专利名称：具有宽增益范围的放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种宽增益范围的放大器，特别是涉及一种具有低噪声的宽增益范围的放大器。
背景技术：
一般而言，单一个讯号放大器，其增益值是在一个有限的范围。如果需要更大的增益值，达到更大的讯号放大率，一般会串接多个放大器。图1示出了传统可变增益放大器的架构示意图。参阅图1，一般传统可变增益放大器是由多个放大器60所串接在一起。每一个放大器60分别有增益范围VGA1，VGA2, ... , VGN。此N个可变增益放大器受增益调节讯号VC所控制以达到宽广增益范围。图1的架构，当操作在低增益时，每一个放大器60仍都会被开启，导致在低增益时的噪声过高。另一种可达到宽广增益范围的放大器藉由开关控制器实现。图2示出了另一种传统可变增益放大器的架构示意图。参阅图2，多个放大器11-14藉由开关21 观串接在一起，有一讯号输入端1与一讯号输出端2。开关之间也有传输线(through line) 31 ；34 与放大器并联。藉由控制电路3藉由连接线51 M对开关21 观的控制，藉由连接线 41 44调节放大器的增益。当所要操作的增益值低于最大增益值时，可以仅开启前面的几个放大器即可，而输出讯号藉由传输线31 34传送到输出端。如此的架构，例如只开第一级放大器11时，讯号会经过串联的传输线32、33、34 等，以及开关器的作用，因此而产生多余损耗，进而产生较差噪声指数。换句话说，虽然宽可变增益值范围虽然可以藉由多个放大器组合而成，当其操作在低增益值时，会由于多个放大器的连接，导致噪声比较大。传统的宽可变增益值放大器并未对这种低增益值时的噪声做更进一步探讨与解决。
发明内容
本发明提供一种具有较宽广的增益范围的放大器，但是至少有较低的噪声指数。本发明提出一种具有宽增益范围的放大器，包括一讯号转换单元、一通道单元与多个放大器。讯号转换单元根据所接收的一增益调节讯号，输出多个调节讯号以及多个选择讯号。依照该增益调节讯号的大小决定该选择讯号的一个是在一第一逻辑状态，其他的该选择讯号为一第二逻辑状态。通道单元有多个通道分别受该选择讯号控制，以导通处在该第一逻辑状态的该通道。放大器串联在一起。多个放大器的多个输出端都同时分别输出到通道单元的多个通道，且该放大器分别受讯号转换单元的多个调节讯号所控制。本发明也提供一种具有宽增益范围的增益调节方法，以组成一放大器。此方法包括根据所接收的一增益调节讯号，输出多个调节讯号以及多个选择讯号，其中依照该增益调节讯号的大小决定该选择讯号的一个是在一第一逻辑状态，其他的该选择讯号为一第二逻辑状态。另外，此方法还包括设置多个通道分别受该选择讯号的控制，以导通处在该第一逻辑状态的该通道。将多个放大器串联在一起。每一个放大器的一输出端都同时分别连接到该通道单元的该通道，且每一个放大器分别受该讯号转换单元的调节讯号所控制。
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。
图1示出了传统可变增益放大器的架构示意图。
图2示出了另一种传统可变增益放大器的架构示意图。
图3示出了依据本发明一-实施例，具有宽增益范围的放大器的电路方块示意图。
图4示出了依据本发明一-实施例，具有宽增益范围的放大器操作机制示意图。
图5示出了依据本发明一-实施例，讯号转换单元100的电路示意图。
图6示出了依据本发明一-实施例，操作增益值G与放大器启动的关系。
图7示出了单一可变增益放大器增益与噪声指数关系示意图。
图8示出了依据本发明--实施例，本发明放大器与传统四级串接放大器的增益与噪声的比较示意图。
图9示出了依据本发明一-实施例，具有宽增益范围的放大器的电路方块示意图。
图10示出了依据本发明-一实施例，具有宽增益范围的放大器的电路方块示意图。
附图符号说明
1 讯号输入端
2 讯号输出端
3 控制电路
11 14 放大器
22 28 开关
31 34 传输线
41 44 连接线
51 M 连接线
60 放大器
100 讯号转换单元
102 可变增益放大器
104 通道单元
IlOa IlOn 通道
120 选择单元
120_1 120_N 比较器
122 讯号转换器
200a 200d 放大器
300 306 放大器
具体实施例方式
宽增益范围的放大器可以应用在多种电子产品上，例如对于接收机而言，低噪声可变增益放大器是很重要的元件。一般传统可变增益放大器为了提供较宽广的增益范围， 往往在增益最大时才可能有相对较低的噪声指数。但是随着系统规格的需求，在其它增益范围也需要有较佳的噪声指数。本发明至少可以针对较宽广的增益范围并提供较低噪声指数。以下举一些实施例来说明本发明，但是本发明不仅限于所举的实施例。另外，所举的实施例之间也可以适当结合。图3示出了依据本发明一实施例，具有宽增益范围的放大器的电路方块示意图。参阅图3，具有宽增益范围的放大器包括一讯号转换单元100、多个可变增益放大器 (variable-gain amplifier, VGA) 102，以及一通道单元 104。讯号转换单元100，例如是以电压到电压转换器(voltage to voltage converter, WC)或是电流到电流转换器(current to current converter, IIC)为例来说明，然而也可以是电压到电流转换器或是电流到电压转换器或其他型态的转换器以转换接收的增益调节讯号。于本实施例，讯号转换单元100根据所接收的一增益调节讯号VC，输出多个调节讯号VCl，VC2，...，VCN以及多个选择讯号Vcxl，Vcx2, Vcx3, . . .，VcxN0选择讯号VCX1，VCX2，VCX3，. . .，VcxN，是依照增益调节讯号VC的大小决定选择讯号的其中一个是在一第一逻辑状态，而其他的选择讯号为一第二逻辑状态。换句话说，在第一逻辑状态的选择讯号会导通所连接的通道单元104中所对应的通道，而第二逻辑状态的选择讯号则关闭所对应的通道。通道单元104有多个通道分别受选择讯号控制，以导通处在该第一逻辑状态的该通道。通道单元104例如是多通道开关单元或是多通道多工器，或是对等功能的电路。通道单元104根据选择讯号的控制以选择其中所要的通道，其此通道导通而输出讯号 (output)O图4示出了依据本发明一实施例，具有宽增益范围的放大器操作机制示意图。参阅图4，虚线代表多个通道110a, 110b, 110c, . . . ,IlOn0也参阅图3，当选择讯号Vcxl是在第一逻辑状态时会导通通道110a，其他的通道110b，110c，. . .，110η受选择讯号Vcx2， Vcx3, . . .，VcxN的控制为关闭。当所操作的增益值仅需要开启两个放大器即可时，可以选择导通通道110b，而其他通道关闭。依此类推，可以选择其中一个所要的通道被打开。可变增益放大器102，标示为Ampl，Amp2，. . . ,AmpN,串联在一起。可变增益放大器的多个输出端都同时分别输出到通道单元104的多个通道，且该可变增益放大器分别受讯
号转换单元100的多个调节讯号VCl VCN所控制。其中，VC、VC1、VC2.....VCN的大小关
系可以为^^ = ￥(1 = ￥02......=VCN或不全部相等，例如VC乒VCl乒VC2......^VCN0
其中VCl为Ampl的增益控制电压或电流，VC2为Amp2的增益控制电压或电流，VCN为AmpN 的增益控制电压或电流。进一步说明讯号转换单元100的操作机制。图5示出了依据本发明一实施例，讯号转换单元100的电路示意图。参阅图5，讯号转换单元100例如包括一选择单元120与一讯号转换器122。选择单元120，例如包括多个比较器120_1 102_N，接收对应通道单元104中的多个通道的多个参考讯号Vref LVref 2，...，Vref等，也同时接收增益调节讯号VC。增益调节讯号VC与该参考讯号比较，决定比增益调节讯号VC小但是最接近的参考讯所对应的选择讯号为该第一逻辑状态，而其他的该选择讯号为该第二逻辑状态。图5所举的方式仅是可方式的其中一个实施例，在对等功能下，也可以有不同的设计方式。讯号Vcxl、Vcx2、...与Vcxn为开关电路控制讯号。例如，当VC > Vrefl时，讯号通道为IlOa且开关电路1打开其他开关电路关闭。输出端(output)输出增益范围是由 Ampl所提供。同理当VC > Vref2时，讯号通道为110b，且开关电路2打开，开关电路1与其他开关电路关闭。输出端输出增益范围是由Ampl与Amp2所提供。以此类推当VC > VrefN 时，输出端输出增益范围由Ampl、Amp2......与AmpN提供。参考讯号Vref 1 VrefN例如是依序渐大，如此可以决定接近的通道被导通。另外，讯号转换单元100的讯号转换器122，用以将增益调节讯号VC转换成个别的调节讯号VCl VCN，以分别调节放大器102。利用这种架构可以组合成宽广增益范围如图6所示。图6示出了依据本发明一实施例，操作增益值G与放大器启动的关系。当操作增益值G不大于VGA2时，其由Ampl所提供的增益值VGAl来提供。水平虚线代表对应操作增益值G所需要启动的对应放大器。本发明不需经过多余的开关电路即可直接输出，以提高增益与降低噪声指数。就本发明架构，所选择到的通到会透过通道单元104独立输出。因此操作在低增益范围时，噪声比可以有效降低。以下进一步说明本发明达到降低噪声之间的机制验证。对于低噪声考量可以由式 1来观察，当串接过多可变增益放大器时，其相对噪声指数会变大。(1)F^p +Ειζλ+ f3~V + +-^zl-
v 71 Gl G\xG2G\xG2x-- xGn-l1 代表第η个放大器的噪声指数，为个别的增益值。当串接更多的放大器，则会又更大的噪声。另外，图7示出了单一可变增益放大器增益与噪声指数关系示意图。参阅图7， 实线为所操作的增益值，虚线为对应增益值的噪声。对单一可变增益放大器而言，其增益值例如是在9dB时，相对噪声指数为13dB。若是以传统串接方式，如图1所示，假设是由3 级(3-stage)串接而每一级放大器提供3dB以达到9dB的增益值，则相对的噪声指数则为 13dB加上后两级噪声达到噪声为20dB。由此可知，当串接级数越多时，在增益较低时所得到的噪声指数相对高。若为了增益较低时得到较好噪声指数，则增益范围相对变小。另一方面，本发明的输出端只需一个开关电路，因此后级开关电路所贡献噪声指数就相对变小。例如当VC > Vrefl时，讯号通道为通道IlOa且开关电路1打开其他开关
ο Γ ο — 1
电路关闭。输出端所输出增益范围由Ampl提供。且其对应噪声指数为F = ^1+二·二，SF2 为一个开关噪声指数。图8示出了依据本发明一实施例，本发明放大器与传统四级串接放大器的增益与噪声的比较示意图。参阅图8，实线是本发明的增益与噪声的关系，虚线为传统四级串接放大器的增益与噪声的关系。每一级的放大器的增益范围是9Β。由验证的数据可以看出，本发明可以改善当操作在增益较低时，可以得到较低的噪声指数。基于图3的设计概念，每一级放大器又可以有不同的组合。图9示出了依据本发明一实施例，具有宽增益范围的放大器的电路方块示意图。参阅图9，其电路架构与图3相
6似，其中仅就放大器的变化做说明。每一级的放大器例如可以有多个次级放大器所组合。 本实施例以两个次级放大器为例以组成单一级放大器。第一级放大器例如是由二个放大器 200a串接所组成。第二级放大器例如是由二个放大器200b串接所组成。第三级放大器例如是由二个放大器200c串接所组成。依此类推，最后一级放大器例如是由二个放大器200d 串接所组成。另外，每一级的放大器的增益值范围也无须都相同。图10示出了依据本发明一实施例，具有宽增益范围的放大器的电路方块示意图。参阅图10，其电路架构与图3相似，其中仅就放大器的变化做说明。每一级的放大器300，302，304，. . .，306的个别增益范围可以无需全部相同，其例如是全部不相同，又或是仅是部分相同，其依照实际设计而变化，但是基本加架构仍维持。讯号转换单元100与通道单元104的操作机制仍维持。虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，故本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种具有宽增益范围的放大器，包括一讯号转换单元，根据所接收的一增益调节讯号，输出多个调节讯号以及多个选择讯号，其中依照该增益调节讯号的大小决定该选择讯号的一个是在一第一逻辑状态，其他的该选择讯号为一第二逻辑状态；一通道单元，有多个通道分别受该选择讯号所控制，以导通对应该第一逻辑状态选择讯号的该通道；多个放大器，串联在一起，其中该放大器的多个输出端都同时分别输出到该通道单元的该通道，且该放大器分别受该讯号转换单元的该调节讯号所控制。
2.如权利要求1所述的具有宽增益范围的放大器，其中该通道单元是多通道开关单元，或是多通道多工器。
3.如权利要求1所述的具有宽增益范围的放大器，其中该讯号转换单元包括一电压到电压转换器或是一电流到电流转换器，以将该增益调节讯号转换成该调节讯号。
4.如权利要求1所述的具有宽增益范围的放大器，其中该讯号转换单元包括一选择单元接收对应该通道的多个参考讯号，也同时接收该增益调节讯号，其中该增益调节讯号与该参考讯号比较，决定比该增益调节讯号小但是最接近的该参考讯号所对应的该选择讯号为该第一逻辑状态，而其他的该选择讯号为该第二逻辑状态。
5.如权利要求4所述的具有宽增益范围的放大器，其中该比较单元的该参考讯号是依序渐大。
6.如权利要求4所述的具有宽增益范围的放大器，其中该讯号转换单元包括一讯号转换器，以将该增益调节讯号转换成该调节讯号。
7.如权利要求1所述的具有宽增益范围的放大器，其中该调节讯号与该增益调节讯号不相等。
8.如权利要求1所述的具有宽增益范围的放大器，其中该放大器的至少一个是由多个次级放大器串接。
9.一种具有宽增益范围的增益调节方法，用于放大器，包括根据所接收的一增益调节讯号，输出多个调节讯号以及多个选择讯号，其中依照该增益调节讯号的大小决定该选择讯号的一个是在一第一逻辑状态，其他的该选择讯号为一第二逻辑状态；设置多个通道分别受该选择讯号的控制，以导通对应该第一逻辑状态选择讯号的该通道；以及将多个放大器串联在一起，其中每一个该放大器的一输出端都同时分别连接到该通道单元的该通道，且每一个该放大器分别受该讯号转换单元的该调节讯号所控制。
10.如权利要求9所述的具有宽增益范围的增益调节方法，其中根据所接收的该增益调节讯号输出该调节讯号以及该选择讯号的该步骤包括将该增益调节讯号转换成该调节讯号；接收多个参考讯号以及该增益调节讯号；以及比较该增益调节讯号与该参考讯号，决定比该增益调节讯号小但是最接近的该参考讯所对应的该选择讯号为该第一逻辑状态，而其他的该选择讯号为该第二逻辑状态。
全文摘要
一种具有宽增益范围的放大器，包括一讯号转换单元、一通道单元与多个放大器。讯号转换单元根据所接收的一增益调节讯号，输出多个调节讯号以及多个选择讯号。依照该增益调节讯号的大小决定该选择讯号的一个是在一第一逻辑状态，其他的该选择讯号为一第二逻辑状态。通道单元有多个通道分别受该选择讯号控制，以导通处在该第一逻辑状态的该通道。放大器串联在一起，多个放大器的多个输出端都同时分别输出到通道单元的多个通道，且该放大器分别受讯号转换单元的多个调节讯号所控制。
文档编号H03G3/20GK102340282SQ201010233508
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者邱盈中 申请人:联咏科技股份有限公司