本發(fā)明關(guān)于一種可變?cè)鲆娣糯笃麟娐?，主放大器的控制器和相關(guān)控制方法。

背景技術(shù)：

為了滿足某些標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求，控制放大器(control amplifier)被設(shè)計(jì)為dB線性的可變?cè)鲆娣糯笃?linear-in-dB variable gain amplifier)，也就是說(shuō)，控制放大器的輸出功率和控制電壓可以具有指數(shù)關(guān)系。然而，dB線性的可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑O(shè)計(jì)可能遭受如精確性、過(guò)程/溫度變化問(wèn)題諸如此類的一些問(wèn)題。因此，重要的是提供一種新穎的設(shè)計(jì)以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的之一是提供一種可變?cè)鲆娣糯笃麟娐?、主放大器的控制器和相關(guān)的控制方法，可以具有精確的和可預(yù)測(cè)的輸出功率/電壓、過(guò)程/溫度無(wú)關(guān)的特征、靈活性的設(shè)計(jì)規(guī)范以及可調(diào)諧的放大器特性，以解決上述問(wèn)題。

依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提出一種可變?cè)鲆娣糯笃麟娐罚ㄖ鞣糯笃?、電流感測(cè)電路、可變負(fù)載和控制放大器。主放大器用于放大輸入信號(hào)以產(chǎn)生輸出信號(hào)。電流感測(cè)電路耦接至所述主放大器，用于提供與流過(guò)所述主放大器的電流有關(guān)的感測(cè)電流?？勺冐?fù)載，經(jīng)由節(jié)點(diǎn)耦接至所述電流感測(cè)電路，其中所述感測(cè)電流流過(guò)所述節(jié)點(diǎn)和所述可變負(fù)載以提供負(fù)載電壓。控制放大 器耦接至所述節(jié)點(diǎn)和所述主放大器，用于接收控制電壓和所述負(fù)載電壓以產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)來(lái)控制所述主放大器的增益，其中所述可變負(fù)載的電阻與所述控制電壓具有非線性關(guān)系。

依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，提出一種主放大器的控制器，包括電流感測(cè)電路、可變負(fù)載和控制放大器。電流感測(cè)電路用于產(chǎn)生與流過(guò)所述主放大器的電流有關(guān)的感測(cè)電流?？勺冐?fù)載經(jīng)由節(jié)點(diǎn)耦接至所述電流感測(cè)電路，其中所述感測(cè)電流流過(guò)所述節(jié)點(diǎn)和所述可變負(fù)載?？刂品糯笃黢罱又了龉?jié)點(diǎn)，用于接收控制電壓和所述節(jié)點(diǎn)的負(fù)載電壓以產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)來(lái)控制所述主放大器的增益，其中所述可變負(fù)載的電阻與所述控制電壓具有非線性關(guān)系。

根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例，提供一種控制主放大器的方法，包括：產(chǎn)生與流過(guò)所述主放大器的電流有關(guān)的感測(cè)電流；提供可變負(fù)載用于在節(jié)點(diǎn)接收所述感測(cè)電流，其中所述感測(cè)電流流過(guò)所述節(jié)點(diǎn)和所述可變負(fù)載；以及根據(jù)控制電壓和所述節(jié)點(diǎn)的負(fù)載電壓，產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)來(lái)控制所述主放大器的增益；其中所述可變負(fù)載的電阻與所述控制電壓具有非線性關(guān)系。

為了對(duì)本發(fā)明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下：

【附圖說(shuō)明】

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變?cè)鲆娣糯笃麟娐返氖疽鈭D。

圖2繪示當(dāng)可變負(fù)載的電阻與控制電壓具有指數(shù)關(guān)系時(shí)，輸出功率/輸出電壓和控制電壓之間的關(guān)系以及電流或與控制電壓之間的關(guān)系。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變?cè)鲆娣糯笃麟娐返募?xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變負(fù)載的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5繪示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電路單元的電路結(jié)構(gòu)。

圖6繪示圖5所示電路單元的特定電流和反饋電壓之間的關(guān)系。

圖7為當(dāng)圖4所示電路單元的數(shù)量為4時(shí)可變負(fù)載的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖8繪示特定電流和反饋電壓之間的關(guān)系。

圖9繪示流經(jīng)節(jié)點(diǎn)的感測(cè)電流和具有反饋電壓的整個(gè)可變負(fù)載。

圖10為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于控制主放大器的方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】

在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱呼同一個(gè)元件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)當(dāng)中所提及的“包含”為開(kāi)放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接到第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過(guò)其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

請(qǐng)參考圖1，其為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變?cè)鲆娣糯笃麟娐?00的示意圖。如圖1所示，可變?cè)鲆娣糯笃麟娐?00包括主放大器110和控制器120。主放大器110被配置為放大輸入信號(hào)Vin以產(chǎn)生輸出信號(hào)Vout，以及控制器120被配置為接收控制電壓V_APC以產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)V_CAS來(lái)控制主放大器110的增益。詳細(xì)地，控制器120包括電流感測(cè)電路(current sensing circuit)122、可變負(fù)載R_L和控制放大器124，其中，電流感測(cè)電路122被配置為提供與流經(jīng)主放大器110的電流I_P相關(guān)的感測(cè)電流I_RL；可變負(fù)載R_L經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N_FB被耦接到電流感測(cè)電路122，以及感測(cè)電流I_RL流經(jīng)節(jié)點(diǎn)N_FB和可變負(fù)載R_L 以在節(jié)點(diǎn)N_FB提供負(fù)載電壓/反饋電壓V_FB；而控制放大器124接收控制電壓V_APC和節(jié)點(diǎn)N_FB的反饋電壓V_FB以產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)V_CAS。在圖1所示的主放大器110和控制器120的回路中，當(dāng)控制電壓V_APC變化，相關(guān)電流和反饋電壓V_FB也連續(xù)變化，直到反饋電壓V_FB近似控制電壓V_APC。

在圖1中，可變負(fù)載R_L的電阻是基于反饋電壓V_FB來(lái)確定的，并且由于該反饋電壓V_FB近似控制電壓V_APC，則視為所述可變負(fù)載R_L的電阻由控制電壓V_APC控制。此外，在圖1所示回路中，當(dāng)可變負(fù)載R_L的電阻由于控制電壓V_APC的變化而變化時(shí)，感測(cè)電流I_RL和電流I_P也隨著可變負(fù)載R_L的電阻而變化，也就是說(shuō)，主放大器110的增益隨著控制電壓V_APC而變化。在本實(shí)施例中，可變負(fù)載R_L被設(shè)計(jì)成使電阻與控制電壓V_APC具有非線性關(guān)系，其中，所述非線性關(guān)系可以是指數(shù)關(guān)系或多項(xiàng)式關(guān)系，如當(dāng)控制電壓V_APC增加時(shí)，可變負(fù)載R_L的電阻具有非線性衰減。例如，圖2示出當(dāng)可變負(fù)載R_L的電阻與控制電壓V_APC具有指數(shù)關(guān)系時(shí)，輸出功率Pout和控制電壓V_APC之間的關(guān)系以及電流I_P或I_RL與控制電壓V_APC之間的關(guān)系。如圖2所示，由于當(dāng)控制電壓增加時(shí)可變負(fù)載R_L的電阻具有指數(shù)式衰減，因此電流I_P/I_RL隨著控制電壓V_APC具有指數(shù)式增長(zhǎng)。因此，輸出功率Pout與控制電壓V_APC具有dB線性關(guān)系。

參考圖3，其為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變?cè)鲆娣糯笃麟娐?00的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，主放大器110包括兩個(gè)晶體管M1和M2，并被耦合到電源電壓，例如經(jīng)由電感器L1耦合到電池電壓V_BAT；電流感測(cè)電路122包括晶體管M3-M7和控制放大器202，并且電流感測(cè)電路122被配置為提供流過(guò)主放大器110的電流I_P和感測(cè)電流I_RL之間的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施方案中，流過(guò)主放大器110的電流I_P和感測(cè)電流I_RL之間的關(guān)系是固定的關(guān)系。詳細(xì)地說(shuō)，電流感測(cè)電路122可被視為兩個(gè)電流鏡，即，中間電流I_D是比 率(1/N)乘以流經(jīng)主放大器110的電流I_P(即I_D＝I_P/N)，以及感測(cè)電流I_RL是比率(1/M)乘以中間電流I_D(即I_RL＝I_D/M)，其中N和M是任意設(shè)計(jì)的正整數(shù)。值得注意的是，圖3所示的主放大器110和電流感測(cè)電路122僅用于說(shuō)明性目的，而不是本發(fā)明的限制。

參考圖4，其為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變負(fù)載R_L的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，可變負(fù)載R_L包括k個(gè)電路單元410_1-410_k，其中，k可以是等于或大于2的任何正整數(shù)。電路單元410_1-410_k分別接收參考電壓V_R1-V_Rk和參考電流I_R1-I_Rk并提供特定電流I₁-I_k到節(jié)點(diǎn)N_FB。在圖4中，參考電壓V_R1-V_Rk和特定電流I₁-I_k的值可根據(jù)設(shè)計(jì)者的考慮來(lái)確定。例如，參考電壓V_R1-V_Rk可以具有不同的值，以及特定電流I₁-I_k可以具有相同的值，或者特定電流I₁-I_k都不盡相同。在一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)于每個(gè)電路單元410_1-410_k，特定電流I_(j)大于特定電流I_(j-1)，以及參考電壓V_Rj大于參考電壓V_R(j-1)，其中j可為等于或小于k的任意正整數(shù)。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電路單元410_k的電路結(jié)構(gòu)。如圖5所示，電路單元410_k具有晶體管M8-M12，并且當(dāng)反饋電壓V_FB增加接近于參考電壓V_Rk時(shí)，晶體管M11開(kāi)始關(guān)斷，并且參考電流I_Rk開(kāi)始流過(guò)晶體管M10和M8，以及晶體管M9以比率Nk鏡像(mirror)流經(jīng)晶體管M8的電流以產(chǎn)生特定電流I_k。更詳細(xì)的說(shuō)，在反饋電壓V_FB接近參考電壓V_Rk時(shí)，電路單元會(huì)開(kāi)始提供電流，在反饋電壓V_FB大于參考電壓V_Rk時(shí)，產(chǎn)生特定電流I_k。最后，如圖6所示特定電流I_k等于Nk*I_Rk。參考電壓V_Rk設(shè)定得越低，則在同樣的反饋電壓V_FB，輸出電流會(huì)越大。

圖7為當(dāng)圖4所示電路單元的數(shù)量為4時(shí)可變負(fù)載R_L的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的示意圖，并且每個(gè)電路單元使用圖5所示的實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖7所示，可變負(fù)載R_L具有四個(gè)電路單元410_1-410_4，其中電路單元410_1接收參考電壓 V_R1和參考電流I_R，以及圖5所示的電流鏡的比率N1為“1”；電路單元410_2接收參考電壓V_R2和參考電流I_R，以及圖5所示的電流鏡的比率N2為“2”；電路單元410_3接收參考電壓V_R3和參考電流I_R，以及圖5所示的電流鏡的比率N3為“10”；電路單元410_4接收參考電壓V_R4和參考電流I_R，以及圖5所示的電流鏡的比率N4為“38”。圖8示出了特定電流I₁-I₄和反饋電壓V_FB之間的關(guān)系，以及圖9示出了流經(jīng)節(jié)點(diǎn)N_FB的感測(cè)電流I_RL和具有反饋電壓V_FB的整個(gè)可變負(fù)載R_L，其中感測(cè)電流I_RL是由電路單元410_1-410_4提供的所有特定電流的總和。如圖7-9所示，可變負(fù)載R_L能夠操作使得感測(cè)電流I_RL與反饋電壓V_FB呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，也就是主放大器110的輸出功率也與控制電壓V_APC(V_FB～V_APC)具有指數(shù)關(guān)系(dB線性)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，為使控制器120的操作獨(dú)立于溫度/過(guò)程變化，圖4所示的參考電壓V_R1-V_Rk可以由帶隙參考電壓發(fā)生器(bandgap reference voltage generator)產(chǎn)生，以及參考電流I_R1-I_Rk可以由帶隙參考電流發(fā)生器(bandgap reference current generator)產(chǎn)生。

值得注意的是，圖4所示的可變負(fù)載R_L和圖5所示的電路單元的實(shí)施例僅用于說(shuō)明性目的，而不是本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，圖4所示的電路單元可以有不同的電路設(shè)計(jì)，以及可變負(fù)載R_L還可以包括與電路單元410_1-410_k并聯(lián)連接的電阻器。這些替代的設(shè)計(jì)都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。

請(qǐng)一起參考圖1和圖10，圖10為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于控制主放大器的方法的流程圖。如圖10所示，流程描述如下。

步驟1000：流程開(kāi)始。

步驟1002：產(chǎn)生與流過(guò)主放大器的電流有關(guān)的感測(cè)電流。

步驟1004：提供可變負(fù)載用于在節(jié)點(diǎn)處接收感測(cè)電流，其中，感測(cè)電 流流過(guò)節(jié)點(diǎn)和可變負(fù)載。

步驟1006：接收控制電壓和節(jié)點(diǎn)的電壓以根據(jù)控制電壓和節(jié)點(diǎn)的電壓產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)來(lái)控制主放大器的增益，其中，可變負(fù)載的電阻與控制電壓具有非線性關(guān)系。

簡(jiǎn)要概述，在可變?cè)鲆娣糯笃麟娐分?，本發(fā)明主放大器的控制器和相關(guān)的控制方法，通過(guò)使用其電阻與控制電壓具有非線性關(guān)系(例如指數(shù)關(guān)系)的可變負(fù)載，主放大器可以具有所需的輸出功率以響應(yīng)于控制電壓(例如呈dB線性關(guān)系)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以提供精確的和可預(yù)測(cè)的輸出功率。另外，通過(guò)設(shè)置圖4-5所示的電流鏡的參考電壓、參考電流和/或比率，主放大器的輸出功率和控制電壓可以具有不同的關(guān)系，也就是說(shuō)本發(fā)明的實(shí)施例在設(shè)計(jì)規(guī)格上是彈性的以及在放大器特性上是可調(diào)諧的。

綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。