可变增益放大电路的制作方法

本发明涉及一种可变增益放大电路。

背景技术：

可变增益放大电路用以根据一增益控制信号以放大或衰减一输入信号。图1绘示一传统可变增益放大电路的示意图。该可变增益放大电路100包含一差动运算放大器(operationalamplifier)12、具有固定电阻值的电阻r1b和r2b以及具有可变电阻值的电阻r2a和r2b。

如图1所示，该等电阻r2a和r2b的每一个具有多个并联的电路单元，其中每一电路单元由串联在一起的晶体管开关和电阻所组成。一增益控制器14产生多个逻辑信号至该电阻r2a中的多个晶体管开关，且一增益控制器16产生多个逻辑信号至该电阻r2b中的多个晶体管开关。该等电阻r2a和r2b的阻值由晶体管开关的导通状态所决定。因此，藉由导通和截止该等开关，该等电阻r2a和r2b的阻值会产生变化，进而改变该可变增益放大电路100的增益。

依此运作方式，当电阻r1a的阻值等于电阻r1b的阻值，且电阻r2a的阻值等于电阻r2b的阻值时，该可变增益放大电路100的增益可由该电阻r2a的阻值和该电阻r1a的阻值比例所决定。当该可变增益放大电路100的增益需要n级变化时，该等电阻r2a和r2b的每一个中的电路单元需要n个晶体管开关和n个电阻。因此，该可变增益放大电路100的芯片面积会随着级数n的增加而加大许多。

技术实现要素：

根据本发明一实施例的一种可变增益放大电路，该可变增益放大电路用以放大一第一输入信号和一第二输入信号之间的一电压差值，藉以产生一放大差动输出信号。该可变增益放大电路包含一运算放大器、一第一输入元件、一反馈元件、一动态偏压电路和一跨导放大器。该运算放大器具有一第一输入端，一第二输入端和用以提供该放大差动输出信号的一输出端。该第一输入元件具有用以接收该第一输入信号的一第一端和耦接至该运算放大器的该第一输入端的一第二端。该反馈元件具有耦接至该运算放大器的该第一输入端的一第一端和耦接至该运算放大器的该输出端的一第二端。该动态偏压电路用以根据一设定值以产生一偏压电流。该跨导放大器用以转换该第一输入信号和该第二输入信号之间的该电压差值以产生一模拟输出电流。该模拟输出电流流经该反馈元件。该第一输入元件具有一固定阻值。该跨导放大器的该模拟输出电流根据该偏压电流而改变。

附图说明

图1绘示一传统可变增益放大电路的示意图。

图2显示结合本发明一实施例的一可变增益放大电路的方块示意图。

图3显示结合本发明一实施例的该可变增益放大电路的电路图。

图4显示结合本发明另一实施例的一可变增益放大电路的方块示意图。

图5显示结合本发明另一实施例的一可变增益放大电路的电路图。

图6显示结合本发明又一实施例的可增加增益的一可变增益放大电路的方块示意图。

图7显示图6所示的该可变增益放大电路的运作方式。

图8显示结合本发明再一实施例的可增加增益的一可变增益放大电路的方块示意图。

图9显示结合本发明一实施例的该可变增益放大电路的电路图。

【符号说明】

100可变增益放大电路

12差动运算放大器

14增益控制器

16增益控制器

200可变增益放大电路

22增益放大器

224运算放大器

24，24’跨导放大器

26，26’动态偏压电路

262电流产生电路

2622运算放大器

264电流镜电路

400可变增益放大电路

42增益放大器

424运算放大器

48检测电路

49充电泵

600可变增益放大电路

64切换单元

66切换单元

68检测电路

800可变增益放大电路

82检测电路

c1，ch电容

i1，i2电流源

n1～n5晶体管

p1～p5晶体管

r1a，r2a，r1b，r2b电阻

r1～r4电阻

rlel电阻

sw1，sw2开关

具体实施方式

在说明书及所附的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及所附的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及所附的权利要求书当中所提及的“包含”或“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

图2显示结合本发明一实施例的一可变增益放大电路200的方块示意图。参照图2，该可变增益放大电路200包含一增益放大器22、一跨导(transconductance)放大器24和一动态偏压电路26。

该增益放大器22用以接收一模拟输入信号vi以产生一模拟输出信号vo。在本实施例中，该增益放大器22由一单端输入单端输出的运算放大器224、具有固定电阻值的电阻r1以及具有固定电阻值的电阻r2所组成。当跨导放大器24未提供电流至电阻r2时，该增益放大器22的增益g由式(1)决定。

g＝r2/r1(1)

然而，该增益放大器22的新增益g’可藉由改变流过电阻r2的净电流来获得。参考图2，该跨导放大器24用以转换输入电压vi和参考电压vref的差值以产生一模拟输出电流igm。接着，该跨导放大器24提供该模拟输出电流igm至该增益放大器22，藉以调整该增益放大器22的增益g’。注意该跨导放大器24的一偏压电流idyn来自该动态偏压电路26。该偏压电流idyn可以根据一输入信号vlel而改变。

图3显示结合本发明一实施例的该可变增益放大电路200的电路图。参考图3，该动态偏压电路26包含一电流产生电路262和一电流镜电路264。该电流产生电路262由一运算放大器2622、一nmos晶体管n1和一电阻rlel所组成。该运算放大器2622具有用以接收该输入信号vlel的一正输入端、耦接至该电阻rlel的一负输入端和耦接至该nmos晶体管n1的一栅极的一输出端。依此结构，流过该nmos晶体管n1的电流in1可由式(2)决定。

in1＝vlel/rlel(2)

参照图3，该电流镜电路264由pmos晶体管p1、p2和p3所组成。该pmos晶体管p1接收流过该nmos晶体管n1的电流in1，而该等pmos晶体管p2和p3根据宽长比(w/lratio)而产生比例于该电流in1的电流。该pmos晶体管p3的电流做为该跨导放大器24的上偏压电流。流过该pmos晶体管p2的电流流至该nmos晶体管n2，接着，该nmos晶体管n3根据宽长比而产生比例于该nmos晶体管n2的电流，以做为该跨导放大器24的下偏压电流。

该跨导放大器24包含一输入晶体管对，由串联的pmos晶体管p1和nmos晶体管n4以及串联的pmos晶体管p5和nmos晶体管n5所组成。参照图3，该pmos晶体管p4和该nmos晶体管n4串联连接于该pmos晶体管p3和该nmos晶体管n3之间，而该pmos晶体管p5和该nmos晶体管n5串联连接于该pmos晶体管p3和该nmos晶体管n3之间。

参照图3，该pmos晶体管p4和该nmos晶体管n4的栅极用以接收该模拟输入信号vi，而该pmos晶体管p5和该nmos晶体管n5的栅极用以接收该参考电压vref。因此，该跨导放大器24的该模拟输出电流igm的电流值会比例于该输入电压vi和参考电压vref的差值。此外，该跨导放大器24的增益相应于该pmos晶体管p3或该nmos晶体管n3的偏压电流值。

以下参考图3说明该可变增益放大电路200的一运作方式。随着该输入信号vlel的电压值上升，流过该电阻rlel的电流也随之增加。由于电流镜264会产生一复制电流，其等比例于流过该电阻rlel的电流。因此，该pmos晶体管p3和该pmos晶体管p3的偏压电流值也会随之增加。当vi>vref时，该跨导放大器24产生该模拟输出电流igm，此时该模拟输出电流igm会带走原本流过该电阻r2的电流，故流过电阻r2的净电流会下降，这使得该增益放大电路22的增益下降。

在图3中，一单端输入单端输出的运算放大器224使用于该增益放大器22中。然而，本发明不应限定于此一类型的运算放大器。该增益放大器22也可以是差动输入差动输出放大器的类型。图4显示结合本发明另一实施例的一可变增益放大电路400的方块示意图。参照图4，该可变增益放大电路400包含一增益放大器42、一跨导放大器24’、一动态偏压电路26’、一检测电路48和一充电泵49。图4中类似图2的元件以类似的参考数字显示，且电路的细节将不再赘述。

在本实施例中该增益放大器42为一双端差动输入双端差动输出放大器的类型。该增益放大器42接收互补的模拟输入信号vip和vin以产生互补的模拟输出信号vop和von。如图4所示，该增益放大器42由一差动运算放大器424和具有固定电阻值的电阻r1，r2，r3，r4所组成。当电阻r1的阻值等于电阻r2的阻值，且电阻r3的阻值等于电阻r4的阻值时，在该跨导放大器24’未提供电流至电阻r3的状况下，该增益放大器42的增益g由式(3)决定。

g＝r3/r1(3)

在此状况下，当输入电压vip大于输入电压vin时，流过电阻r3的电流的方向和流过r4的电流的方向如图4实线所示。随着输入电压vip和输入电压vin的差值增加，流过电阻r3和r4的电流也随之增加。

另一方面，当该检测电路48检测到该可变增益放大电路400的输出电压不在一预定范围内时，该增益放大器42的增益可以开始进行调整。以下参考图5说明该可变增益放大电路400的一运作方式。当该检测电路48检测到该可变增益放大电路400的输出电压vop，von不在该预定范围内时，该检测电路48产生互补的控制信号up和dn至该充电泵49。该充电泵49用以产生该信号vlel。如图5所示，该充电泵49包含一上偏压电流源i1、一下偏压电流源i2、两开关sw1和sw2和一电容c1。

该充电泵49根据该控制信号up对该电容c1充电，使得信号vlel的电压值上升；该充电泵49根据该控制信号dn对该电容c1放电，使得信号vlel的电压值下降。当该检测电路48检测到该可变增益放大电路400的输出电压vop，von不在该预定范围内时，该充电泵49对该电容c1充电。因此，该信号vlel的电压值增加，流过该电阻rlel的电流也随之增加。随着流过该电阻rlel的电流增加，该pmos晶体管p3或该nmos晶体管n3的偏压电流值也会随之增加，使得该跨导放大器24的模拟输出电流ij1和ij2增加。因此，流过电阻r3和r4的净电流会下降，这使得该增益放大器42的增益下降。注意该等模拟输出电流ij1和ij2的电流方向会相反。当该增益放大器42的增益下降后，该可变增益放大电路400的输出电压vop，von最终会回复到该预定范围内时，使得该信号vlel的信号不会持续增加且保持一稳定值。

图2和图4中的可变增益放大电路可使用在许多通信系统和信号处理单元中。举例而言，该可变增益放大电路200可以运用于一音量控制单元中以增加或衰减输入的音频信号。图6显示结合本发明又一实施例的可增加增益的一可变增益放大电路600的方块示意图。参照图6，该可变增益放大电路600包含一增益放大器42、一跨导放大器24’、一切换单元64、一切换单元66、一动态偏压电路26’、一检测电路68和一充电泵49。图6中类似图4的元件以类似的参考数字显示。

现说明该可变增益放大电路600的运作方式。当该检测电路68检测到该可变增益放大电路600的输出电压vop和von不在一较高预定范围内(例如4v)时，该切换单元64内的开关会导通而该切换单元66内的开关会截止。因此，该跨导放大器24’会根据输入电压vip和输入电压vin间的差值产生输出电流ij1和ij2。接着，该充电泵49对该电容c1充电以增加信号vlel的电压值。当信号vlel的电压值增加时，流过电阻r3和r4的净电流减少，这使得该增益放大器42的增益下降。依此方式，当该可变增益放大电路600的输出电压vop和von不在较高预定范围内时，该可变增益放大电路600可降低增益。

另一方面，当该检测电路48检测到该可变增益放大电路400的输出电压vop，von不在一较低预定范围内(例如0.5v)时，该切换单元64内的开关会截止而该切换单元66内的开关会导通。因此，该跨导放大器24’会根据输入电压vip和输入电压vin间的差值产生输出电流ij1和ij2。在此状况下，该信号vlel的电压值会增加。如图7所示，流过电阻r3和r4的净电流会增加，这使得该增益放大器42的增益上升。

图8显示结合本发明再一实施例的可增加增益的一可变增益放大电路800的方块示意图。参照图8，该可变增益放大电路800包含一增益放大器42、一跨导放大器24’、一动态偏压电路26’、一检测电路82、一开关sw和一电容ch。图2中的可变增益放大电路200和图4中的可变增益放大电路400的增益调整未限定在输入电压或输出电压的零交越处。因此，即使藉由引入小电流igm至增益放大器22或藉由引入小电流ij1和ij2至增益放大器42以微幅的调整放大器增益，在模拟输入电压的顶端时，仍有可能造成可听见的瞬变(audibletransient)。对于高质量的音响装置，声音瞬变是一个问题。为了解决此一问题，该可变增益放大电路800会需要检测电路72以检测输入电压或输出电压的零交越处(zerocrossing)，例如在输入电压或输出电压由正值转变到负值或负值转变到正值时产生一零交越信号表示信号进入零交越处。

图9显示结合本发明一实施例的该可变增益放大电路800的电路图。图9中类似图5的元件以类似的参考数字显示。参考图9，在本实施例中，该检测电路82接收互补的模拟输出信号vop和von并且在输出信号vop和von的零交越处产生一零交越信号zc。该开关sw只有在零交越信号zc产生时才会导通，以将该信号vlel的电压值传送至电容ch上。接着，该动态偏压电路26’根据电容ch上的电压vd产生提供至该跨导放大器24’上的上偏压电流和下偏压电流。依此方式，该增益放大器42只有在检测电路82检测到零交越点时才会调整增益值。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包含各种不背离本发明的替换及修饰，并为随后的权利要求书所涵盖。