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TW201203845A - Amplifier with wide gain range - Google Patents

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TW201203845A TW099122176A TW99122176A TW201203845A TW 201203845 A TW201203845 A TW 201203845A TW 099122176 A TW099122176 A TW 099122176A TW 99122176 A TW99122176 A TW 99122176A TW 201203845 A TW201203845 A TW 201203845A
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Description

201203845 l·、V xw JO-028 34363twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種寬增益範圍的放大器，且特別是 有關於一種具有低雜訊的寬增益範圍的放大器。 【先前技術】 一般而言，單一個訊號故大器，其增益值是在一個有 • 限的範圍。如果需要更大的增益值，達到更大的訊號放大 率，一般會串接多個放大器。圖丨繪示傳統可變增益放大 器的架構示意圖。參閱圖1，一般傳統可變增益放大器是 由多個放大器60所串接在一起。每一個放大器6〇分別有 增益範圍VGA1，VGA2,…，VGN。此]ST個可變增益放大器 受增益調節訊號VC所控制以達到寬廣增益範圍。 圖1的架構，當操作在低增益時，每一個放大器6〇 仍都會被開啟，導致在低增益時的雜訊過高。 ”另一種可達到寬廣增益範圍的放大器藉由開關控制 器達成。圖2繪示另一種傳統可變增益放大器的架構示意 f。參閱圖2，多個放大器1M4藉由開關21〜28串接^ 起，有一訊號輸入端1與一訊號輸出端2。開關之間也 有傳輸線(through line)31〜34與放大器並聯^藉由控制電路 3藉由連接線51〜54對開關21〜28的控制，藉由連接線 41沁4調節放大器的增益。當所要操作的增益值低於最大 增益值時，可以僅開啟前面的幾個放大器即可，而輸出訊 號藉由傳輸線31〜34傳送到輸出端。 201203845_ 34363twf.doc/n 如此的架構，例如只開第一級放大器11時，訊號會 經過串聯的傳輸線32、33、34等，以及開關器的作用，因 此而產生多餘損耗，進而產生較差雜訊指數。 換句話說，雖然寬可變增益值範圍雖然可以藉由多個 放大器組合而成，當其操作在低增益值時，會由於多個放 大器的連接，導致雜訊比較大。傳統的寬可變增益值放大 器並未對這種低增益值時的雜訊做更進一步探討與解決。 【發明内容】 本發明提供一種具有較寬廣的增益範圍的放大器，但 是至少有較低的雜訊指數。 本發明提出一種具有寬增益範圍的放大器，包括一訊 號轉換單元、一通道單元與多個放大器。訊號轉換單元根 據所接收的一增益調節訊號，輸出多個調節訊號以及多個 選擇訊號。依照該增益調節訊號的大小決定該些選擇訊號 的一個是在一第一邏輯狀態，其他的該些選擇訊號為一第 二邏輯狀態。通道單元有多個通道分別受該些選擇訊號控 制，以導通處在該第一邏輯狀態的該通道。放大器串聯在 一起。多個放大器的多個輸出端都同時分別輸出到通道單 7L的多個通道，且這些放大器分別受訊號轉換單元的多個 調節訊號所控制。 本發明也提供一種具有寬增益範圍的增益調節方 法，以組成一放大器。此方法包括根據所接收的一增益調 節訊號，輸出多個調節訊號以及多個選擇訊號，其中依照 201203845 a、v nvi0-028 34363twf.doc/n 該增益調節訊號的大小決定該些選擇訊號的一個是在一第 一邏輯狀態，其他的該些選擇訊號為一第二邏輯狀態。又， 此方法還包括設置多個通道分別受該些選擇訊號的控制， 以導通處在該第一邏輯狀態的該通道《將多個放大器串聯 在一起。每一個放大器的一輸出端都同時分別連接到該通 道單元的該些通道，且每一個放大器分別受該訊號轉換單 元的調節訊號所控制。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例’並配合所附圖式作詳細說明如下P 【實施方式】 寬增益範圍的放大器可以應用在多種電子產品上，例 如對於接收機而言，低雜訊可變增益放大器是很重要的元 件。一般傳統可變增益放大器為了提供較寬廣的增益範 圍，往往在增益最大時才可能有相對較低的雜訊指&。但 疋隨者糸統規格的需求，在其它增益範圍也需®右赫枯 雜訊指數。本發明至少可以針對較寬廣的增益範圍並提供 較低雜訊指數。 以下舉一些實施例來說明本發明，但是本發明不僅限 於所舉的實施例。又’所舉的實施例之間也可以適當結合。 圖3繪示依據本發明一實施例，具有寬增益範圍的放 大器的電路方塊示意圖。參閱圖3，具有寬增益範圍的放 大器包括包括一訊號轉換單元100、多個可變增益放大器 (variable-gain amplifier，VGA) 102，以及一通道單元 1〇4。 5 34363twf.doc/n 201203845ιυ.028 訊號轉換單元100,例如是以電壓到電壓轉換器 (voltage to voltage converter，VVC)或是電流到電流轉換器 (current to current converter，IIC)為例來說明，然而也可以 是電壓到電流轉換器或是電流到電壓轉換器或其他型態的 轉換器以轉換接收的增益調節訊號。於本實施例，訊號轉 換單元100根據所接收的一增益調節訊號VC，輸出多個 調節訊號VC1，VC2,…，VCN以及多個選擇訊號Vex卜 Vcx2, Vcx3,…，VcxN。選擇訊號 Vcxl，Vcx2，Vcx3，...， VcxN’是依照增益調節訊號Vc的大小決定選擇訊號的其 中一個是在一第一邏輯狀態，而其他的選擇訊號為一第二 邏輯狀態。換句話說，在第一邏輯狀態的選擇訊號會導通 所連接的通道單元104中所對應的通道，而第二邏輯狀態 的選擇訊號則關閉所對應的通道。 通道單元104有多個通道分別受選擇訊號控制，以導 通處在該第一邏輯狀態的該些通道。通道單元1〇4例如是 多通道開關單元或是多通道多工器，或是對等功能的電 路。通道單元104根據選擇訊號的控制以選擇其中所要的 通道，其此通道導通而輸出訊號(〇utput)e α，4繪不依據本發明一實施例，具有寬增益範圍的放 大器操作機制示意圖。參閱圖4，虛線代表多個通道u〇a， il〇b ’ ii〇c ’…’ 110n。也參閱圖3，當選擇訊號ν〇χΐ是 在第-邏輯狀態時會導通通道謹，其他的通道， U〇C ’…，11〇n受選擇訊號Vcx2，Vcx3，…，VcxN的控 制為關閉。當所操作的增益值僅需要開啟兩做大器即可 201203845 10-028 34363twf.doc/n 時，可以選擇導通通道ll〇b，而其他通道關閉。依此類推， 可以選擇其中一個所要的通道被打開。 可變增益放大器102,標示為Ampl，Amp2, ...，AmpN， 串聯在一起。可變增益放大器的多個輸出端都同時分別輸 出到通道早元104的多個通道，且這些可變增益放大器分 別受訊號轉換單元100的多個調節訊號VC1〜VCN所控 制。其中，VC、VC1、VC2…"VCN的大小關係可以為 VC=VC1=VC2......=VCN或不全部相等，例如 VC^VC1^VC2......#VCN »其中VC1為Ampl的增益控制 電壓或電流，VC2為Amp2的增益控制電壓或電流，VCN 為AmpN的增益控制電壓或電流。 進一步說明訊號轉換單元10〇的操作機制。圖5繪示 依據本發明一實施例，訊號轉換單元iOO的電路示意圖。 參閱圖5，訊號轉換單元1〇〇例如包括一選擇單元12〇與 一訊號轉換器122。 選擇單元120 ’例如包括多個比較器丨2〇_ι〜ι〇2_Ν， 接收對應通道單元.104中的多個通道的多個參考訊號Vref 1 ’ Vref2 ’…’ Vref等，也同時接收增益調節訊號v〇 增益調節訊號VC與這些參考訊號比較，決定比增益調節 訊號VC小但是最接近的參考訊所對應的選擇訊號為該第 一邏輯狀態，而其他的該些該選擇訊號為該第二邏輯狀 態。圖5所舉的方式僅是可方式的其中一個實施例，在對 等功能下，也可以有不同的設計方式。 訊號Vcxl、Vcx2、.··與vcxn為開關電路控制訊號。 201203845_ 34363twf.doc/n 例如，當VOVrefl時，訊號通道為u〇a且開關電路！打 開其他開關電路關閉。輸出端(〇utpUt)輸出增益範圍是由 Ampl所提供。同理當VC>Vref2時，訊號通道為11〇b， 且開關電路2打開，開關電路1與其他開關電路關閉。輸 出端輸出增益範圍是由Ampl與Amp2所提供。以此類推 當VOVrefN時’輸出端輸出增益範圍由Αιηι^、Amp2…… 與AmpN提供。 參考訊號Vref 1〜Vref N例如是依序漸大，如此可以 決定接近的通道被導通。 另外，訊號轉換單元100的訊號轉換器122 ,用以將 增益調節訊號VC轉換成個別的調節訊號VC1〜VCN，以 分別調節放大器102。利用這種架構可以組合成寬廣增益 範圍如圖6所示。圖6繪示依據本發明一實施例，操作增 益值G與放大器啟動關係。當操作增益值G不大於呢〜 時，其由Ampl所提供的增益值V(JAi來提供。水平虛線 代表對應操作增益值G所需要啟動的對應放大[本發明 不需經過多餘的關電路即可直接輸出，以提高增益與降 低雜訊指數。 就本發明架構’所選擇到的通到會透過通道單元1〇4 獨立輸出。因輯作在低增域㈣，雜滅可以有效降 低。 ^以下進一步說明本發明達到降低雜訊之間的機制驗 ^對於低雜訊考量可以由式丨來觀察，當串接過多可變 增益放大器時，其相對雜訊指數會變大。 201203845 in ν ι-^,υ 10-028 34363twf.doc/n ⑴
+-- G1xG2x...xg«_i =二⑽ 關係示意圖。參閱圖7雜 對應增益值的雜訊。對單一可變辦 ▲虛線為 ，例如是在9dB _ ’相對雜訊‘ 3 b.1是= 相對高。若為=低=:=的：指數 圍相對變小。 背糧㈣郝數，則增益範 另方面，本發明的輸出端只需一個開關電路，因此 後級開關電路所貢獻雜訊指數就相對變小。例如♦ VOVrefl時，訊號通道為通道施且開關電路！打開: 他，關電路·卜輸出端所輸出增益範圍由提供。 數 且z、對應雜訊指數為〜今，奶為-個開關雜訊指 四 201203845 ___10-028 34363twf.doc/n 實線是本發明的增益與雜訊的關係，虛線為傳統四級串接 放大器的增益與雜訊的關係》每一級的放大器的增益範圍 是9B。由驗證的資料可以看出，本發明可以改善當操作在 增益較低時，可以得到較低的雜訊指數。 基於圖3的設計概念，每一級放大器又可以有不同 的組合。圖9繪示依據本發明一實施例，具有寬增益範圍 的放大器的電路方塊示意圖。參閱圖9,其電路架構與圖3 相似，其中僅就放大器的變化做說明。每一級的玫大器例 如可以有多個次級放大器所組合。本實施例以兩個次級放 大器為例以組成單一級放太器。第一級放大器例如是由二 個放大器200a串接所組成《第二級放大器例如是由二個放 大器200b串接所組成。第三級放大器例如是由二個放大器 200c串接所組成。依此類推，最後一級放大器例如是由二 個放大器200d串接所組成。 另外，每一級的放大器的增益值範圍也無須都相同。 圖10繪示依據本發明一實施例’具有寬增益範圍的放大器 的電路方塊示意圖。參閱圖1G，其電路架構與圖3相似， 其中僅就放大器的變化做說明。每一級的放大器3〇〇， 302, 304’..·，3G6的個別增益範圍可以無需全部相同， ，例如是全部不相同，又或是僅是部分相同，其依照實際 认"十而變化’但是基本加架構仍維持。訊雜換單元1〇〇 與通道單元104的操作機制仍維持。 雖然本發明已以實施例縣如±，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 201203845 * —wi0-028 34363twf.doc/n 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1繪示傳統可變增益放大器的架構示意圖。 圖2繪示另一種傳統可變增益放大器的架構示意圖。 圖3繪示依據本發明一實施例，具有寬增益範圍的放 大器的電路方塊示意圖。 • 圖4繪示依據本發明一實施例，具有寬增益範圍的放 大器操作機制示意圖。 圖5繪示依據本發明一實施例，訊號轉換單元1〇〇的 電路不意圖。 圖6繪示依據本發明一實施例，操作增益值〇與放大 器啟動的關係》 圖7繪示單一可變增益放大器增益與雜訊指數關係示 意圖。 • · · · • 圖8繪示依據本發明一實施例’本發明放大器與傳統 四級串接放大器的增益與雜訊的比較示意圖。 圖9繪示依據本發明一實施例，具有寬增益範圍的放 大器的電路方塊示意圖。 圖10繪示依據本發明一實施例’具有寬增益範圍的放 大器的電路方塊示意圖。 201203845 10-028 34363twf.doc/n 【主要元件符號說明】 1 :訊號輸入端 2:訊號輸出端 3:控制電路 11~14:放大器 22〜28:開關 31〜34:傳輸線 41〜44 :連接線 51~54 :連接線 60 :放大器 100 :訊號轉換單元 102 :可變增益放大器 104:通道單元 110a〜110η:通道 120:選擇單元 120_1〜120_N:比較器 122:訊號轉換器 200a〜200d:放大器 300〜306:放大器

Claims (1)

  1. 201203845 xy v i-^vIO-028 34363twf.doc/n 七、申請專利範圍： 1·一種具有寬增益範圍的放大器，包括： 一訊號轉換單元，根據所接收的一增益調節訊號，輸 出多個調節訊號以及多個選擇訊號，其中依照該增益調節 訊號的大小決定該些選擇訊號的一個是在一第一邏輯狀 態，其他的該些選擇訊號為一第二邏輯狀態； 一通道單元，有多個通道分別受該些選擇訊號所控 制’以導通對應該第一邏輯狀態選擇訊號的該通道； • 多個放大器，串聯在一起，其中該些放大器的多個輪 出端都同時分別輸出到該通道單元的該些通道，且該些玫 大器分別受該訊號轉換單元的該些調節訊號所控制。 2·如申請專利範圍第1項所述之具有寬增益範圍的 放大器，其中該通道單元是多通道開關單元，或是多通 多工器。 3. 如申請專利範圍第1項所述之具有寬增益範圍的 放大器，其中該訊號轉換單元包括一電壓到電壓轉換器戋 Φ 是一電流到電流轉換器，以將該增益調節訊號轉換 此 調節訊號。 、 4. 如申請專利範圍第1項所述之具有寬增益範圍的 放大器，其中該訊號轉換單元包括一選擇單元接收對應該 些通道的多個參考訊號，也同時接收該增益調節訊號^g :該增益調節訊號與該些參考訊號比較，決定比該増益調 節訊號小但是最接近的該參考訊號所對應的該選擇^號= 該第一邏輯狀態，而其他的該些該選擇訊號為該第二邏& 13 doc/n 狀態。 5. 如申請專利範圍第4項所述之具有寬增益範圍的 放大器’其中該些比較單元的該些參考訊號疋依序漸大。 6. 如申請專利範圍第4項所述之具有寬增益範圍的 放大器，其中該訊號轉換單元包括一訊號轉換器，以將該 增益調節訊號轉換成該些調節訊號。 7.如申請專利範圍第1項所述之具有寬增益範 圍的放大器，其中該些調節訊號與該增益調節訊號不相等。 8.如申請專利範圍第1項所述之具有寬增益範圍的 放大器，其中該些放大器的至少一個是由多個次級放大器 9. 一種具有寬增益範圍的增益調節方法’用於放大 器，包括： 根據所接收的一增益調節訊號，輸出多個調節訊號以 及多個選擇訊號，其中依照該增益調節訊號的大小決定該 些選擇訊號的一個是在一第一邏輯狀態，其他的該些選擇 訊號為一第二邏輯狀態； 設置多個通道分別受該些選擇訊號的控制，以導通對 應該第一邏輯狀態選擇訊號的該通道；以及 將多個放大器串聯在一起，其中每一個該放大器的一 輪出端都同時分別連接到該通道單元的該些通道，且每一 個該放大器分別受該訊號轉換單元的該些調節訊號所控 制。 10. 如中晴專利㈣第9項所述之具有寬增^範圍的 201203845 is v ι-^υΙ0-028 34363tw£doc/n 增益調節方法’其中根據所接收的該增益調節訊號輸出該 些調節訊號以及該些選擇訊號的該步驟包括： 將該增益調節訊號轉換成該些調節訊號. 態 接收多個參考訊號以及該増益調節訊號.以及 比較該增益調節訊號與該些參考訊號:決該 調節訊號小但是最接㈣該參考訊所 該第-邏輯㈣，而其他的該麵擇 g擇訊號為
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