可编程增益放大器

摘要

一种可编程增益放大器，属于放大电路的技术领域。该放大器含全平衡差动放大器模块、译码器模块和电阻开关阵列模块，全平衡差动放大器模块中的负反馈电阻分压器的电阻比确定该放大器的最大增益，通过译码器模块的译码结果控制电阻开关阵列模块衰减输入信号的衰减量，最终实现该放大器的增益的可编程。电阻开关阵列模块是两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络，它们的输入电阻恒定，确保对前级形成恒定的负载效应。该放大器有以下优点：结构简单；带宽稳定；和输入电阻恒定，对前级形成恒定的负载效应，在该放大器与前级之间不需增加缓冲电路来隔离。

主权项

1、一种可编程增益放大器，含差动输入差动输出运放模块、译码器模块(2)和电阻开关阵列模块(3)，译码器模块(2)是三位译码器，有三个数字信号输入端和八个数字信号输出端，依次是第三数字信号输入端(a2)、第二数字信号输入端(a1)、第一数字信号输入端(a0)、第一数字信号输出端(d1)、第二数字信号输出端(d2)、第三数字信号输出端(d3)、第四数字信号输出端(d4)、第五数字信号输出端(d5)、第六数字信号输出端(d6)、第七数字信号输出端(d7)和第八数字信号输出端(d8)，其特征在于，差动输入差动输出运放模块是全平衡差动放大器模块(1)，全平衡差动放大器模块(1)是传统的四输入端差动输入差动输出运放模块，有四个输入端和两个输入端，依次是正相输入端(vpp)、反相输入端(vnp)、正相负反馈输入端(vpn)、反相负反馈输入端(vnn)、正相输出端(vop)和反相输出端(von)，全平衡差动放大器模块(1)还含两路负反馈电阻分压器，两路负反馈电阻分压器含第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，第一电阻(R1)的阻值＝第三电阻(R3)的阻值＝1kΩ，第二电阻(R2)的阻值＝第四电阻(R4)的阻值，且介于8kΩ～130kΩ之间，全平衡差动放大器模块(1)的最大增益Gmax＝20lg(第二电阻(R2)的阻值/第一电阻(R1)的阻值)，单位为db，第二电阻(R2)跨接在正相输出端(vop)和正相负反馈输入端(vpn)之间，第四电阻(R4)跨接在反相输出端(von)和反相负反馈输入端(vnn)之间，第一电阻(R1)跨接在正相负反馈输入端(vpn)和参考电平端(Vref)之间，第三电阻(R3)跨接在反相负反馈输入端(vnn)和参考电平端(Vref)之间，电阻开关阵列模块(3)是两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络，电阻开关阵列模块(3)有两个输入端、两个输出端、八个数字控制端和一个参考电平端，依次是正相信号输入端(in1)、反相信号输入端(in2)、正相信号输出端(out1)和反相信号输出端(out2)，第一数字控制端(ck1)、第二数字控制端(ck2)、第三数字控制端(ck3)、第四数字控制端(ck4)、第五数字控制端(ck5)、第六数字控制端(ck6)、第七数字控制端(ck7)、第八数字控制端(ck8)和参考电平端(Vref)，两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络之一含第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)、第十八电阻(R18)、第一模拟开关(M1)、第二模拟开关(M2)、第三模拟开关(M3)、第四模拟开关(M4)、第五模拟开关(M5)、第六模拟开关(M6)、第七模拟开关(M7)和第八模拟开关(M8)，第五电阻(R5)、第七电阻(R7)、第九电阻(R9)、第十一电阻(R11)、第十三电阻(R13)、第十五电阻(R15)、第十七电阻(R17)和第十八电阻(R18)依次串联后跨接在正相信号输入端(in1)和参考电平端(Vref)之间，电阻与电阻的连接交点分别为第一交点(P1)、第二交点(P2)、第三交点(P3)、第四交点(P4)、第五交点(P5)、第六交点(P6)和第七交点(P7)，第六电阻(R6)、第八电阻(R8)、第十电阻(R10)、第十二电阻(R12)、第十四电阻(R14)、第十六电阻(R16)分别跨接在第一交点(P1)、第二交点(P2)、第三交点(P3)、第四交点(P4)、第五交点(P5)、第六交点(P6)与参考电平端(Vref)之间，第一模拟开关(M1)、第二模拟开关(M2)、第三模拟开关(M3)、第四模拟开关(M4)、第五模拟开关(M5)、第六模拟开关(M6)、第七模拟开关(M7)和第八模拟开关(M8)的源极分别与正相信号输入端(in1)、第一交点(P1)、第二交点(P2)、第三交点(P3)、第四交点(P4)、第五交点(P5)、第六交点P6和第七交点P7连接，第一模拟开关M1、第二模拟开关M2、第三模拟开关(M3)、第四模拟开关(M4)、第五模拟开关(M5)、第六模拟开关(M6)、第七模拟开关(M7)和第八模拟开关(M8)的漏极均与正相信号输出端(out1)连接，两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络之二含第五’电阻(R5’)、第六’电阻(R6’)、第七’电阻(R7’)、第八’电阻(R8’)、第九’电阻(R9’)、第十’电阻(R10’)、第十一’电阻(R11’)、第十二’电阻(R12’)、第十三’电阻(R13’)、第十四’电阻(R14’)、第十五’电阻(R15’)、第十六’电阻(R16’)、第十七’电阻(R17’)、第十八’电阻(R18’)、第一’模拟开关(M1’)、第二’模拟开关(M2’)、第三’模拟开关(M3’)、第四’模拟开关(M4’)、第五’模拟开关(M5’)、第六’模拟开关(M6’)、第七’模拟开关(M7’)和第八’模拟开关(M8’)，第五’电阻(R5’)、第七’电阻(R7’)、第九’电阻(R9’)、第十一’电阻(R11’)、第十三’电阻(R13’)、第十五’电阻(R15’)、第十七’电阻(R17’)和第十八’电阻(R18’)依次串联后跨接在反相信号输入端(in2)和参考电平端(Vref)之间，电阻与电阻的连接交点分别为第一’交点(P1’)、第二’交点(P2’)、第三’交点(P3’)、第四’交点(P4’)、第五’交点(P5’)、第六’交点(P6’)和第七’交点(P7’)，第六’电阻(R6’)、第八’电阻(R8’)、第十’电阻(R10’)、第十二’电阻(R12’)、第十四’电阻(R14’)、第十六’电阻(R16’)分别跨接在第一’交点(P1’)、第二’交点(P2’)、第三’交点(P3’)、第四’交点(P4’)、第五’交点(P5’)、第六’交点(P6’)与参考电平端(Vref)之间，第一’模拟开关(M1’)、第二’模拟开关(M2’)、第三’模拟开关(M3’)、第四’模拟开关(M4’)、第五’模拟开关(M5’)、第六’模拟开关(M6’)、第七’模拟开关(M7’)和第八’模拟开关(M8’)的源极分别与反相信号输入端(in2)、第一’交点(P1’)、第二’交点(P2’)、第三’交点(P3’)、第四’交点(P4’)、第五’交点(P5’)、第六’交点(P6’)和第七’交点(P7’)连接，第一’模拟开关(M1’)、第二’模拟开关(M2’)、第三’模拟开关(M3’)、第四’模拟开关(M4’)、第五’模拟开关(M5’)、第六’模拟开关(M6’)、第七’模拟开关(M7’)和第八’模拟开关(M8’)的漏极均与反相信号输出端(out2)连接，第五电阻(R5)、第七电阻(R7)、第九电阻(R9)、第十一电阻(R11)、第十三电阻(R13)、第十五电阻(R15)、第十七电阻(R17)、第十八电阻(R18)、第五’电阻(R5’)、第七’电阻(R7’)、第九’电阻(R9’)、第十一’电阻(R11’)、第十三’电阻(R13’)、第十五电阻(R15’)、第十七’电阻(R17’)和第十八’电阻(R18’)的阻值均为r，第六电阻(R6)、第八电阻(R8)、第十电阻(R10)、第十二电阻(R12)、第十四电阻(R14)、第十六电阻(R16)、第六’电阻(R6’)、第八’电阻(R8’)、第十’电阻(R10’)、第十二’电阻(R12’)、第十四’电阻(R14’)和第十六’电阻(R16’)的阻值均为2r，两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络的输入电阻恒定，为2r，r介于5kΩ～10kΩ，两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络中的任一交点的衰减量与下一交点的衰减量之差为6db，正相信号输入端(in1)、第一交点(P1)和第一’交点(P1’)、第二交点(P2)和第二’交点(P2’)、第三交点(P3)和第三’交点(P3’)、第四交点(P4)和第四’交点(P4’)、第五交点(P5)和第五’交点(P5’)、第六交点(P6)和第六’交点(P6’)、第七交点(P7)和第七’交点(P7’)处的衰减量分别为0db、-6db、-12db、-18db、-24db、-30db、-36db、-42db，第一模拟开关(M1)、第二模拟开关(M2)、第三模拟开关(M3)、第四模拟开关(M4)、第五模拟开关(M5)、第六模拟开关(M6)、第七模拟开关(M7)和第八模拟开关(M8)的栅极分别与第一’模拟开关(M1’)、第二’模拟开关(M2’)、第三’模拟开关(M3’)、第四’模拟开关(M4’)、第五’模拟开关(M5’)、第六’模拟开关(M6’)、第七’模拟开关(M7’)和第八’模拟开关(M8’)的栅极连接后分别经第一数字控制端(ck1)、第二数字控制端(ck2)、第三数字控制端(ck3)、第四数字控制端(ck4)、第五数字控制端(ck5)、第六数字控制端(ck6)、第七数字控制端(ck7)和第八数字控制端(ck8)分别与第一数字信号输出端(d1)、第二数字信号输出端(d2)、第三数字信号输出端(d3)、第四数字信号输出端(d4)、第五数字信号输出端(d5)、第六数字信号输出端(d6)、第七数字信号输出端(d7)和第八数字信号输出端(d8)连接，电阻开关阵列模块(3)的正相信号输出端(out1)和反相信号输出端(out2)分别与全平衡差动放大器模块1的正相输入端(vpp)和反相输入端(vnp)连接，待放大的差分信号馈加在电阻开关阵列模块3的正相信号输入端(in1)和反相信号输入端(in2)之上，三位数字信号馈加在译码器模块(2)的第三数字信号输入端(a2)、第二数字信号输入端(a1)和第一数字信号输入端(a0)之上，全平衡差动放大器模块(1)的增益Gain＝最大增益Gmax+两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络的衰减率。