一种增益调整放大器的制作方法

1.本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种增益调整放大器。


背景技术：

2.功率放大器是将弱驱动能力的信号放大并增强其驱动能力后输出，用于驱动小阻抗负载，例如音频功率放大器用于驱动几欧姆的喇叭，但是由于芯片的封装打线、pcb走线、连接喇叭的导线等的总寄生电阻可能有0.1欧姆的量级，而喇叭有可能只是2欧姆，4欧姆，这样寄生电阻就会分走一部分较大的电压，从而导致喇叭上获得的功率减小。就需要将功率放大器的增益进行微调以补偿寄生电阻导致的功率损失。
3.传统的增益可调放大器如图1和图2所示意，由一个高增益的运算放大器、多级积分器或者谐振器103、203与一个电阻反馈网络101、102、104、201、202、204构成。对于图1中，其增益调整是通过开关控制反馈电阻101、104的值来实现的，通过导通不同的开关sw0、sw1、sw2，可以得到不同的反馈电阻值，其增益gain1及其计算表达式见公式1。对于图2中，其增益调整是通过开关控制输入电阻201的值来实现的，通过导通不同的开关sw3、sw4、sw5，可以得到不同的输入电阻值，其增益gain2及其计算表达式见公式2。
4.公式1：；其中，rfx根据不同的开关导通可以等于rf4、rf4+rf3、rf4+rf3+rf2、rf4+rf3+rf2+rf1。
5.公式2：；其中，rsx根据不同的开关导通可以等于rs1、rs1+rs2、rs1+rs2+rs3、rs1+rs2+rs3+rs4。传统增益调整电路可以通过增加多个电阻和开关来实现多档位的增益调节，为了获得精细的增益调整，那么其中的有些电阻与其他电阻的比例非常大，例如要实现百分之一的增益调整，反馈电阻和输入电阻的比例就会达到百分之一。在ic中，实现这种比例一般基于一个单位电阻通过串联、并联实现的，例如百分之一的比例一般是用100个单位电阻并联与一个单位电阻的实现，这时候会导致电阻的面积很大，而且考虑到噪声要求，一个单位电阻的值不会取很大，那么100个单位电阻并联后电阻值就很小了，与之串联的开关导通电阻就变的不可忽略，会造成谐波失真。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种增益调整放大器，用于在精细增益调整电路设计上节省面积，同时减小非线性失真的难度的设计难度。
7.本发明第一方面提供了一种增益调整放大器，所述增益调整放大器包括：目标功能电路、增益调整电路、第一反馈电阻以及第二反馈电阻；
所述目标功能电路包括第一功能电路输入端、第一功能电路输出端以及第二功能电路输入端、第二功能电路输出端，所述第一反馈电阻包括第一反馈电阻输入端以及第一反馈电阻输出端，所述第一反馈电阻输入端与所述第一功能电路输入端连接，所述第一反馈电阻输出端与所述第一功能电路输出端连接，所述第二反馈电阻包括第二反馈电阻输入端以及第二反馈电阻输出端，所述第二反馈电阻输入端与所述第二功能电路输入端连接，所述第二反馈电阻输出端与所述第二功能电路输出端连接；所述增益调整电路包括：第一增益调整电路输入端、第二增益调整电路输入端、第一增益调整电路输出端以及第二增益调整电路输出端；所述第一增益调整电路输出端与所述第一反馈电阻输入端连接，所述第二增益调整电路输出端与所述第二反馈电阻输入端连接。
8.结合第一方面，在本发明第一方面的第一实施方式中，所述增益调整电路还包括：r2r结构阵列以及多个比特控制信号；所述r2r结构阵列包括多个第一r电阻、多个第一2r电阻、多个第二r电阻以及多个第二2r电阻；所述多个比特控制信号包括：多个第一控制开关、多个第二控制开关以及多个第三控制开关。
9.结合第一方面，在本发明第一方面的第二实施方式中，所述第一r电阻包括第一r电阻输入端、第一r电阻输出端以及第二r电阻输出端；所述第一r电阻输出端与相邻的第一r电阻连接，所述第二r电阻输出端与相邻的第一2r电阻连接；所述第一2r电阻的输出端分别与相邻的第一控制开关和第二控制开关连接；所述第二2r电阻的输出端分别与所述第二控制开关以及所述第三控制开关连接，所述第二r电阻分别与所述第二2r电阻的输入端以及相邻的第二r电阻连接。
10.结合第一方面，在本发明第一方面的第三实施方式中，所述增益调整放大器还包括：当所述增益调整电路作为输入电阻时，所述增益调整电路的增益计算公式如下所示：；其中，gain表示增益，rf表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c《n-1》表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。
11.结合第一方面，在本发明第一方面的第四实施方式中，所述增益调整放大器还包括：当所述增益调整电路作为反馈电阻时，所述增益调整电路的增益计算公式如下所示：；其中，gain表示增益，rs表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c《n-1》表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。
12.结合第一方面，在本发明第一方面的第五实施方式中，所述增益调整电路具体用于：
或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
18.为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图4，本发明实施例中增益调整放大器的一个实施例包括：本实施例中本发明提出的增益调整放大器电路如图4所示，所述增益调整放大器包括：目标功能电路、增益调整电路、第一反馈电阻以及第二反馈电阻；其中404是具有高增益放大或积分功能的电路（也就是，目标功能电路），该目标功能电路例如多级级联的积分器构成的环路滤波器或者单个积分器、多级级联的谐振器构成的环路滤波器或者单个谐振器，多级或单级运放、或者由多个或一个积分器和多个或一个谐振器级联构成的环路滤波器。402为第一反馈电阻，403为第二反馈电阻，401是本发明提出的电路具体实现（也就是，增益调整电路）。
19.所述增益调整放大器包括：目标功能电路、增益调整电路、第一反馈电阻以及第二反馈电阻；所述目标功能电路包括第一功能电路输入端、第一功能电路输出端以及第二功能电路输入端、第二功能电路输出端，所述第一反馈电阻包括第一反馈电阻输入端以及第一反馈电阻输出端，所述第一反馈电阻输入端与所述第一功能电路输入端连接，所述第一反馈电阻输出端与所述第一功能电路输出端连接，所述第二反馈电阻包括第二反馈电阻输入端以及第二反馈电阻输出端，所述第二反馈电阻输入端与所述第二功能电路输入端连接，所述第二反馈电阻输出端与所述第二功能电路输出端连接；所述增益调整电路包括：第一增益调整电路输入端、第二增益调整电路输入端、第一增益调整电路输出端以及第二增益调整电路输出端；所述第一增益调整电路输出端与所述第一反馈电阻输入端连接，所述第二增益调整电路输出端与所述第二反馈电阻输入端连接。
20.所述增益调整电路还包括：r2r结构阵列以及多个比特控制信号；所述r2r结构阵列包括多个第一r电阻、多个第一2r电阻、多个第二r电阻以及多个第二2r电阻；所述多个比特控制信号包括：多个第一控制开关、多个第二控制开关以及多个第三控制开关。
21.所述第一r电阻包括第一r电阻输入端、第一r电阻输出端以及第二r电阻输出端；所述第一r电阻输出端与相邻的第一r电阻连接，所述第二r电阻输出端与相邻的第一2r电阻连接；所述第一2r电阻的输出端分别与相邻的第一控制开关和第二控制开关连接；所述第二2r电阻的输出端分别与所述第二控制开关以及所述第三控制开关连接，所述第二r电阻分别与所述第二2r电阻的输入端以及相邻的第二r电阻连接。
22.其中，包括图4中所示的r2r阵列和8比特控制信号，其增益表达式如下所示：；当控制信号c《7:0》=8’b0000_0000时，gain=0.5*rf/(256*r)；当控制信号c《7:0》=8’b0000_0001时，gain=0.5*rf/(255*r)；当控制信号c《7:0》=8’b0000_0010时，gain=0.5*rf/(254*r)；当控制信号c《7:0》=8’b0000_0011时，gain=0.5*rf/(252*r)；
…
当控制信号c《7:0》=8’b1111_1110时，gain=0.5*rf/(2*r)；当控制信号c《7:0》=8’b1111_1111时，gain=0.5*rf/(1*r)；因此，本实施例中增益调整精度达到了0.39%。
23.所述增益调整放大器还包括：当所述增益调整电路作为输入电阻时，所述增益调整电路的增益计算公式如下所示：；其中，gain表示增益，rf表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c《n-1》表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。
24.本实施例中，将图3所示的增益调整电路作为输入电阻时，n位控制位的电路图如图5所示，增益计算表达式如下所示：；其中，gain表示增益，rf表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c《n-1》表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。其中503是具有高增益放大或积分功能的电路（也就是，目标功能电路），如多级级联的积分器构成的环路滤波器或者单个积分器、多级级联的谐振器构成的环路滤波器或者单个谐振器，多级或单级运放、或者由多个或一个积分器和多个或一个谐振器级联构成的环路滤波器。501是本发明提出的电路具体实现，包括r2r阵列和n比特控制信号。
25.所述增益调整放大器还包括：当所述增益调整电路作为反馈电阻时，所述增益调整电路的增益计算公式如下所示：；其中，gain表示增益，rs表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c《n-1》表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。
26.本实施例中，将图3构成的增益调整电路作为反馈电阻时，具有n位控制位的电路图如图6所示，增益计算表达式如下所示：；其中，gain表示增益，rs表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c《n-1》表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。其中，603是具有高增益放大或积分功能的电路（也就是，目标功能电路），如多级级联的积分器构成的环路滤波器或者单个积分器、多级级联的谐振器构成的环路滤波器或者单个谐振器，多级或单级运放、或者由多个或一个积分器和多个或一个谐振器级联构成的环路滤波器。602是本发明提出的电路具体实现，包括r2r阵列和n比特
控制信号。
27.所述增益调整电路具体用于：当比特控制信号为高电平时，根据所述比特控制信号对开关进行导通；当比特控制信号为低电平时，根据所述比特控制信号对开关进行截止并生成反向信号。
28.本实施例中，基于传统的电阻负反馈放大器，其增益的调整主要是反馈电阻或者输入电阻进行调节，因此本发明利用r2r结构，如图3所示来替代输入电阻或者反馈电阻，使其等效电阻（端口a和端口b之间的电阻）随控制信号c《n-1:0》而变化（n为控制位的位宽）。r2r结构基于单位电阻r和其2倍电阻及开关构成，c《n-1:0》为开关的控制信号，当其为高电平时，其控制的开关导通，低电平时开关截止，cb《n-1:0》为其反向信号。
29.所述增益调整电路的等效电阻计算公式如下所示：；其中，req表示等效电阻，r表示单位电阻，c《n-1》表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。
30.所述等效电阻的最小值计算公式如下所示：；其中，req
min
表示等效电阻的最小值，r为单位电阻。
31.本实施例中，其等效电阻req的计算公式如下：；由上述等效电阻的计算公式可知，req的最小值req
min
为：；本实施例中，随着比特控制信号从0变化到最大值，等效电阻req以等步长从req
min
相对于传统电路，节省了很多电阻面积，同时开关不与非常小的电阻连接，开关非线性基本可以忽略。
32.本实施例中，所述增益调整放大器包括：目标功能电路、增益调整电路、第一反馈电阻以及第二反馈电阻；第一反馈电阻输入端与第一功能电路输入端连接，第一反馈电阻输出端与第一功能电路输出端连接，第二反馈电阻输入端与第二功能电路输入端连接，第二反馈电阻输出端与第二功能电路输出端连接；增益调整电路包括：第一增益调整电路输出端与第一反馈电阻输入端连接，第二增益调整电路输出端与第二反馈电阻输入端连接，本发明避免了精细增益调节放大器面积较大、非线性问题，实现了更小面积、无明显的非线性失真，进而在精细增益调整电路设计上节省面积，同时减小非线性失真的难度的设计难度。
33.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
34.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（read-only memory， rom）、随机存取存储器（random acces memory，ram）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
35.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种增益调整放大器，其特征在于，所述增益调整放大器包括：目标功能电路、增益调整电路、第一反馈电阻以及第二反馈电阻；所述目标功能电路包括第一功能电路输入端、第一功能电路输出端以及第二功能电路输入端、第二功能电路输出端，所述第一反馈电阻包括第一反馈电阻输入端以及第一反馈电阻输出端，所述第一反馈电阻输入端与所述第一功能电路输入端连接，所述第一反馈电阻输出端与所述第一功能电路输出端连接，所述第二反馈电阻包括第二反馈电阻输入端以及第二反馈电阻输出端，所述第二反馈电阻输入端与所述第二功能电路输入端连接，所述第二反馈电阻输出端与所述第二功能电路输出端连接；所述增益调整电路包括：第一增益调整电路输入端、第二增益调整电路输入端、第一增益调整电路输出端以及第二增益调整电路输出端；所述第一增益调整电路输出端与所述第一反馈电阻输入端连接，所述第二增益调整电路输出端与所述第二反馈电阻输入端连接。2.根据权利要求1所述的增益调整放大器，其特征在于，所述增益调整电路还包括：r2r结构阵列以及多个比特控制信号；所述r2r结构阵列包括多个第一r电阻、多个第一2r电阻、多个第二r电阻以及多个第二2r电阻；所述多个比特控制信号包括：多个第一控制开关、多个第二控制开关以及多个第三控制开关。3.根据权利要求2所述的增益调整放大器，其特征在于，所述第一r电阻包括第一r电阻输入端、第一r电阻输出端以及第二r电阻输出端；所述第一r电阻输出端与相邻的第一r电阻连接，所述第二r电阻输出端与相邻的第一2r电阻连接；所述第一2r电阻的输出端分别与相邻的第一控制开关和第二控制开关连接；所述第二2r电阻的输出端分别与所述第二控制开关以及所述第三控制开关连接，所述第二r电阻分别与所述第二2r电阻的输入端以及相邻的第二r电阻连接。4.根据权利要求1所述的增益调整放大器，其特征在于，所述增益调整放大器还包括：当所述增益调整电路作为输入电阻时，所述增益调整电路的增益计算公式如下所示：；其中，gain表示增益，rf表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c<n-1>表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。5.根据权利要求1所述的增益调整放大器，其特征在于，所述增益调整放大器还包括：当所述增益调整电路作为反馈电阻时，所述增益调整电路的增益计算公式如下所示：；其中，gain表示增益，rs表示反馈电阻值，r表示单位电阻，c<n-1>表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。6.根据权利要求1所述的增益调整放大器，其特征在于，所述增益调整电路具体用于：当比特控制信号为高电平时，根据所述比特控制信号对开关进行导通；当比特控制信号为低电平时，根据所述比特控制信号对开关进行截止并生成反向信号。7.根据权利要求1所述的增益调整放大器，其特征在于，所述增益调整电路的等效电阻
计算公式如下所示：；其中，req表示等效电阻，r表示单位电阻，c<n-1>表示第n-1个第一控制开关的比特控制信号。8.根据权利要求1所述的增益调整放大器，其特征在于，所述等效电阻的最小值计算公式如下所示：；其中，req
min
表示等效电阻的最小值，r为单位电阻。

技术总结
本发明涉及集成电路技术领域，公开了一种增益调整放大器，用于在精细增益调整电路设计上节省面积，同时减小非线性失真的难度的设计难度。增益调整放大器包括：目标功能电路、增益调整电路、第一反馈电阻以及第二反馈电阻；第一反馈电阻输入端与第一功能电路输入端连接，第一反馈电阻输出端与第一功能电路输出端连接，第二反馈电阻输入端与第二功能电路输入端连接，第二反馈电阻输出端与第二功能电路输出端连接；增益调整电路包括：第一增益调整电路输出端与第一反馈电阻输入端连接，第二增益调整电路输出端与第二反馈电阻输入端连接。整电路输出端与第二反馈电阻输入端连接。整电路输出端与第二反馈电阻输入端连接。


技术研发人员：张云福 兰金保 宋志勋 陈建威
受保护的技术使用者：深圳前海深蕾半导体有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/8/14