具有电流控制增益的放大器的电路装置及对应方法与流程

本公开的实施例涉及具有电流控制增益的放大技术。

背景技术：

1、可变增益放大器是已知的，其基于控制量来使它们自己的增益变化。这种可变增益放大器被广泛应用于许多电子领域，其中包括电信、音频信号的处理以及经由传感器(例如超声波障碍物检测器)的检测。

2、用于实现可变增益的已知且简单的方法是在电压放大器的反馈分支上使用可变组件，众所周知，可变组件包括在输入端子(例如反相端子)上的可变电阻和在输出与输入之间的可变反馈电阻。增益取决于两个电阻的比率，并且因此取决于它们的值：通过变化其中的一个或两个，增益会变化。然而，很难获得与这种电阻的值无关的电阻比。从非常低的增益过渡到非常高的增益是困难的。通常用于施加增益值的选择组件(例如mosfet)可能具有与可变电阻器的那些电阻相当的导通电阻ron，从而危及它们的精确度。

3、解决增益精确度问题的电路是已知的，该电路经由具有两个差分晶体管对(一个用于输入，一个用于输出)的单元从一个电流开始生成另一个电流，晶体管交叉耦接，即，每个差分对中的同一个分支中的晶体管具有其共同的基极。例如，输出连接到放大器的输入，放大器的输出连接到共同基极电极。例如，可以在url https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad8338.pdf的第12页(图40)中找到上述可变增益放大器电路的一个示例。该类型的电路使得获得高增益精确度成为可能。在该情况下，存在取决于所选增益的偏置电流(在输入和输出两者处)。因此，类似的解决方案根据依赖于增益的偏置来呈现电路的性能。此外，存在增益误差，该增益误差取决于差分对的双极晶体管的beta因子β的不匹配。

技术实现思路

1、本公开提供了实施例，实施例包括具有电流控制增益的放大器的电路装置，该电路装置具有对称差分结构，对称差分结构包括差分输入级，差分输入级在每个差分分支上包括输入晶体管(特别地，mosfet)，输入晶体管特别地通过输入电阻耦接到输入节点，在输入节点与接地之间设置有用于偏置输入级的电流生成器，该电流生成器为输入级供电，输入级被配置成以恒定输入偏置操作，输入电压被施加在输入晶体管的输入之间，输入晶体管的漏极电极通过相应的二极管耦接到供电电压，以及耦接到差分输出放大级，差分输出放大级具有带有耦接发射极的双极晶体管，存在耦接到发射极的电流生成器，该电流生成器用于偏置输出级，输出级生成输出电流，并且在每个差分分支上，包括被偏置在有效区域中的双极晶体管，该双极晶体管的基极电极耦接到输入晶体管的漏极电极，并且该双极晶体管的集电极电极耦接到供电电压，而电流生成器耦接到其发射极电极，以用于偏置生成输出电流的输出级。从双极晶体管的集电极之间引出输出电压，输出级被配置有恒定输出偏置；电路装置被配置成：通过控制输入偏置电流和输出偏置电流的值，来控制输入与输出之间的增益；电路装置被配置成：提供具有互补值的第一基准电流和第二基准电流，使得它们的和是恒定的；输入偏置电流的值对应于第一基准电流，并且输出偏置电流对应于第一基准电流与第二基准电流之和。

2、在变型实施例中，电路装置被配置成：控制输入电压与输出电压之间的增益，将输出级的偏置电流保持在恒定的固定值并且控制输入级的偏置电流的值，特别地，输入级偏置电流生成器经由通过数模转换器生成的数字信号来进行控制。

3、在变型实施例中，具有发射极耦接双极晶体管的差分输出放大级在每个差分分支上包括被偏置在有效区域中的双极晶体管，该双极晶体管的基极电极耦接到输入晶体管的漏极电极，并且该双极晶体管的集电极电极耦接到供电电压，而电流生成器耦接到其发射极电极，以用于偏置生成输出电流的输出级。

4、在变型实施例中，每个差分分支包括运算放大器，该运算放大器的输出耦接到输入晶体管的控制输入(特别地，栅极)，输入晶体管的输出(特别地，源极)耦接到相应运算放大器的反相输入，输入电压被施加在运算放大器的非反相输入之间。

5、在变型实施例中，第一基准电流和第二基准电流由差分数模转换器供应。

6、在变型实施例中，电路装置包括用于偏置输出级的另外的电路，该另外的电路包括控制环路，该控制环路被配置成：以调节双极晶体管的集电极电流的方式来控制输出偏置电流生成器，使得它跟随集电极电流的基准值。

7、在变型实施例中，电路装置包括用于偏置二极管的另外的电路，该另外的电路包括控制环路，该控制环路被配置成：以调节二极管中的电流的方式来控制输入偏置电流生成器，使得它跟随二极管电流的基准值。

8、在变型实施例中，双极晶体管被包括在被配置成恢复和补偿双极晶体管的基极电流的电路装置中。

9、在变型实施例中，被配置成恢复和补偿双极晶体管的基极电流的电路装置包括输出双极晶体管和与控制环路相关联的支持双极晶体管，该控制环路包括电流镜，该电流镜在输入处接收输入双极晶体管的输出电流，并且在输出处向支持双极晶体管提供电流作为基极电流，基极电流被镜像在输出双极晶体管的基极中。

10、本公开还描述了一种包括接收器的超声波障碍物检测器，该超声波障碍物检测器包括根据实施例的具有电流控制增益的放大器的电路装置。

11、本公开还描述了一种方法，用于控制根据实施例的具有电流控制增益的放大器的电路装置，方法包括通过控制输入偏置电流的值和输出偏置电流的值来控制输入和输出之间的增益。

12、在变型实施例中，所述方法包括：控制输入电压与输出电压之间的增益，将输出级的偏置电流保持在恒定的固定值并且控制输入级的偏置电流的值，特别地，输入级偏置电流生成器经由通过数模转换器生成的数字信号来进行控制。

13、在变型实施例中，所述方法包括：供应互补值的第一基准电流和第二基准电流，使得它们的和是恒定的，输入偏置电流的值对应于第一基准电流，并且输出偏置电流对应于第一基准电流与第二基准电流之和，特别地，第一基准电流和第二基准电流由差分数模转换器提供。

技术特征：

1.一种电路，所述电路包括：

2.根据权利要求1所述的电路，所述电路还包括基准电流生成器，所述基准电流生成器被耦接到所述第一基准电流输入和所述第二基准电流输入，并且被配置成向所述电流控制电路提供所述第一基准电流和所述第二基准电流，以通过修改所述第一基准电流和所述第二基准电流来控制所述可变增益放大器的增益，并且在多个增益设置上保持所述第一基准电流与所述第二基准电流之和恒定。

3.根据权利要求2所述的电路，其中所述基准电流生成器包括数模转换器dac。

4.根据权利要求3所述的电路，其中所述dac是差分dac，所述差分dac具有被配置成提供所述第一基准电流的第一差分输出和被配置成提供所述第二基准电流的第二差分输出。

5.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二差分晶体管对包括多个双极晶体管。

6.根据权利要求5所述的电路，所述电路还包括基极电流补偿电路，所述基极电流补偿电路被配置成恢复和补偿所述多个双极晶体管的基极电流。

7.根据权利要求6所述的电路，其中针对所述多个双极晶体管中的每个相应双极晶体管，所述基极电流补偿电路包括：

8.根据权利要求5所述的电路，其中所述二极管对包括多个二极管式连接的晶体管。

9.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一差分晶体管对包括电阻器退化mosfet差分对。

10.根据权利要求9所述的电路，其中所述第一差分晶体管对的每个差分分支包括放大器，所述放大器具有被耦接到所述电阻器退化mosfet差分对中的相应mosfet的栅极的输出、被耦接到所述相应mosfet的源极的第一输入以及被耦接到所述信号输入中的对应输入的第二输入。

11.根据权利要求1所述的电路，其中所述电流控制电路包括输出级控制环路，所述输出级控制环路被配置成控制所述第二电流源，以调节所述二极管对的所述共模输出电流。

12.根据权利要求1所述的电路，其中所述电流控制电路包括输入级控制环路，所述输入级控制环路被配置成控制所述第一电流源，以将所述二极管对的所述共模输出电流调节为基本等于所述第一基准电流。

13.一种具有接收器的超声波障碍物检测器，所述超声波障碍物检测器包括：

14.根据权利要求13所述的超声波障碍物检测器，其中：

15.根据权利要求14所述的超声波障碍物检测器，其中所述第一差分晶体管对包括电阻器退化mosfet差分对。

16.根据权利要求13所述的超声波障碍物检测器，其中所述基准电流生成器包括数模转换器dac，所述数模转换器具有被配置成提供所述第一基准电流的第一差分输出和被配置成提供所述第二基准电流的第二差分输出。

17.根据权利要求13所述的超声波障碍物检测器，其中所述电流控制电路包括：

18.一种用于操作可变增益放大器的方法，所述可变增益放大器包括被耦接到信号输入的第一差分晶体管对、被配置成向所述第一差分晶体管对提供第一偏置电流的第一电流源、被耦接到所述第一差分晶体管对的输出的二极管对、具有被耦接到所述二极管对的输入的第二差分晶体管对以及被配置成向所述第二差分晶体管对提供第二偏置电流的第二电流源，所述方法包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其中调整所述可变增益放大器的所述增益被调整为使得所述第一基准电流与所述第二基准电流之和在多个增益设置上恒定，并且使得所述第二差分晶体管对的所述共模输出电流保持不变。

20.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括使用数模转换器dac提供所述第一基准电流和所述第二基准电流，其中调整所述可变增益放大器的所述增益包括向所述dac提供数字输入码。

技术总结
本公开的实施例涉及具有电流控制增益的放大器的电路装置及对应方法。根据一个实施例，可变增益放大器包括：耦接第一差分晶体管对，耦接到信号输入；第一电流源，被配置成向第一差分晶体管对提供第一偏置电流；二极管对，耦接到第一差分晶体管对的输出；第二差分晶体管对，具有耦接到该二极管对的输入；第二电流源，被配置成向第二差分晶体管对提供第二偏置电流；以及电流控制电路，耦接到第一电流源和第二电流源。

技术研发人员：N·罗格勒迪,V·波勒托,A·D·莱昂内
受保护的技术使用者：意法半导体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15