外部控制放大器增益的技术的制作方法

1.本文件一般地(但不限于)涉及放大器电路，更具体地涉及可编程增益放大器电路。


背景技术：

2.放大器可以增加输入信号(例如电信号)的信号属性，例如电流、电压、功率、其他信号属性或其组合。一种类型的放大器是可编程增益放大器。可编程增益放大器可以包括反馈路径(从放大器输出到放大器输入)、输入路径(从输入端子到放大器输入端)或两者中的可调节电阻，以实现变化的增益电平。
3.一些传统放大器使用单个外部电阻器来设置增益。外部电阻器的电阻用于定义放大器增益的增益方程中。外部电阻器的公差和不准确度会直接影响放大器的整体性能。


技术实现要素：

4.本公开尤其描述了用于设置放大器电路的增益的技术，其中放大器电路的外部电阻器用于确定要选择的内部增益设置。该方法与其他方法形成对比，其中在确定放大器电路增益的实际增益方程中使用外部电阻器的电阻值。这里，可以将外部电阻器两端的电压与片上参考进行比较，然后用于编程所需的增益。这些技术可以减轻或消除对高精度外部电阻器的需要，并且可以允许仅在材料清单改变的情况下对现有板和/或系统的初始增益精度和增益漂移进行实质性改进。
5.在一些方面，本公开涉及一种可编程增益放大器电路，包括：至少一个器件引脚，被配置为耦合到外部增益设置电阻组件；包括多个电阻组件的电阻组件串；具有多个比较器电路的比较器串,所述多个比较器电路包括:第一输入，耦合以接收由所述多个电阻组件中的对应电阻组件产生的电压；和第二输入，耦合以接收由所述外部增益设置电阻组件产生的电压；和逻辑电路，具有耦合到所述多个比较器电路的对应输出的多个输入，其中所述逻辑电路的输出被配置为基于所述多个比较器电路的输出设置所述可编程增益放大器电路的增益。
6.在一些方面，本公开涉及一种可编程增益放大器电路，包括：器件引脚，被配置为耦合到外部增益设置电阻组件；包括多个电阻组件的电阻组件串；第一电流源，耦合到所述电阻组件串的第一端；第二电流源，耦合到所述外部增益设置电阻组件；具有多个比较器电路的比较器串,所述多个比较器电路包括:第一输入，耦合到所述多个电阻组件中的相应电阻组件；和第二输入，耦合以接收由所述外部增益设置电阻组件和所述第二电流源产生的电压；和逻辑电路，具有耦合到所述多个比较器电路的对应输出的多个输入，其中所述逻辑电路的输出被配置为基于所述多个比较器电路的输出设置所述可编程增益放大器电路的增益。
7.在一些方面，本公开涉及一种操作可编程增益放大器电路的方法，所述方法包括：在电阻组件串的对应电阻组件两端产生多个电压；将所述多个电压中的对应电压与在外部
增益设置电阻组件两端产生的参考电压进行比较；基于所述比较确定代码；基于所述代码生成控制信号；和基于所述控制信号，控制至少一个开关以连接电阻组件来设置所述可编程增益放大器电路的增益。
8.该概述旨在提供本专利申请的主题的概述。其不旨在提供对本发明的排他性或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
9.在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式概括地示出了本文档中讨论的各种实施例。
10.图1是放大电路的示例。
11.图2是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路的示例。
12.图3是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路的另一示例。
13.图4是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路的另一示例。
14.图5是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路的另一示例。
15.图6是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路的另一示例。
16.图7是操作可编程增益放大器电路的方法的示例的流程图。
具体实施方式
17.许多传统的放大器电路使用单个外部电阻器来设置放大器电路的增益。外部电阻器的电阻值用于确定放大器电路增益的实际增益方程中。外部电阻器的公差和不精确性会直接影响放大器电路的整体性能。
18.一些放大器电路，例如可编程增益仪表放大器电路(pgia)，可以实现卓越的增益精度，因为它们具有集成在芯片上的所有增益设置电阻器。不幸的是，这些pgia可能不符合其前代产品的相同封装和引脚，而提供一个或两个芯片增益的更简单的方法可能缺乏灵活性。
19.本公开尤其描述了用于设置放大器电路的增益的技术，其中放大器电路的外部电阻器用于确定要选择的内部增益设置。该方法与其他方法形成对比，其中在确定放大器电路增益的实际增益方程中使用外部电阻器的电阻值。这里，可以将外部电阻器两端的电压与片上参考进行比较，然后用于编程所需的增益。这些技术可以减轻或消除对高精度外部电阻器的需要，并且可以允许仅在材料清单改变的情况下对现有板和/或系统的初始增益精度和增益漂移进行实质性改进。
20.图1是放大电路的示例。放大器电路100是可编程增益仪表放大器电路(pgia)的示例，包括三个运算放大器102-106，配置有高质量片上电阻器的网络。两个运算放大器，即放大器102、104，可以形成输入放大器部分，并且可以用于向用户提供高阻抗差分输入，同时还提供增益。第三放大器106可以被连接为差分放大器，并且可以用于将放大的差分信号转换为以地为参考的缓冲输出。
21.输入放大器部分的最终增益可以由片上电阻器rf和片外(外部)分立电阻器rg的比率确定，该比率由增益方程(1+(2*rf/rg))给出。尽管图1的方法可以提供一种方便的方
式来获得用户可调节的增益，但它对该增益的精度造成了实际的限制。
22.增益不准确可由片上电阻器rf和外部电阻器rg之间缺乏相关性引起。电阻器rf可以被调整到大约0.1％内的绝对值，那么外部电阻器rg上的任何公差都可以另外降低增益误差。电阻器rf和电阻器rg的温度系数缺乏相关性也会导致放大器电路的增益随温度变化。数据表中的初始增益误差和增益漂移规范反映了片上组件的性能，并假设使用了完美的外部电阻器rg。在实践中，外部电阻器rg的公差和温度系数限制了性能，并且具有更紧公差和更低温度系数的电阻器往往更昂贵且数量更少。
23.一些pgia没有要求用户提供外部电阻器rg，而是集成了电阻器rg以跟踪电阻器rf并实现显著更好的增益精度。虽然这是有效的，但实现一个或两个增益设置的基本产品可能缺乏灵活性。最近的pgia开发是灵活性方面的改进，因为它们可以提供更大数量的离散增益，同时仍然获得集成所有电阻器的增益精度优势。不幸的是，这些pgia部件不适合标准仪表放大器封装。
24.如下所述，本公开的各种技术可以提供一种使现代放大器设计符合标准封装的方式，允许现有系统通过改变材料清单来提高增益精度。外部电阻器rg两端的电压(例如，便宜的标准组件)可以与片上参考进行比较，然后用于编程期望的增益，例如通过使用逻辑电路(例如包括编码器)来驱动放大器电路的增益选择。以这种方式，外部电阻器rg用于决定使用哪个增益设置，而不是作为确定增益的增益方程的一部分，并且所有模拟增益设置电阻器都集成在芯片上，从而允许显著提高增益精度。
25.图2是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路的示例。可编程增益放大器电路200可以包括耦合到比较器串204的电阻组件串202。电阻组件串202可以包括多个电阻组件，例如电阻分压器，如图2的非限制性示例中所示的八个电阻组件206a-206h。其他组件串可以具有多于八个电阻组件或少于八个电阻组件。比较器串204可以包括多个比较器电路，在图2的非限制性示例中示出为比较器电路u1-u8。其他比较器串可以具有多于八个比较器或少于八个电阻比较器。
26.可编程增益放大器电路200可以包括一个或多个器件引脚208a、208b，其可以耦合到外部增益设置电阻组件rg，例如电阻器。通过使用本公开的各种技术，比较器串204的比较器电路u1-u8可以将在外部增益设置电阻组件rg两端生成的电压与在多个电阻组件中的相应电阻组件两端生成的电流进行比较，并且逻辑电路210可以基于多个比较器电路的输出设置可编程增益放大器电路的增益。
27.更具体地说，比较器电路u1-u8可以包括第一输入，例如非反相输入，被耦合以接收由多个电阻组件中的相应电阻组件产生的电压，以及第二输入，诸如反相输入端子，被耦接以接收在节点224处产生的电压(例如跨外部增益设置电阻组件rg)。
28.在一些示例中，比较器串204被配置为生成温度计代码。电阻组件串202(例如，电阻分压器)可以在与节点222耦合的源220(例如，电压源或电流源)断开的情况下工作，以向比较器串204的比较器u1-u8的非反相输入端子和节点224提供参考电压。节点224处的电压被耦合或施加到比较器串204的比较器u1-u8的反相输入端子。
29.例如，比较器串204的每个比较器的参考电压比其正下方的比较器的参考电压高一个最低有效位(lsb)。比较器u1-u8的输出可以共同提供与外部增益设置电阻组件rg的大小相对应的“温度计代码”。
30.逻辑电路210可以包括耦合到比较器电路u1-u8的相应输出的多个输入，例如图2中的输入out1-out8。逻辑电路210可以在逻辑电路210的输出212处基于比较器电路u1-u8的输出生成控制信号，以设置可编程增益放大器电路200的增益。例如，逻辑电路210可以生成3位数字输出控制信号a[2:0]，以控制一个或多个开关214来选择性地将一个或更多个电阻组件216耦合到放大器电路218，例如以负反馈配置耦合放大器电路216周围的一个或一个以上电阻组件216。所选择的电阻组件可以编程放大器电路218的增益。
[0031]
在一些示例中，逻辑电路210可以包括编码器电路226，以将温度计代码转换为二进制代码。作为示例，编码器电路226可以包括or门，其被配置和布置为接收温度计代码并输出二进制代码。
[0032]
在一些示例中，如果使用更高的电源电压vcc，例如大于约5v，则可能需要包括电平移位电路228以电平移位逻辑电路210的输出，因为电阻组件串202可以随输入而浮动。
[0033]
图3是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路300的另一示例。图3中的许多部件类似于上面关于图2所示和描述的部件，并且为了简明起见，将不再详细描述。
[0034]
在图3所示的示例中，图2的源220可以包括耦合到电阻组件串202的第一端的第一电流源302和耦合到外部增益设置电阻组件rg的第二电流源304。第一电流源302和第二电流源304可以产生基本上相同的已知电流，其可以被注入到电阻组件串202和外部增益设置电阻组件rg中。
[0035]
如上所述，外部增益设置电阻组件rg两端的电压可以由比较器串204的比较器与电阻组件串202的电阻组件两端产生的参考电压进行比较。逻辑电路210可以对比较器u1-u8的输出进行编码，以驱动可编程增益放大器电路300的增益选择。以这种方式，外部增益设置电阻组件rg用于决定使用哪个增益设置，而不是作为增益方程的一部分，并且所有模拟增益设置电阻器都集成在芯片上，从而显著提高增益精度。
[0036]
图4是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路400的另一示例。可编程增益放大器电路400可以包括至少两个放大器电路。例如，在所示的非限制性示例中，可编程增益放大器电路400可以包括第一放大器电路402、第二放大器电路404和第三放大器电路406。第三放大器电路406是图2和图3的放大器电路218的示例。在一些示例中，第三放大器电路406可以布置为负反馈配置。
[0037]
在一些示例中，可编程增益放大器电路400可以布置在可编程增益仪表放大器配置中。在一些这样的示例中，第一放大器电路402和第二放大器电路404可以形成输入级的一部分，并且第三放大器电路406可以形成差分级的部分，其中差分级的输入耦合到输入级的输出。
[0038]
如图4所示，各种开关214可以耦合不同电阻的电阻组件216，以使用基于多个比较器电路的输出的逻辑电路(例如图2的逻辑电路210)的数字输出a3-a1来设置可编程增益放大器电路400的增益。应当理解，电阻组件216的电阻值是非限制性的值，并且仅出于说明的目的而被包括。
[0039]
图5是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路500的另一示例。在一些示例中，可编程增益放大器电路500可以包括具有差分输入的放大器电路502，以在其非反相输入端和反相输入端接收差分输入信号。在一些这样的示例中，放大器电路502可以包括差分输出，如图5所示，并且因此是全差分的。在其他示例中，放大器电路502可以包括单端
输出端子。放大器电路502是图2的放大器电路218的示例。在一些示例中，放大器电路502可以布置为负反馈配置。
[0040]
如图5所示，各种开关214可以耦合不同电阻的电阻组件216，以使用由逻辑电路(例如图2的逻辑电路210)生成的数字控制信号a[n:0]来设置可编程增益放大器电路500的增益，所述逻辑电路基于多个比较器电路的输出。
[0041]
图6是可实现本公开的各种技术的可编程增益放大器电路600的另一示例。在一些示例中，可编程增益放大器电路600可以包括布置在运算放大器配置中的放大器电路602。放大器电路602是图2的放大器电路218的示例。在一些示例中，放大器电路602可以布置为负反馈配置。
[0042]
如图6所示，各种开关214可以耦合不同电阻的电阻组件216，以使用由逻辑电路(例如图2的逻辑电路210)生成的数字控制信号a[n:0]来设置可编程增益放大器电路600的增益，所述逻辑电路基于多个比较器电路的输出。
[0043]
图7是操作可编程增益放大器电路的方法700的示例的流程图。图2-6所示的电路可用于实现方法700。
[0044]
在框702，方法700可以包括在电阻组件串的对应电阻组件两端产生多个电压。例如，图3的第一电流源302可以在图3的电阻组件串202的对应电阻组件206a-206h两端产生多个电压。
[0045]
在框704，方法700可以包括将所述多个电压中的对应电压与在外部增益设置电阻组件两端产生的参考电压进行比较。例如，图3的比较器串204的比较器u1-u8可以将在电阻组件串202的电阻组件两端生成的多个电压中的对应电压与在外部增益设置电阻组件rg两端生成的参考电压进行比较。
[0046]
在框706，方法700可以包括基于所述比较确定代码。例如，图3的逻辑电路210可以基于该比较来确定温度计代码。
[0047]
在框708，方法700可以包括基于所述代码生成控制信号。例如，图3的逻辑电路210可以基于代码生成数字输出控制信号。
[0048]
在框710，方法700可以包括基于所述控制信号，控制至少一个开关以连接电阻组件来设置所述可编程增益放大器电路的增益。例如，逻辑电路210可以控制一个或多个开关214以选择性地将一个或更多个电阻元件216耦合到放大器电路218，例如以负反馈配置耦合在放大器电路216周围的一个或一个以上电阻元件216。所选择的电阻元件可以编程放大器电路218的增益。
[0049]
本文所述的非限制性方面或示例中的每一个可以独立存在，或者可以与一个或多个其他示例以各种排列或组合组合。
[0050]
上述详细描述包括对附图的引用，附图构成详细描述的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。这些示例可以包括除所示或描述的元件之外的元件。然而，本发明人还设想了仅提供所示或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑使用所示或描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例，或者关于特定示例(或其个或多方面)，或者关于本文所示或所描述的其他示例(或其中一个或更多方面)。
[0051]
如果本文件与通过引用合并的任何文件之间的用法不一致，则以本文件中的用法
为准。
[0052]
在本文件中，术语“一个”或“一种”在专利文件中常见，包括一个或多个，独立于“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法，除非另有说明，否则“a或b”包括“a但不包括b”、“b但不包括a”和“a和b”。在本文件中，术语“包括”和“其中”被用作各自术语“包含”和“包含”的纯英语等价物。此外，在以下权利要求中，术语”包括“和”包含“是开放式的，即系统、装置、物品、组合物、制剂、，包括除权利要求中该术语之后列出的元素之外的元素的方法仍被视为落入该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求。
[0053]
本文所描述的方法示例可以是至少部分实现的机器或计算机。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可用于配置电子设备以执行上述示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微码、汇编语言代码、高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以构成计算机程序产品的一部分。此外，在一个示例中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，光盘和数字视频盘)、盒式磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)等。
[0054]
以上描述旨在说明性而非限制性。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。可以使用其他实施例，例如由本领域普通技术人员在回顾上述描述后使用。提供摘要是为了符合37c.f.r.
§
1.72(b)的规定，以便读者快速确定技术披露的性质。提交本文件时，应理解其不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在上述详细描述中，可以将各种特征分组在一起以简化本公开。这不应被解释为意味着无人认领的公开特征对任何权利要求至关重要。相反，本发明的主题可能存在于特定公开实施例的少于所有特征中。因此，以下权利要求在此作为示例或实施例并入详细描述中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且可以设想这样的实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。

技术特征：
1.一种可编程增益放大器电路，包括：至少一个器件引脚，被配置为耦合到外部增益设置电阻组件；包括多个电阻组件的电阻组件串；具有多个比较器电路的比较器串，所述多个比较器电路包括：第一输入，耦合以接收由所述多个电阻组件中的对应电阻组件产生的电压；和第二输入，耦合以接收由所述外部增益设置电阻组件产生的电压；和逻辑电路，具有耦合到所述多个比较器电路的对应输出的多个输入，其中所述逻辑电路的输出被配置为基于所述多个比较器电路的输出设置所述可编程增益放大器电路的增益。2.根据权利要求1所述的可编程增益放大器电路，其中所述比较器串被配置为生成温度计代码。3.根据权利要求2所述的可编程增益放大器电路，其中所述逻辑电路被配置为将所述温度计代码转换为二进制代码。4.根据权利要求1所述的可编程增益放大器电路，其中所述逻辑电路包括电平移位电路，以调节所述逻辑电路的输出的电压电平。5.根据权利要求1所述的可编程增益放大器电路，包括：第一和第二放大器电路，其中所述第一和第二放大器电路被布置成仪表放大器配置。6.根据权利要求1所述的可编程增益放大器电路，包括：放大器电路，包括差分输入以接收差分输入信号。7.根据权利要求6所述的可编程增益放大器电路，其中所述放大器电路包括差分输出以产生差分输出信号。8.根据权利要求1所述的可编程增益放大器电路，包括：以负反馈配置布置的放大器电路。9.根据权利要求1所述的可编程增益放大器电路，包括：第一电流源，耦合到所述电阻组件串的第一端；和第二电流源，耦合到所述外部增益设置电阻组件，其中所述多个比较器电路的第二输入被耦合以接收由所述外部增益设置电阻组件和所述第二电流源产生的电压。10.一种可编程增益放大器电路，包括：器件引脚，被配置为耦合到外部增益设置电阻组件；包括多个电阻组件的电阻组件串；第一电流源，耦合到所述电阻组件串的第一端；第二电流源，耦合到所述外部增益设置电阻组件；具有多个比较器电路的比较器串,所述多个比较器电路包括:第一输入，耦合到所述多个电阻组件中的相应电阻组件；和第二输入，耦合以接收由所述外部增益设置电阻组件和所述第二电流源产生的电压；和逻辑电路，具有耦合到所述多个比较器电路的对应输出的多个输入，其中所述逻辑电
路的输出被配置为基于所述多个比较器电路的输出设置所述可编程增益放大器电路的增益。11.根据权利要求10所述的可编程增益放大器电路，其中所述比较器串被配置为生成温度计代码。12.根据权利要求11所述的可编程增益放大器电路，其中所述逻辑电路被配置为将所述温度计代码转换为二进制代码。13.根据权利要求10所述的可编程增益放大器电路，其中所述逻辑电路包括电平移位电路，以调节所述逻辑电路的输出的电压电平。14.根据权利要求10所述的可编程增益放大器电路，包括：第一和第二放大器电路,其中所述第一和第二放大器电路被布置成仪表放大器配置。15.根据权利要求10所述的可编程增益放大器电路，包括：放大器电路，包括差分输入以接收差分输入信号。16.根据权利要求10所述的可编程增益放大器电路，包括：以负反馈配置布置的放大器电路。17.一种操作可编程增益放大器电路的方法，所述方法包括：在电阻组件串的对应电阻组件两端产生多个电压；将所述多个电压中的对应电压与在外部增益设置电阻组件两端产生的参考电压进行比较；基于所述比较确定代码；基于所述代码生成控制信号；和基于所述控制信号，控制至少一个开关以连接电阻组件来设置所述可编程增益放大器电路的增益。18.根据权利要求17所述的方法，其中基于所述比较确定代码包括：确定温度计代码。19.根据权利要求18所述的方法，包括：将所述温度计代码转换为二进制代码。20.根据权利要求17所述的方法，包括：调节逻辑电路的输出的电压电平。

技术总结
本公开涉及外部控制放大器增益的技术。用于设置放大器电路的增益的技术，其中放大器电路的外部电阻器用于确定要选择的内部增益设置。外部电阻器两端的电压可以与片上参考电压进行比较，然后用于编程所需的增益。该技术可以减轻或消除对高精度外部电阻器的需要，并且可以允许在仅具有材料清单变化的现有板和/或系统的初始增益精度和增益漂移方面的实质性改进。改进。改进。


技术研发人员：G
受保护的技术使用者：美国亚德诺半导体公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/9/13