，所以，可編程增益放大器的增益控制精度有限?？删幊淘鲆娣糯笃髦饕殖砷_環(huán)和閉環(huán)兩種結(jié)構(gòu)。開環(huán)放大器的增益 一 般表示為等效輸入跨導(dǎo)Q 和等效輸出電阻R?！穞的乘積 (Gain=C}mK。ut)，增益變化可以通過改變跨導(dǎo)或輸出電阻實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的可編程增益放大器動態(tài)范圍大，工作穩(wěn)定。但由于輸出節(jié)點(diǎn)通 常是放大器的主極點(diǎn)，因此，輸出電阻的變化將導(dǎo)致帶寬的變化。與 開環(huán)可編程增益放大器相比，閉環(huán)可編程增益放大器使用負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，性能穩(wěn)定。它的增益取決于反饋電阻與輸入電阻之比，線性度較 高。它可以實(shí)現(xiàn)端到端的輸入輸出，信號動態(tài)范圍大。當(dāng)前出現(xiàn)的閉 環(huán)可編程增益放大器大多采用差動輸入差動輸出運(yùn)放、譯碼器、輸入 電阻Rl、 R3和反饋電阻R2、 R4。見圖1。通過數(shù)控改變輸入電阻Rl 、 R3或反饋電阻R2、 R4的阻值可改變放大器的增益，即可使放大器的 增益可編程。但也有以下缺點(diǎn)如果反饋電阻R2、 R4數(shù)控可變，它 會影響輸入、輸出節(jié)點(diǎn)的極點(diǎn)，使放大器的帶寬發(fā)生變化；如果輸入 電阻Rl、 R3數(shù)控可變，它對前級將形成變化的負(fù)載效應(yīng)，需要在前 級與輸入電阻R1、 R3之間增加緩沖電路來隔離。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是推出一種可編程增益放大器。該放大器不僅有上 述閉環(huán)可編程增益放大器的全部優(yōu)點(diǎn)，還有帶寬穩(wěn)定和對前級的負(fù)載 效應(yīng)恒定的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該放大器含全平衡差動放大器模塊、譯碼器模塊和電阻開關(guān)陣列模塊，全平衡差動放大器模塊中的負(fù)反饋電阻分壓器的電阻比確定該放大器的最大增益，通過 譯碼器模塊的譯碼結(jié)果控制電阻開關(guān)陣列模塊衰減輸入信號的衰減量，最終實(shí)現(xiàn)該放大器的增益的可編程。電阻開關(guān)陣列模塊是兩個(gè)對 稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，它們的輸入電阻恒定，確保對前級 形成恒定的負(fù)載效應(yīng)?，F(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。一種可編程增益放大器，含差動輸入差動輸出運(yùn)放模塊、譯碼器 模塊2和電阻開關(guān)陣列模塊3，譯碼器模塊2是三位譯碼器，有三個(gè)數(shù) 字信號輸入端和八個(gè)數(shù)字信號輸出端，依次是第三數(shù)字信號輸入端 a2、第二數(shù)字信號輸入端al、第一數(shù)字信號輸入端aO、第一數(shù)字信號 輸出端dl、第二數(shù)字信號輸出端d2、第三數(shù)字信號輸出端d3、第四數(shù) 字信號輸出端d4、第五數(shù)字信號輸出端d5、第六數(shù)字信號輸出端d6、 第七數(shù)字信號輸出端d7和第八數(shù)字信號輸出端d8，其特征在于，差動輸入差動輸出運(yùn)放模塊是全平衡差動放大器模塊l，全平衡差動放大 器模塊l是傳統(tǒng)的四輸入端差動輸入差動輸出運(yùn)放模塊，有四個(gè)輸入 端和兩個(gè)輸入端，依次是正相輸入端vpp、反相輸入端vnp、正相負(fù)反 饋輸入端vpn、反相負(fù)反饋輸入端vnn、正相輸出端vop和反相輸出端 von，全平衡差動放大器模塊l還含兩路負(fù)反饋電阻分壓器，兩路負(fù)反 饋電阻分壓器含第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻 R4，第一電阻Rl的阻值二第三電阻R3的阻值-lkQ ，第二電阻R2的阻 值-第四電阻R4的阻值，且介于8kQ 130kQ之間，全平衡差動放大 器模塊l的最大增益Gmax二201g (第二電阻R2的阻值/第一電阻R1的阻 值)，單位為db，第二電阻R2跨接在正相輸出端vop和正相負(fù)反饋輸入 端vpn之間，第四電阻R4跨接在反相輸出端von和反相負(fù)反饋輸入端 vnn之間，第一電阻Rl跨接在正相負(fù)反饋輸入端vpn和參考電平端Vref 之間，第三電阻R3跨接在反相負(fù)反饋輸入端vnn和參考電平端Vref之 間，電阻開關(guān)陣列模塊3是兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)， 電阻開關(guān)陣列模塊3有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端、八個(gè)數(shù)字控制端和 一個(gè)參考電平端，依次是正相信號輸入端inl、反相信號輸入端in2、 正相信號輸出端outl和反相信號輸出端out2，第一數(shù)字控制端ckl、第 二數(shù)字控制端ck2、第三數(shù)字控制端ck3、第四數(shù)字控制端ck4、第五 數(shù)字控制端ck5、第六數(shù)字控制端ck6、第七數(shù)字控制端ck7、第八數(shù) 字控制端ck8和參考電平端Vref，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減 網(wǎng)絡(luò)之一含第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、 第九電阻R9、第十電阻RIO、第十一電阻Rll、第十二電阻R12、第十 三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第 十七電阻R17、第十八電阻R18、第一模擬開關(guān)M1、第二模擬開關(guān)M2、 第三模擬開關(guān)M3、第四模擬開關(guān)M4、第五模擬開關(guān)M5、第六模擬開 關(guān)M6、第七模擬開關(guān)M7和第八模擬開關(guān)M8，第五電阻R5、第七電阻 R7、第九電阻R9、第十一電阻Rll、第十三電阻R13、第十五電阻R15、 第十七電阻R17和第十八電阻R18依次串聯(lián)后跨接在正相信號輸入端 inl和參考電平端Vref之間，電阻與電阻的連接交點(diǎn)分別為第 一交點(diǎn)Pl、第二交點(diǎn)P2、第三交點(diǎn)P3、第四交點(diǎn)P4、第五交點(diǎn)P5、第六交 點(diǎn)P6和第七交點(diǎn)P7，第六電阻R6、第八電阻R8、第十電阻RIO、第十 二電阻R12、第十四電阻R14、第十六電阻R16分別跨接在第一交點(diǎn)P1、 第二交點(diǎn)P2、第三交點(diǎn)P3、第四交點(diǎn)P4、第五交點(diǎn)P5、第六交點(diǎn)P6 與參考電平端Vref之間，第一模擬開關(guān)M1、第二模擬開關(guān)M2、第三 模擬開關(guān)M3、第四模擬開關(guān)M4、第五模擬開關(guān)M5、第六模擬開關(guān) M6、第七模擬開關(guān)M7和第八模擬開關(guān)M8的源極分別與正相信號輸入 端inl、第一交點(diǎn)P1、第二交點(diǎn)P2、第三交點(diǎn)P3、第四交點(diǎn)P4、第五 交點(diǎn)P5、第六交點(diǎn)P6和第七交點(diǎn)P7連接，第一模擬開關(guān)M1、第二模 擬開關(guān)M2、第三模擬開關(guān)M3、第四模擬開關(guān)M4、第五模擬開關(guān)M5、 第六模擬開關(guān)M6、第七模擬開關(guān)M7和第八模擬開關(guān)M8的漏極均與正 相信號輸出端outl連接，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)之二 含第五'電阻R5'、第六'電阻R6'、第七'電阻R7'、第八'電阻R8'、第 九'電阻R9'、第十'電阻R10'、第十一'電阻R11'、第十二'電阻R12'、 第十三'電阻R13'、第十四，電阻R14'、第十五'電阻R15'、第十六，電 阻R16'、第十七'電阻R17'、第十八'電阻R18'、第一'模擬開關(guān)M1'、 第二，模擬開關(guān)M2，、第三，模擬開關(guān)M3'、第四，模擬開關(guān)M4'、第五， 模擬開關(guān)M5'、第六'模擬開關(guān)M6'、第七'模擬開關(guān)M7'和第八'模擬開 關(guān)M8，，第五'電阻R5'、第七'電阻R7'、第九'電阻R9'、第十一'電阻 Rll'、第十三，電阻R13'、第十五，電阻R15，、第十七，電阻R17，和第十 八'電阻R18'依次串聯(lián)后跨接在反相信號輸入端in2和參考電平端Vref 之間，電阻與電阻的連接交點(diǎn)分別為第一'交點(diǎn)P1'、第二'交點(diǎn)P2'、 第三，交點(diǎn)P3'、第四'交點(diǎn)P4，、第五，交點(diǎn)P5，、第六'交點(diǎn)P6'和第七' 交點(diǎn)P7'，第六'電阻R6'、第八'電阻R8'、第十'電阻R10'、第十二'電 阻R12'、第十四'電阻R14'、第十六'電阻R16'分別跨接在第一'交點(diǎn) Pl'、第二，交點(diǎn)P2'、第三，交點(diǎn)P3'、第四，交點(diǎn)P4'、第五，交點(diǎn)P5'、 第六'交點(diǎn)P6'與參考電平端Vref之間，第一'模擬開關(guān)M1'、第二'模擬 開關(guān)M2'、第三，模擬開關(guān)M3'、第四，模擬開關(guān)M4'、第五'模擬開關(guān) M5'、第六'模擬開關(guān)M6'、第七'模擬開關(guān)M7'和第八'模擬開關(guān)M8'的源極分別與反相信號輸入端in2、第一，交點(diǎn)P1'、第二，交點(diǎn)P2'、第三， 交點(diǎn)P3'、第四'交點(diǎn)P4'、第五'交點(diǎn)P5'、第六'交點(diǎn)P6'和第七，交點(diǎn)P7' 連接，第一，模擬開關(guān)M1'、第二，模擬開關(guān)M2'、第三，模擬開關(guān)M3，、 第四'模擬開關(guān)M4'、第五'模擬開關(guān)M5'、第六'模擬開關(guān)M6，、第七' 模擬開關(guān)M7'和第八'模擬開關(guān)M8'的漏極均與反相信號輸出端out2連 接，第五電阻R5、第七電阻R7、第九電阻R9、第十一電阻Rll、第十 三電阻R13、第十五電阻R15、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第 五，電阻R5，、第七'電阻R7'、第九'電阻R9'、第十一，電阻Rir、第十 三，電阻R13'、第十五，電阻R15，、第十七，電阻R17，和第十八，電阻R18' 的阻值均為r，第六電阻R6、第八電阻R8、第十電阻RIO、第十二電 阻R12、第十四電阻R14、第十六電阻R16、第六'電阻R6'、第八'電阻 R8'、第十'電阻R10'、第十二'電阻R12'、第十四'電阻R14'和第十六' 電阻R16'的阻值均為2r，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸 入電阻恒定，為2r， r介于5kQ 10kQ，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電 阻衰減網(wǎng)絡(luò)中的任一交點(diǎn)的衰減量與下一交點(diǎn)的衰減量之差為6db， 正相信號輸入端inl、第一交點(diǎn)Pl和第一'交點(diǎn)Pl'、第二交點(diǎn)P2和第二' 交點(diǎn)P2'、第三交點(diǎn)P3和第三，交點(diǎn)P3'、第四交點(diǎn)P4和第四，交點(diǎn)P4'、 第五交點(diǎn)P5和第五'交點(diǎn)P5'、第六交點(diǎn)P6和第六'交點(diǎn)P6'、第七交點(diǎn) P7和第七'交點(diǎn)P7'處的衰減量分別為0db、 一6db、 一 12db、 一18db、 —24db、 一30db、 一36db、 一42db，第一模擬開關(guān)M1、第二模擬開 關(guān)M2、第三模擬開關(guān)M3、第四模擬開關(guān)M4、第五模擬開關(guān)M5、第 六模擬開關(guān)M6、第七模擬開關(guān)M7和第八模擬開關(guān)M8的柵極分別與第 一，模擬開關(guān)M1'、第二，模擬開關(guān)M2'、第三，模擬開關(guān)M3'、第四，模 擬開關(guān)M4'、第五'模擬開關(guān)M5'、第六'模擬開關(guān)M6'、第七'模擬開關(guān) M7，和第八，模擬開關(guān)M8，的柵極連接后分別經(jīng)第一數(shù)字控制端ckl、 第二數(shù)字控制端ck2、第三數(shù)字控制端ck3、第四數(shù)字控制端ck4、第 五數(shù)字控制端ck5、第六數(shù)字控制端ck6、第七數(shù)字控制端ck7和第八 數(shù)字控制端ck8分別與第一數(shù)字信號輸出端dl、第二數(shù)字信號輸出端 d2、第三數(shù)字信號輸出端d3、第四數(shù)字信號輸出端d4、第五數(shù)字信號輸出端d5、第六數(shù)字信號輸出端d6、第七數(shù)字信號輸出端d7和第八數(shù) 字信號輸出端d8連接，電阻開關(guān)陣列模塊3的正相信號輸出端outl和 反相信號輸出端out2分別與全平衡差動放大器模塊l的正相輸入端 vpp和反相輸入端vnp連接，待放大的差分信號饋加在電阻開關(guān)陣列模 塊3的正相信號輸入端inl和反相信號輸入端in2之上，三位數(shù)字信號饋 加在譯碼器模塊2的第三數(shù)字信號輸入端a2、第二數(shù)字信號輸入端al 和第一數(shù)字信號輸入端aO之上，全平衡差動放大器模塊l的增益Gah^ 最大增益Gmax+兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減率。本發(fā)明采用Hussain Alzaher and Mohammed Ismail在2001年六月 在文章1中提出的全平衡差動放大器(FBDDA)作為全平衡差動 放大器模塊l。1Hussain Alzaher and Mohammed Ismail "A CMOS Fully Balanced Differential Difference Amplifier and Its Applications" IEEE TRANSACTIONS ONCI匪ITS AND SYSTEMS—II: ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING, VOL. 48， NO. 6， JUNE 2001.與背景技術(shù)相比，本發(fā)明有以下積極效果1、 本發(fā)明的可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)簡單。2、 本發(fā)明的可編程增益放大器的帶寬穩(wěn)定。在可編程增益放大 器的增益改變時(shí)，可編程增益放大器的輸出電阻并沒有改變，這就可 以在改變可編程增益放大器的增益的同時(shí)保持可編程增益放大器的 的帶寬不變。3、 本發(fā)明的可編程增益放大器的兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻 衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒定，確保該電阻衰減網(wǎng)絡(luò)對前級形成恒定的負(fù) 載效應(yīng)，在該電阻衰減網(wǎng)絡(luò)與前級之間不需增加緩沖電路來隔離。


圖1是已有的可變增益放大器的電路簡圖。圖2是本發(fā)明的可編程增益放大器的電路簡圖。圖3是開關(guān)電阻陣列模塊3的電路圖。圖4為實(shí)施例3的可編程增益放大器的增益-頻率特性圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案和工作原理。所有的實(shí) 施例均具有上文述及的基本的電路結(jié)構(gòu)。下述的實(shí)施例只羅列每個(gè)實(shí) 施例關(guān)鍵的技術(shù)數(shù)據(jù)。實(shí)施例1可編程增益放大器之一全平衡差動放大器模塊1采用Hussain Alzaher and Mohammed Ismail在2001年六月在文章1中提出的全平衡差動放大器 (FBDDA);第一電阻Rl的阻值4kQ，第二電阻R2的阻值40kQ， Gmax=201og (10kQ/lkQ ) db=20db;r=5kQ ，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒 定，為10kQ ;Gmii^Gmax+兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的最大衰減 率=20凸—42 db=—22db。 工作原理當(dāng)輸入第三數(shù)字信號輸入端a2、第二數(shù)字信號輸入端ai、第一 數(shù)字信號輸入端a0的三位數(shù)字信號a2ala(H ( 000) 2時(shí)，譯碼器模 塊2的第一數(shù)字信號輸出端dl輸出高位控制信號，第一數(shù)字控制端 ckl隨之為高位信號，第一模擬開關(guān)Ml和第一模擬開關(guān)Ml'閉合， 從正相信號輸入端inl和反相信號輸入端in2輸入的差動輸入信號分 別經(jīng)閉合的第一模擬開關(guān)Ml和第一'模擬開關(guān)Ml'、正相信號輸出端 outl和反相信號輸出端out2，加至全平衡差動放大器模塊1的正相輸 入端vpp和反相輸入端vnp，全平衡差動放大器模塊1對該差動輸入 信號進(jìn)行放大。本實(shí)施例的全平衡差動放大器模塊1的最大增益 Gmax=201og ( 10kQ/lkQ ) db=20db，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻 衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減率-201og (1/1) =0db，本實(shí)施例的全平衡差動放大 器模塊1的增益Gair^Gmax+兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò) 的衰減率=20db+0db=20db 。簡言之，當(dāng)a2ala0= (100) 2時(shí)，第五模擬開關(guān)M5和第五，模擬開關(guān)M5'閉合。本實(shí)施例的全平衡差動放大器模塊1的最大增益 Gmax=201og (10kQ/lkQ) db=20db，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻 衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減率二201og (1/16+1) =201og (1/16) =—24db，本實(shí) 施例的全平衡差動放大器模塊1的增益Gair^Gmax+兩個(gè)對稱的含模 擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減率=20(^+ (—24db) =—4db。當(dāng)a2ala0= ( 111) 2時(shí)，第八模擬開關(guān)M8和第八'模擬開關(guān)M8' 閉合。本實(shí)施例的全平衡差動放大器模塊1的最大增益GmaX=201Og (10kQ/lkQ) db=42db，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的 衰減率-201og ( 1/128 + 1 ) =201og (1/128) =_42db，本實(shí)施例的全 平衡差動放大器模塊1的增益Gaii^Gmax+兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的 電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減率=2035+ (—42db) =—22db。實(shí)施例2可編程增益放大器之二除以下不同外，其余均與實(shí)施例1完全相同。第二電阻R2的阻值-32kQ ， Gmax=201og(32kQ/lkQ )db=30db;r=7.5kQ ，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒 定，為15kQ ;Gmii^Gmax+兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的最大衰減 率二30db—42db=—12db。實(shí)施例3可編程增益放大器之三除以下不同外，其余均與實(shí)施例1完全相同。第二電阻R2的阻值-125kQ，Gmax=201og ( 125k Q/lk Q ) db=42db;r=10kQ ，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒 定，為20kQ ;Gmii^Gmax+兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的最大衰減 率二42db—42 db=0db。
權(quán)利要求
1、一種可編程增益放大器，含差動輸入差動輸出運(yùn)放模塊、譯碼器模塊(2)和電阻開關(guān)陣列模塊(3)，譯碼器模塊(2)是三位譯碼器，有三個(gè)數(shù)字信號輸入端和八個(gè)數(shù)字信號輸出端，依次是第三數(shù)字信號輸入端(a2)、第二數(shù)字信號輸入端(a1)、第一數(shù)字信號輸入端(a0)、第一數(shù)字信號輸出端(d1)、第二數(shù)字信號輸出端(d2)、第三數(shù)字信號輸出端(d3)、第四數(shù)字信號輸出端(d4)、第五數(shù)字信號輸出端(d5)、第六數(shù)字信號輸出端(d6)、第七數(shù)字信號輸出端(d7)和第八數(shù)字信號輸出端(d8)，其特征在于，差動輸入差動輸出運(yùn)放模塊是全平衡差動放大器模塊(1)，全平衡差動放大器模塊(1)是傳統(tǒng)的四輸入端差動輸入差動輸出運(yùn)放模塊，有四個(gè)輸入端和兩個(gè)輸入端，依次是正相輸入端(vpp)、反相輸入端(vnp)、正相負(fù)反饋輸入端(vpn)、反相負(fù)反饋輸入端(vnn)、正相輸出端(vop)和反相輸出端(von)，全平衡差動放大器模塊(1)還含兩路負(fù)反饋電阻分壓器，兩路負(fù)反饋電阻分壓器含第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)和第四電阻(R4)，第一電阻(R1)的阻值＝第三電阻(R3)的阻值＝1kΩ，第二電阻(R2)的阻值＝第四電阻(R4)的阻值，且介于8kΩ～130kΩ之間，全平衡差動放大器模塊(1)的最大增益Gmax＝20lg(第二電阻(R2)的阻值/第一電阻(R1)的阻值)，單位為db，第二電阻(R2)跨接在正相輸出端(vop)和正相負(fù)反饋輸入端(vpn)之間，第四電阻(R4)跨接在反相輸出端(von)和反相負(fù)反饋輸入端(vnn)之間，第一電阻(R1)跨接在正相負(fù)反饋輸入端(vpn)和參考電平端(Vref)之間，第三電阻(R3)跨接在反相負(fù)反饋輸入端(vnn)和參考電平端(Vref)之間，電阻開關(guān)陣列模塊(3)是兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，電阻開關(guān)陣列模塊(3)有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端、八個(gè)數(shù)字控制端和一個(gè)參考電平端，依次是正相信號輸入端(in1)、反相信號輸入端(in2)、正相信號輸出端(out1)和反相信號輸出端(out2)，第一數(shù)字控制端(ck1)、第二數(shù)字控制端(ck2)、第三數(shù)字控制端(ck3)、第四數(shù)字控制端(ck4)、第五數(shù)字控制端(ck5)、第六數(shù)字控制端(ck6)、第七數(shù)字控制端(ck7)、第八數(shù)字控制端(ck8)和參考電平端(Vref)，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)之一含第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第八電阻(R8)、第九電阻(R9)、第十電阻(R10)、第十一電阻(R11)、第十二電阻(R12)、第十三電阻(R13)、第十四電阻(R14)、第十五電阻(R15)、第十六電阻(R16)、第十七電阻(R17)、第十八電阻(R18)、第一模擬開關(guān)(M1)、第二模擬開關(guān)(M2)、第三模擬開關(guān)(M3)、第四模擬開關(guān)(M4)、第五模擬開關(guān)(M5)、第六模擬開關(guān)(M6)、第七模擬開關(guān)(M7)和第八模擬開關(guān)(M8)，第五電阻(R5)、第七電阻(R7)、第九電阻(R9)、第十一電阻(R11)、第十三電阻(R13)、第十五電阻(R15)、第十七電阻(R17)和第十八電阻(R18)依次串聯(lián)后跨接在正相信號輸入端(in1)和參考電平端(Vref)之間，電阻與電阻的連接交點(diǎn)分別為第一交點(diǎn)(P1)、第二交點(diǎn)(P2)、第三交點(diǎn)(P3)、第四交點(diǎn)(P4)、第五交點(diǎn)(P5)、第六交點(diǎn)(P6)和第七交點(diǎn)(P7)，第六電阻(R6)、第八電阻(R8)、第十電阻(R10)、第十二電阻(R12)、第十四電阻(R14)、第十六電阻(R16)分別跨接在第一交點(diǎn)(P1)、第二交點(diǎn)(P2)、第三交點(diǎn)(P3)、第四交點(diǎn)(P4)、第五交點(diǎn)(P5)、第六交點(diǎn)(P6)與參考電平端(Vref)之間，第一模擬開關(guān)(M1)、第二模擬開關(guān)(M2)、第三模擬開關(guān)(M3)、第四模擬開關(guān)(M4)、第五模擬開關(guān)(M5)、第六模擬開關(guān)(M6)、第七模擬開關(guān)(M7)和第八模擬開關(guān)(M8)的源極分別與正相信號輸入端(in1)、第一交點(diǎn)(P1)、第二交點(diǎn)(P2)、第三交點(diǎn)(P3)、第四交點(diǎn)(P4)、第五交點(diǎn)(P5)、第六交點(diǎn)P6和第七交點(diǎn)P7連接，第一模擬開關(guān)M1、第二模擬開關(guān)M2、第三模擬開關(guān)(M3)、第四模擬開關(guān)(M4)、第五模擬開關(guān)(M5)、第六模擬開關(guān)(M6)、第七模擬開關(guān)(M7)和第八模擬開關(guān)(M8)的漏極均與正相信號輸出端(out1)連接，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)之二含第五’電阻(R5’)、第六’電阻(R6’)、第七’電阻(R7’)、第八’電阻(R8’)、第九’電阻(R9’)、第十’電阻(R10’)、第十一’電阻(R11’)、第十二’電阻(R12’)、第十三’電阻(R13’)、第十四’電阻(R14’)、第十五’電阻(R15’)、第十六’電阻(R16’)、第十七’電阻(R17’)、第十八’電阻(R18’)、第一’模擬開關(guān)(M1’)、第二’模擬開關(guān)(M2’)、第三’模擬開關(guān)(M3’)、第四’模擬開關(guān)(M4’)、第五’模擬開關(guān)(M5’)、第六’模擬開關(guān)(M6’)、第七’模擬開關(guān)(M7’)和第八’模擬開關(guān)(M8’)，第五’電阻(R5’)、第七’電阻(R7’)、第九’電阻(R9’)、第十一’電阻(R11’)、第十三’電阻(R13’)、第十五’電阻(R15’)、第十七’電阻(R17’)和第十八’電阻(R18’)依次串聯(lián)后跨接在反相信號輸入端(in2)和參考電平端(Vref)之間，電阻與電阻的連接交點(diǎn)分別為第一’交點(diǎn)(P1’)、第二’交點(diǎn)(P2’)、第三’交點(diǎn)(P3’)、第四’交點(diǎn)(P4’)、第五’交點(diǎn)(P5’)、第六’交點(diǎn)(P6’)和第七’交點(diǎn)(P7’)，第六’電阻(R6’)、第八’電阻(R8’)、第十’電阻(R10’)、第十二’電阻(R12’)、第十四’電阻(R14’)、第十六’電阻(R16’)分別跨接在第一’交點(diǎn)(P1’)、第二’交點(diǎn)(P2’)、第三’交點(diǎn)(P3’)、第四’交點(diǎn)(P4’)、第五’交點(diǎn)(P5’)、第六’交點(diǎn)(P6’)與參考電平端(Vref)之間，第一’模擬開關(guān)(M1’)、第二’模擬開關(guān)(M2’)、第三’模擬開關(guān)(M3’)、第四’模擬開關(guān)(M4’)、第五’模擬開關(guān)(M5’)、第六’模擬開關(guān)(M6’)、第七’模擬開關(guān)(M7’)和第八’模擬開關(guān)(M8’)的源極分別與反相信號輸入端(in2)、第一’交點(diǎn)(P1’)、第二’交點(diǎn)(P2’)、第三’交點(diǎn)(P3’)、第四’交點(diǎn)(P4’)、第五’交點(diǎn)(P5’)、第六’交點(diǎn)(P6’)和第七’交點(diǎn)(P7’)連接，第一’模擬開關(guān)(M1’)、第二’模擬開關(guān)(M2’)、第三’模擬開關(guān)(M3’)、第四’模擬開關(guān)(M4’)、第五’模擬開關(guān)(M5’)、第六’模擬開關(guān)(M6’)、第七’模擬開關(guān)(M7’)和第八’模擬開關(guān)(M8’)的漏極均與反相信號輸出端(out2)連接，第五電阻(R5)、第七電阻(R7)、第九電阻(R9)、第十一電阻(R11)、第十三電阻(R13)、第十五電阻(R15)、第十七電阻(R17)、第十八電阻(R18)、第五’電阻(R5’)、第七’電阻(R7’)、第九’電阻(R9’)、第十一’電阻(R11’)、第十三’電阻(R13’)、第十五電阻(R15’)、第十七’電阻(R17’)和第十八’電阻(R18’)的阻值均為r，第六電阻(R6)、第八電阻(R8)、第十電阻(R10)、第十二電阻(R12)、第十四電阻(R14)、第十六電阻(R16)、第六’電阻(R6’)、第八’電阻(R8’)、第十’電阻(R10’)、第十二’電阻(R12’)、第十四’電阻(R14’)和第十六’電阻(R16’)的阻值均為2r，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒定，為2r，r介于5kΩ～10kΩ，兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)中的任一交點(diǎn)的衰減量與下一交點(diǎn)的衰減量之差為6db，正相信號輸入端(in1)、第一交點(diǎn)(P1)和第一’交點(diǎn)(P1’)、第二交點(diǎn)(P2)和第二’交點(diǎn)(P2’)、第三交點(diǎn)(P3)和第三’交點(diǎn)(P3’)、第四交點(diǎn)(P4)和第四’交點(diǎn)(P4’)、第五交點(diǎn)(P5)和第五’交點(diǎn)(P5’)、第六交點(diǎn)(P6)和第六’交點(diǎn)(P6’)、第七交點(diǎn)(P7)和第七’交點(diǎn)(P7’)處的衰減量分別為0db、-6db、-12db、-18db、-24db、-30db、-36db、-42db，第一模擬開關(guān)(M1)、第二模擬開關(guān)(M2)、第三模擬開關(guān)(M3)、第四模擬開關(guān)(M4)、第五模擬開關(guān)(M5)、第六模擬開關(guān)(M6)、第七模擬開關(guān)(M7)和第八模擬開關(guān)(M8)的柵極分別與第一’模擬開關(guān)(M1’)、第二’模擬開關(guān)(M2’)、第三’模擬開關(guān)(M3’)、第四’模擬開關(guān)(M4’)、第五’模擬開關(guān)(M5’)、第六’模擬開關(guān)(M6’)、第七’模擬開關(guān)(M7’)和第八’模擬開關(guān)(M8’)的柵極連接后分別經(jīng)第一數(shù)字控制端(ck1)、第二數(shù)字控制端(ck2)、第三數(shù)字控制端(ck3)、第四數(shù)字控制端(ck4)、第五數(shù)字控制端(ck5)、第六數(shù)字控制端(ck6)、第七數(shù)字控制端(ck7)和第八數(shù)字控制端(ck8)分別與第一數(shù)字信號輸出端(d1)、第二數(shù)字信號輸出端(d2)、第三數(shù)字信號輸出端(d3)、第四數(shù)字信號輸出端(d4)、第五數(shù)字信號輸出端(d5)、第六數(shù)字信號輸出端(d6)、第七數(shù)字信號輸出端(d7)和第八數(shù)字信號輸出端(d8)連接，電阻開關(guān)陣列模塊(3)的正相信號輸出端(out1)和反相信號輸出端(out2)分別與全平衡差動放大器模塊1的正相輸入端(vpp)和反相輸入端(vnp)連接，待放大的差分信號饋加在電阻開關(guān)陣列模塊3的正相信號輸入端(in1)和反相信號輸入端(in2)之上，三位數(shù)字信號饋加在譯碼器模塊(2)的第三數(shù)字信號輸入端(a2)、第二數(shù)字信號輸入端(a1)和第一數(shù)字信號輸入端(a0)之上，全平衡差動放大器模塊(1)的增益Gain＝最大增益Gmax+兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其特征在于，第 一電阻(Rl)的阻值-lkQ，第二電阻(R2)的阻值40kQ， Gmax=201og ( 10kQ/lkQ ) db=20db; r=5k Q ，兩個(gè)對稱的含模擬開 關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒定，為10kQ; Gmir^Gmax+兩個(gè)對 稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的最大衰減率=20db — 42 db=— 22dK
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其特征在于，第 一電阻(Rl)的阻值4kQ，第二電阻(R2)的阻值32kQ， Gmax=201og (32kQ/lkQ) db=30db; r=7.5k Q ，兩個(gè)對稱的含模擬 開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒定，為15kQ; Gmin-Gmax+兩個(gè) 對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的最大衰減率=30db — 42db= _ 12db。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程增益放大器，其特征在于，第 一電阻(Rl)的阻值4kQ，第二電阻(R2)的阻值^25kQ， Gmax-201og ( 125kQ/lkQ ) db=42db; r=10kQ，兩個(gè)對稱的含模擬 開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻恒定，為20kQ; Gmir^Gmax+兩個(gè) 對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的最大衰減率-42db—42db=0db。
全文摘要
一種可編程增益放大器，屬于放大電路的技術(shù)領(lǐng)域。該放大器含全平衡差動放大器模塊、譯碼器模塊和電阻開關(guān)陣列模塊，全平衡差動放大器模塊中的負(fù)反饋電阻分壓器的電阻比確定該放大器的最大增益，通過譯碼器模塊的譯碼結(jié)果控制電阻開關(guān)陣列模塊衰減輸入信號的衰減量，最終實(shí)現(xiàn)該放大器的增益的可編程。電阻開關(guān)陣列模塊是兩個(gè)對稱的含模擬開關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，它們的輸入電阻恒定，確保對前級形成恒定的負(fù)載效應(yīng)。該放大器有以下優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單；帶寬穩(wěn)定；和輸入電阻恒定，對前級形成恒定的負(fù)載效應(yīng)，在該放大器與前級之間不需增加緩沖電路來隔離。
文檔編號H03G3/00GK101242161SQ200810034629
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者吳岳婷, 崔建明, 張潤曦, 萌 李, 謝傳文, 賴宗聲, 郭興龍, 磊 陳, 陳元盈 申請人:華東師范大學(xué)