本發(fā)明涉及一種可變?cè)鲆娣糯箅娐贰?/p>

背景技術(shù)：

可變?cè)鲆娣糯箅娐酚靡愿鶕?jù)一增益控制信號(hào)以放大或衰減一輸入信號(hào)。圖1繪示一傳統(tǒng)可變?cè)鲆娣糯箅娐返氖疽鈭D。該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00包含一差動(dòng)運(yùn)算放大器(operationalamplifier)12、具有固定電阻值的電阻r1b和r2b以及具有可變電阻值的電阻r2a和r2b。

如圖1所示，該等電阻r2a和r2b的每一個(gè)具有多個(gè)并聯(lián)的電路單元，其中每一電路單元由串聯(lián)在一起的晶體管開關(guān)和電阻所組成。一增益控制器14產(chǎn)生多個(gè)邏輯信號(hào)至該電阻r2a中的多個(gè)晶體管開關(guān)，且一增益控制器16產(chǎn)生多個(gè)邏輯信號(hào)至該電阻r2b中的多個(gè)晶體管開關(guān)。該等電阻r2a和r2b的阻值由晶體管開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)所決定。因此，藉由導(dǎo)通和截止該等開關(guān)，該等電阻r2a和r2b的阻值會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而改變?cè)摽勺冊(cè)鲆娣糯箅娐?00的增益。

依此運(yùn)作方式，當(dāng)電阻r1a的阻值等于電阻r1b的阻值，且電阻r2a的阻值等于電阻r2b的阻值時(shí)，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的增益可由該電阻r2a的阻值和該電阻r1a的阻值比例所決定。當(dāng)該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的增益需要n級(jí)變化時(shí)，該等電阻r2a和r2b的每一個(gè)中的電路單元需要n個(gè)晶體管開關(guān)和n個(gè)電阻。因此，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的芯片面積會(huì)隨著級(jí)數(shù)n的增加而加大許多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種可變?cè)鲆娣糯箅娐?，該可變?cè)鲆娣糯箅娐酚靡苑糯笠坏谝惠斎胄盘?hào)和一第二輸入信號(hào)之間的一電壓差值，藉以產(chǎn)生一放大差動(dòng)輸出信號(hào)。該可變?cè)鲆娣糯箅娐钒贿\(yùn)算放大器、一第一輸入元件、一反饋元件、一動(dòng)態(tài)偏壓電路和一跨導(dǎo)放大器。該運(yùn)算放大器具有一第一輸入端，一第二輸入端和用以提供該放大差動(dòng)輸出信號(hào)的一輸出端。該第一輸入元件具有用以接收該第一輸入信號(hào)的一第一端和耦接至該運(yùn)算放大器的該第一輸入端的一第二端。該反饋元件具有耦接至該運(yùn)算放大器的該第一輸入端的一第一端和耦接至該運(yùn)算放大器的該輸出端的一第二端。該動(dòng)態(tài)偏壓電路用以根據(jù)一設(shè)定值以產(chǎn)生一偏壓電流。該跨導(dǎo)放大器用以轉(zhuǎn)換該第一輸入信號(hào)和該第二輸入信號(hào)之間的該電壓差值以產(chǎn)生一模擬輸出電流。該模擬輸出電流流經(jīng)該反饋元件。該第一輸入元件具有一固定阻值。該跨導(dǎo)放大器的該模擬輸出電流根據(jù)該偏壓電流而改變。

附圖說明

圖1繪示一傳統(tǒng)可變?cè)鲆娣糯箅娐返氖疽鈭D。

圖2顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的一可變?cè)鲆娣糯箅娐返姆綁K示意圖。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該可變?cè)鲆娣糯箅娐返碾娐穲D。

圖4顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的一可變?cè)鲆娣糯箅娐返姆綁K示意圖。

圖5顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的一可變?cè)鲆娣糯箅娐返碾娐穲D。

圖6顯示結(jié)合本發(fā)明又一實(shí)施例的可增加增益的一可變?cè)鲆娣糯箅娐返姆綁K示意圖。

圖7顯示圖6所示的該可變?cè)鲆娣糯箅娐返倪\(yùn)作方式。

圖8顯示結(jié)合本發(fā)明再一實(shí)施例的可增加增益的一可變?cè)鲆娣糯箅娐返姆綁K示意圖。

圖9顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該可變?cè)鲆娣糯箅娐返碾娐穲D。

【符號(hào)說明】

100可變?cè)鲆娣糯箅娐?/p>

12差動(dòng)運(yùn)算放大器

14增益控制器

16增益控制器

200可變?cè)鲆娣糯箅娐?/p>

22增益放大器

224運(yùn)算放大器

24，24’跨導(dǎo)放大器

26，26’動(dòng)態(tài)偏壓電路

262電流產(chǎn)生電路

2622運(yùn)算放大器

264電流鏡電路

400可變?cè)鲆娣糯箅娐?/p>

42增益放大器

424運(yùn)算放大器

48檢測(cè)電路

49充電泵

600可變?cè)鲆娣糯箅娐?/p>

64切換單元

66切換單元

68檢測(cè)電路

800可變?cè)鲆娣糯箅娐?/p>

82檢測(cè)電路

c1，ch電容

i1，i2電流源

n1～n5晶體管

p1～p5晶體管

r1a，r2a，r1b，r2b電阻

r1～r4電阻

rlel電阻

sw1，sw2開關(guān)

具體實(shí)施方式

在說明書及所附的權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及所附的權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及所附的權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的“包含”或“包含”為一開放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

圖2顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的一可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的方塊示意圖。參照?qǐng)D2，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00包含一增益放大器22、一跨導(dǎo)(transconductance)放大器24和一動(dòng)態(tài)偏壓電路26。

該增益放大器22用以接收一模擬輸入信號(hào)vi以產(chǎn)生一模擬輸出信號(hào)vo。在本實(shí)施例中，該增益放大器22由一單端輸入單端輸出的運(yùn)算放大器224、具有固定電阻值的電阻r1以及具有固定電阻值的電阻r2所組成。當(dāng)跨導(dǎo)放大器24未提供電流至電阻r2時(shí)，該增益放大器22的增益g由式(1)決定。

g＝r2/r1(1)

然而，該增益放大器22的新增益g’可藉由改變流過電阻r2的凈電流來獲得。參考圖2，該跨導(dǎo)放大器24用以轉(zhuǎn)換輸入電壓vi和參考電壓vref的差值以產(chǎn)生一模擬輸出電流igm。接著，該跨導(dǎo)放大器24提供該模擬輸出電流igm至該增益放大器22，藉以調(diào)整該增益放大器22的增益g’。注意該跨導(dǎo)放大器24的一偏壓電流idyn來自該動(dòng)態(tài)偏壓電路26。該偏壓電流idyn可以根據(jù)一輸入信號(hào)vlel而改變。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的電路圖。參考圖3，該動(dòng)態(tài)偏壓電路26包含一電流產(chǎn)生電路262和一電流鏡電路264。該電流產(chǎn)生電路262由一運(yùn)算放大器2622、一nmos晶體管n1和一電阻rlel所組成。該運(yùn)算放大器2622具有用以接收該輸入信號(hào)vlel的一正輸入端、耦接至該電阻rlel的一負(fù)輸入端和耦接至該nmos晶體管n1的一柵極的一輸出端。依此結(jié)構(gòu)，流過該nmos晶體管n1的電流in1可由式(2)決定。

in1＝vlel/rlel(2)

參照?qǐng)D3，該電流鏡電路264由pmos晶體管p1、p2和p3所組成。該pmos晶體管p1接收流過該nmos晶體管n1的電流in1，而該等pmos晶體管p2和p3根據(jù)寬長(zhǎng)比(w/lratio)而產(chǎn)生比例于該電流in1的電流。該pmos晶體管p3的電流做為該跨導(dǎo)放大器24的上偏壓電流。流過該pmos晶體管p2的電流流至該nmos晶體管n2，接著，該nmos晶體管n3根據(jù)寬長(zhǎng)比而產(chǎn)生比例于該nmos晶體管n2的電流，以做為該跨導(dǎo)放大器24的下偏壓電流。

該跨導(dǎo)放大器24包含一輸入晶體管對(duì)，由串聯(lián)的pmos晶體管p1和nmos晶體管n4以及串聯(lián)的pmos晶體管p5和nmos晶體管n5所組成。參照?qǐng)D3，該pmos晶體管p4和該nmos晶體管n4串聯(lián)連接于該pmos晶體管p3和該nmos晶體管n3之間，而該pmos晶體管p5和該nmos晶體管n5串聯(lián)連接于該pmos晶體管p3和該nmos晶體管n3之間。

參照?qǐng)D3，該pmos晶體管p4和該nmos晶體管n4的柵極用以接收該模擬輸入信號(hào)vi，而該pmos晶體管p5和該nmos晶體管n5的柵極用以接收該參考電壓vref。因此，該跨導(dǎo)放大器24的該模擬輸出電流igm的電流值會(huì)比例于該輸入電壓vi和參考電壓vref的差值。此外，該跨導(dǎo)放大器24的增益相應(yīng)于該pmos晶體管p3或該nmos晶體管n3的偏壓電流值。

以下參考圖3說明該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的一運(yùn)作方式。隨著該輸入信號(hào)vlel的電壓值上升，流過該電阻rlel的電流也隨之增加。由于電流鏡264會(huì)產(chǎn)生一復(fù)制電流，其等比例于流過該電阻rlel的電流。因此，該pmos晶體管p3和該pmos晶體管p3的偏壓電流值也會(huì)隨之增加。當(dāng)vi>vref時(shí)，該跨導(dǎo)放大器24產(chǎn)生該模擬輸出電流igm，此時(shí)該模擬輸出電流igm會(huì)帶走原本流過該電阻r2的電流，故流過電阻r2的凈電流會(huì)下降，這使得該增益放大電路22的增益下降。

在圖3中，一單端輸入單端輸出的運(yùn)算放大器224使用于該增益放大器22中。然而，本發(fā)明不應(yīng)限定于此一類型的運(yùn)算放大器。該增益放大器22也可以是差動(dòng)輸入差動(dòng)輸出放大器的類型。圖4顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的一可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的方塊示意圖。參照?qǐng)D4，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00包含一增益放大器42、一跨導(dǎo)放大器24’、一動(dòng)態(tài)偏壓電路26’、一檢測(cè)電路48和一充電泵49。圖4中類似圖2的元件以類似的參考數(shù)字顯示，且電路的細(xì)節(jié)將不再贅述。

在本實(shí)施例中該增益放大器42為一雙端差動(dòng)輸入雙端差動(dòng)輸出放大器的類型。該增益放大器42接收互補(bǔ)的模擬輸入信號(hào)vip和vin以產(chǎn)生互補(bǔ)的模擬輸出信號(hào)vop和von。如圖4所示，該增益放大器42由一差動(dòng)運(yùn)算放大器424和具有固定電阻值的電阻r1，r2，r3，r4所組成。當(dāng)電阻r1的阻值等于電阻r2的阻值，且電阻r3的阻值等于電阻r4的阻值時(shí)，在該跨導(dǎo)放大器24’未提供電流至電阻r3的狀況下，該增益放大器42的增益g由式(3)決定。

g＝r3/r1(3)

在此狀況下，當(dāng)輸入電壓vip大于輸入電壓vin時(shí)，流過電阻r3的電流的方向和流過r4的電流的方向如圖4實(shí)線所示。隨著輸入電壓vip和輸入電壓vin的差值增加，流過電阻r3和r4的電流也隨之增加。

另一方面，當(dāng)該檢測(cè)電路48檢測(cè)到該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的輸出電壓不在一預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，該增益放大器42的增益可以開始進(jìn)行調(diào)整。以下參考圖5說明該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的一運(yùn)作方式。當(dāng)該檢測(cè)電路48檢測(cè)到該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的輸出電壓vop，von不在該預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，該檢測(cè)電路48產(chǎn)生互補(bǔ)的控制信號(hào)up和dn至該充電泵49。該充電泵49用以產(chǎn)生該信號(hào)vlel。如圖5所示，該充電泵49包含一上偏壓電流源i1、一下偏壓電流源i2、兩開關(guān)sw1和sw2和一電容c1。

該充電泵49根據(jù)該控制信號(hào)up對(duì)該電容c1充電，使得信號(hào)vlel的電壓值上升；該充電泵49根據(jù)該控制信號(hào)dn對(duì)該電容c1放電，使得信號(hào)vlel的電壓值下降。當(dāng)該檢測(cè)電路48檢測(cè)到該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的輸出電壓vop，von不在該預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，該充電泵49對(duì)該電容c1充電。因此，該信號(hào)vlel的電壓值增加，流過該電阻rlel的電流也隨之增加。隨著流過該電阻rlel的電流增加，該pmos晶體管p3或該nmos晶體管n3的偏壓電流值也會(huì)隨之增加，使得該跨導(dǎo)放大器24的模擬輸出電流ij1和ij2增加。因此，流過電阻r3和r4的凈電流會(huì)下降，這使得該增益放大器42的增益下降。注意該等模擬輸出電流ij1和ij2的電流方向會(huì)相反。當(dāng)該增益放大器42的增益下降后，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的輸出電壓vop，von最終會(huì)回復(fù)到該預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，使得該信號(hào)vlel的信號(hào)不會(huì)持續(xù)增加且保持一穩(wěn)定值。

圖2和圖4中的可變?cè)鲆娣糯箅娐房墒褂迷谠S多通信系統(tǒng)和信號(hào)處理單元中。舉例而言，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00可以運(yùn)用于一音量控制單元中以增加或衰減輸入的音頻信號(hào)。圖6顯示結(jié)合本發(fā)明又一實(shí)施例的可增加增益的一可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的方塊示意圖。參照?qǐng)D6，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00包含一增益放大器42、一跨導(dǎo)放大器24’、一切換單元64、一切換單元66、一動(dòng)態(tài)偏壓電路26’、一檢測(cè)電路68和一充電泵49。圖6中類似圖4的元件以類似的參考數(shù)字顯示。

現(xiàn)說明該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的運(yùn)作方式。當(dāng)該檢測(cè)電路68檢測(cè)到該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的輸出電壓vop和von不在一較高預(yù)定范圍內(nèi)(例如4v)時(shí)，該切換單元64內(nèi)的開關(guān)會(huì)導(dǎo)通而該切換單元66內(nèi)的開關(guān)會(huì)截止。因此，該跨導(dǎo)放大器24’會(huì)根據(jù)輸入電壓vip和輸入電壓vin間的差值產(chǎn)生輸出電流ij1和ij2。接著，該充電泵49對(duì)該電容c1充電以增加信號(hào)vlel的電壓值。當(dāng)信號(hào)vlel的電壓值增加時(shí)，流過電阻r3和r4的凈電流減少，這使得該增益放大器42的增益下降。依此方式，當(dāng)該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的輸出電壓vop和von不在較高預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00可降低增益。

另一方面，當(dāng)該檢測(cè)電路48檢測(cè)到該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的輸出電壓vop，von不在一較低預(yù)定范圍內(nèi)(例如0.5v)時(shí)，該切換單元64內(nèi)的開關(guān)會(huì)截止而該切換單元66內(nèi)的開關(guān)會(huì)導(dǎo)通。因此，該跨導(dǎo)放大器24’會(huì)根據(jù)輸入電壓vip和輸入電壓vin間的差值產(chǎn)生輸出電流ij1和ij2。在此狀況下，該信號(hào)vlel的電壓值會(huì)增加。如圖7所示，流過電阻r3和r4的凈電流會(huì)增加，這使得該增益放大器42的增益上升。

圖8顯示結(jié)合本發(fā)明再一實(shí)施例的可增加增益的一可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的方塊示意圖。參照?qǐng)D8，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00包含一增益放大器42、一跨導(dǎo)放大器24’、一動(dòng)態(tài)偏壓電路26’、一檢測(cè)電路82、一開關(guān)sw和一電容ch。圖2中的可變?cè)鲆娣糯箅娐?00和圖4中的可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的增益調(diào)整未限定在輸入電壓或輸出電壓的零交越處。因此，即使藉由引入小電流igm至增益放大器22或藉由引入小電流ij1和ij2至增益放大器42以微幅的調(diào)整放大器增益，在模擬輸入電壓的頂端時(shí)，仍有可能造成可聽見的瞬變(audibletransient)。對(duì)于高質(zhì)量的音響裝置，聲音瞬變是一個(gè)問題。為了解決此一問題，該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00會(huì)需要檢測(cè)電路72以檢測(cè)輸入電壓或輸出電壓的零交越處(zerocrossing)，例如在輸入電壓或輸出電壓由正值轉(zhuǎn)變到負(fù)值或負(fù)值轉(zhuǎn)變到正值時(shí)產(chǎn)生一零交越信號(hào)表示信號(hào)進(jìn)入零交越處。

圖9顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該可變?cè)鲆娣糯箅娐?00的電路圖。圖9中類似圖5的元件以類似的參考數(shù)字顯示。參考圖9，在本實(shí)施例中，該檢測(cè)電路82接收互補(bǔ)的模擬輸出信號(hào)vop和von并且在輸出信號(hào)vop和von的零交越處產(chǎn)生一零交越信號(hào)zc。該開關(guān)sw只有在零交越信號(hào)zc產(chǎn)生時(shí)才會(huì)導(dǎo)通，以將該信號(hào)vlel的電壓值傳送至電容ch上。接著，該動(dòng)態(tài)偏壓電路26’根據(jù)電容ch上的電壓vd產(chǎn)生提供至該跨導(dǎo)放大器24’上的上偏壓電流和下偏壓電流。依此方式，該增益放大器42只有在檢測(cè)電路82檢測(cè)到零交越點(diǎn)時(shí)才會(huì)調(diào)整增益值。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示者，而應(yīng)包含各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為隨后的權(quán)利要求書所涵蓋。