CN101471636A

CN101471636A - 可变增益高动态范围放大器

Info

Publication number: CN101471636A
Application number: CNA200710194392XA
Authority: CN
Inventors: 李青峰
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: CN101471636B

Abstract

一种可变增益高动态范围放大器，包括一放大器模块、一控制单元及一输出电流量调节电路。放大器模块用以放大一输入讯号，放大器模块包括复数个放大器单元，放大器单元是并联耦接，放大器单元的增益值相异。控制单元用以根据一增益控制讯号，致能复数个放大器单元至少之一，被致能的至少一放大器单元用以响应于输入讯号以输出一电流讯号。输出电流量调节电路用以接收自被致能的至少一放大器单元输出的电流讯号，并于控制单元的控制之下，调节电流讯号的大小，以对应地输出一输出讯号。其中，各放大器单元与输出电流量调节电路为串联耦接。

Description

可变增益高动态范围放大器

技术领域

本发明是有关于一种放大器，且特别是有关于一种可变增益高动态范围放大器。

背景技术

在通讯领域中，接收讯号时所使用的接收器，经常使用动态放大器来放大所接收的讯号。当所接收输入讯号的振幅改变时，动态放大器的增益将会随之改变以维持输出讯号的大小。

请参照图1，其显示了传统使用电流驾驭器(current steering circuit)的动态放大器的电路图。动态放大器100是利用电流驾驭器140，以根据控制讯号V_CTL的电压来调整动态放大器100的增益。当输入讯号Vi的振幅变大时，控制讯号V_CTL的电压会变低以降低输出电流i_o的大小，以降低动态放大器100的增益。然而，在输入讯号Vi的振幅过大时，差动放大器120的晶体管Q₁₂₁及Q₁₂₂将操作于饱和区，使得输出讯号失真。因此，此时即使降低了输出电流i_o的大小，仍然无法解决输出电流i_o的波形失真的问题。故知，传统的动态放大器100有线性度不够大而无法达到所要的要求的缺点。此处的线性度是指，让输出讯号不会失真的输入讯号的振幅的范围。

为了提高线性度，传统利用退化电阻电路调整增益(DegeneratingResistance Tuning)的动态放大器被提出，其电路图如图2所示。此退化电阻电路是由一金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor)场效晶体管(MOS晶体管)所达成。动态放大器200利用控制场效晶体管240的栅极控制电压V_CTL’，来改变场效晶体管240导通时的等效电阻值，以调整动态放大器200的增益。如此，可让动态放大器200的输出讯号不会失真的可接收的输入讯号Vi的振幅的范围可以增大，以提高动态放大器200的动态范围。由于动态放大器200的增益与场效晶体管240的阻抗值相关，然而，当输入讯号Vi的频率过高时，退化电阻电路的寄生电容对于增益的影响将会增加，而使得动态放大器200于高频时的增益值无法被精确地调控。同时，于接收高频输入讯号时，动态放大器200的线性度亦难以控制。

另外，于美国专利号3,728,633号中还提出一高动态范围射频接收器(Radio Receiver With Wide Dynamic Range)。其接收器***包含两个接收器，第一接收器由AGC偏压(AGC bias)所控制，第二个接收器由延迟后的AGC(Delayed AGC)所控制。当输入讯号位准(signal input levels)越大时，AGC的位准越大。AGC大到一交越点(Cross-Over Point)时，第一个接收器增益为零，而第二个接收器开始作用。此接收器***利用AGC偏压与延迟后的AGC来切换两个接收器，而不使用到开关。

而美国专利号5,625,321号中亦提出一可变增益放大器装置(VariableGain Amplifier Apparatus)，使用了两个可变增益放大器(variable gainamplifier)。此两个可变增益放大器的增益比值(gain ratio)具有互补关系(complementary relation)，并且由同一个增益控制讯号(gain control signal)所控制。当一个可变增益放大器的增益值变大时，另一个可变增益放大器的增益值变小。

为解决上述动态放大器200的线性度难以控制的问题，美国专利6,049,251还公开了一种高动态范围可变增益放大器电路(Very-Wide-RangeVariable-Gain Amplifier)。如图3A所示，其显示了上述高动态范围可变增益放大器的电路图。此高动态范围可变增益放大器包括两个放大器电路320及340。请参照图3B及图3C，其分别显示了放大器电路320及340的详细电路图。图3B中的R_E1的电阻值较小，因此放大器电路320具有高增益值与低线性度。图3C中的R_E2的电阻值较大，因此放大器电路340具有低增益值与高线性度。放大器电路320及340是并联耦接，并分别由自动增益控制讯号AGC1与AGC2来控制其增益值。由于放大器电路320及340的增益不同，故可达到具有两个不同线性度的放大器，而能提高动态范围。

然而，若要再提高可接受的输入讯号的范围，则需要再并联至少一放大器电路。此时，将使得所需的组件增加，成本亦随之提高，并且增加整个电路的复杂度。因此，如何提高放大器可接收的输入讯号的范围，又不会提高电路复杂度，乃业界所致力的课题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变增益高动态范围放大器，可以提升放大器的动态范围，又可减少所需的电路组件并降低电路复杂度。

为实现上述目的，本发明提供的可变增益高动态范围放大器，包括：

一放大器模块，用以放大一输入讯号，该放大器模块包括复数个放大器单元，该些放大器单元为并联耦接，该些放大器单元的增益值相异；

一控制单元，用以根据一增益控制讯号，致能至少该些放大器单元之一，被致能的该至少一该放大器单元用以响应于该输入讯号以输出一电流讯号；以及

一输出电流量调节电路，用以接收自该被致能的该至少一放大器单元输出的该电流讯号，并于该控制单元的控制下，调节该电流讯号的大小，以对应地输出一输出讯号，各该放大器单元与该输出电流量调节电路为串联耦接；

其中，该控制单元根据该增益控制讯号来控制该输出电流量调节电路。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该增益控制讯号与该输入讯号的大小对应，该控制单元包括：

一预分段单元，用以接收该增益控制讯号，并根据该增益控制讯号的大小，对应地输出复数个致能讯号，以分别致能该些放大器单元，该预分段单元用以根据该增益控制讯号产生一区段调节控制讯号，该输出电流量调节电路根据该区段调节控制讯号来调节该电流讯号的大小，当该增益控制讯号随着时间线性增加或减少时，该区段调节控制讯号于时间轴上的波形实质上为一锯齿波。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该锯齿波为具有迟滞的锯齿波。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该预分段单元包括：

一模拟/数字转换器，用以转换该增益控制讯号为一第一讯号；

一数字/模拟转换器，用以转换该第一讯号为一第二讯号；以及

一减法器，用以将该增益控制讯号减去该第二讯号后，产生该区段调节控制讯号。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该控制单元还包括一单位转换器，用以调整该区段调节控制讯号的大小，该输出电流量调节电路根据调整后的该区段调节控制讯号来调节该电流讯号的大小。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该放大器模块包括：

一第一放大器电路，包括一第一差动放大器，用以放大该输入讯号；

一第二放大器电路，包括：

一电流源单元；

一第二差动放大器，用以放大该输入讯号，该第二差动对放大器耦接至该电流源单元；及

一第一电阻器模块，耦接至该第二差动放大器，该第一电阻器模块包括复数个主要电阻器及复数个主要开关，各该主要开关分别于该控制单元的控制之下选择性地导通，导通的该主要开关用以使对应的主要电阻器具有电流通路，该第二差动放大器的增益值与具有电流通路的主要电阻器的电阻值相关；以及

一选择单元，用以于该控制电路的控制之下，致能该第一差动放大器与该第二差动放大器二者之一，使得致能的该第一差动放大器与该第二差动放大器二者之一输出对应至该输入讯号的该电流讯号。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该第一差动放大器具有一第一晶体管与一第二晶体管，该第一晶体管与该第二晶体管的基极用以接收该输入讯号，该第一晶体管与该第二晶体管的射极均耦接至接地电压；

其中，该电流源单元包括一第一电流源与一第二电流源，该第二差动放大器包括一第三晶体管与一第四晶体管，该些主要电阻器包括复数个第一主要电阻器与复数个主要第二电阻器，该第三晶体管与该第四晶体管的基极用以接收该输入讯号，该第三晶体管与该第四晶体管的射极分别耦接至该第一电流源与该第二电流源，该第三晶体管的射极还耦接至该些第一主要电阻器，该第四晶体管的射极还耦接至该些第二主要电阻器，每该个第一主要电阻器通过一个主要开关与一个该第二主要电阻器电性连接；

其中，该第一晶体管与该第二晶体管的集极分别耦接至该第三晶体管与该第四晶体管的集极，该第一晶体管与该第二晶体管的集极用以输出该电流讯号。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，还包括一讯号输入端、一直流偏压隔离电路及一偏压电路，该讯号输入端用以接收该输入讯号，该直流偏压隔离电路耦接于该讯号输入端与该放大器模块之间，该偏压电路用以提供直流偏压至该放大器模块。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该直流偏压隔离电路包括四个电容器，该四个电容器的一端耦接至该讯号输入端，该四个电容器的另一端分别耦接至该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管及该第四晶体管的基极，该偏压电路用以提供提供直流偏压至该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管及该第四晶体管的基极。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该放大器模块还包括一第二电阻器模块，包括复数个第一辅助电阻器、复数个第二辅助电阻器及复数个辅助开关，该第三晶体管的基极还耦接至该些第一辅助电阻器，该第四晶体管的基极还耦接至该些第二辅助电阻器，每该个第一辅助阻器通过一个辅助开关与一个该第二辅助电阻器电性连接。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该输出电流量调节电路包括一第五晶体管、一第六晶体管、一第七晶体管及一第八晶体管，该第六晶体管及该第七晶体管的集极均电性连接至一供应电压，该第五晶体管及第六晶体管的射极均电性连接至该第一晶体管的集极，该第七晶体管及该第八晶体管的射极均耦接至该第二晶体管的集极，该第五晶体管的基极电性连接至该第八晶体管的基极，该第六晶体管的基极电性连接至该第七晶体管的基极，该第五晶体管及该第六晶体管的基极的电压由该控制单元所控制；

其中，该第五晶体管及该第八晶体管的集极用以输出该输出讯号。

所述的可变增益高动态范围放大器，其中，还包括一匹配单元，当该输入讯号为单端输入的讯号时，该匹配单元用以将单端输入的该输入讯号转换成产生双端输入的该输入讯号，该第一差动放大器与第二差动放大器用以放大双端输入的该输入讯号。

本发明所提供的可变增益高动态范围放大器，由并联耦接多个增益值相异的放大器单元，并共享电流量调节电路，可以达到提高放大器的动态范围，并且能够达到简化电路的优点。此外，由使用直流偏压隔离电路，达到快速切换不同的放大器电路的功效。

附图说明

图1显示传统使用电流驾驭器的动态放大器的电路图。

图2显示传统利用退化电阻电路调整增益的动态放大器的电路图。

图3A显示美国专利6,049,251的高动态范围的可变增益放大器电路的电路图。

图3B-3C分别显示图3A中的放大器电路320及340的电路图。

图4显示依照本发明的一实施例的可变增益高动态范围放大器的***方块图。

图5显示图4的可变增益高动态范围放大器的详细电路图的一例。

图6显示图5中预分段单元的电路图的一例。

图7A-7D显示图6的预分段单元的增益控制讯号VC与区段调节控制讯号VCseg的波形图的一例。

图8A与图8B分别显示对应至图7A及图7C的增益控制讯号VC的具有迟滞的锯齿波的区段调节控制讯号VCseg。

附图中主要组件符号说明：

100：动态放大器

120、220：差动放大器

Q₁₂₁、Q₁₂₂、Q₂₂₁、Q₂₂₂、Q1～Q8：晶体管

140：电流驾驭器

240：退化电阻电路

320、340、520、540：放大器电路

400、500：可变增益高动态范围放大器

420：放大器模块

422：放大器单元

440：控制单元

460：输出电流量调节电路

501：讯号输入端

502：电流镜

510：匹配单元

530：直流偏压隔离电路

543：电阻器模块

550：偏压电路

570：电阻器模块

580：预分段单元

590：单位转换器

620：模拟/数字转换器

640：数字/模拟转换器

660：减法器

680：放大器单元选择电路

C1、C2、C3、C4：电容器

CS1、CS2：电流源

R1、R2：主要电阻器

R3、R4：辅助电阻器

SW1、SW2：致能开关

SW3：主要开关

SW4：辅助开关

具体实施方式

本发明的可变增益高动态范围放大器，包括一放大器模块、一控制单元及一输出电流量调节电路。放大器模块是用以放大一输入讯号。放大器模块包括多个放大器单元，此多个放大器单元是并联耦接，且此些放大器单元的增益值相异。控制单元是用以根据一增益控制讯号，致能多个放大器单元至少之一。被致能的至少一放大器单元是用以响应于输入讯号以输出一电流讯号。输出电流量调节电路用以接收自被致能的至少一放大器单元输出的电流讯号，并于控制单元的控制下，调节电流讯号的大小，以对应地输出一输出讯号。各放大器单元与输出电流量调节电路为串联耦接。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下面特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下：

请参照图4，其显示依照本发明的一实施例的可变增益高动态范围放大器的***方块图。图4所示的可变增益高动态范围放大器400包括放大器模块420、控制单元440以及输出电流量调节电路460。放大器模块420用以放大输入讯号Vi。放大器模块420包括多个放大器单元422。多个放大器单元422并联耦接，且多个放大器单元422的增益值相异。控制单元440用以根据增益控制讯号VC致能多个放大器单元422至少之一。被致能的至少一放大器单元422是用以响应于输入讯号Vi以输出一电流讯号Io。输出电流量调节电路460用以接收自被致能的至少一放大器单元422输出的电流讯号Io，并于控制单元440的控制下，调节电流讯号Io的大小，以对应地输出一输出讯号Out。各放大器单元422与输出电流量调节电路460为串联耦接。控制单元440根据增益控制讯号VC来控制输出电流量调节电路460。

于本实施例中，由使用多个并联耦接的放大器单元422，由控制单元440于增益控制讯号VC的控制下，选择不同的放大器单元422，即可提高放大器400的让输出讯号Out不会失真的输入讯号Vi的振幅的范围，亦即可提高放大器400的动态范围。此外，本发明的可变增益高动态范围放大器400的各放大器单元422与输出电流量调节电路460串联耦接，使得一个输出电流量调节电路460可为多个放大器单元422所共享，因此能够有效地简化电路。如此，本实施例在实现一高动态范围的大放器的同时，亦能达到简化电路，减少电路组件以降低成本的目的。于本实施例中，输出电流量调节电路460例如是使用电流驾驭器来达成，然亦不限于此。

请参照图5，其显示图4的可变增益高动态范围放大器的详细电路图的一例。放大器模块420包括放大器电路520及540以及一选择单元。放大器电路520包括一第一差动放大器，用以放大输入讯号Vi。放大器电路540包括一电流源单元、一第二差动放大器及一电阻器模块543。第二差动放大器用以放大输入讯号Vi，第二差动放大器耦接至电流源单元，电阻器模块543耦接至第二差动放大器。电阻器模块543包括多个主要电阻器R1及R2及多个主要开关SW3。各主要开关SW3分别于控制单元440的控制下选择性地导通，导通的主要开关SW3用以使对应的主要电阻器R1及R2具有电流通路。第二差动放大器的增益值与具有电流通路的主要电阻器R1及R2的电阻值相关。选择单元用以于控制电路440的控制下，致能第一差动放大器与第二差动放大器二者之一，使得致能的第一差动放大器与第二差动放大器二者之一输出对应至输入讯号Vi的电流讯号Io。

可变增益高动态范围放大器500还包括一讯号输入端501及一匹配单元510。讯号输入端501用以接收输入讯号Vi。当输入讯号Vi为单端输入的讯号时，譬如是一无线电频率(Radio Frequency)的讯号，匹配单元510用以将单端输入的输入讯号Vi转换成双端输入的差动输入讯号Vd，并使输入端510与匹配单元510的下级电路完成阻抗匹配。匹配单元510譬如是由单端转双端转换器(Balance to Unbalance Transformer，BALUN)所达成。第一差动放大器与第二差动放大器将对输入讯号Vi转换而来的差动输入讯号Vd进行处理。

放大器电路520的第一差动放大器具有晶体管Q1与晶体管Q2。晶体管Q1与Q2的基极用以接收差动输入讯号Vd，晶体管Q1与Q2的射极均耦接至接地电压。放大器电路540的电流源单元包括电流源CS1与CS2，电流源CS1与CS2是由电流镜502来实现。第二差动放大器包括晶体管Q3与Q4，第三晶体管Q3与Q4的基极用以接收差动输入讯号Vd，晶体管Q3与Q4的射极分别耦接至电流源CS1与CS2。晶体管Q3的射极还耦接至多个主要电阻器R1，晶体管Q4的射极还耦接至多个主要电阻器R2。每个主要电阻器R1是通过一个主要开关SW3与一个主要电阻器R2电性连接。晶体管Q1与Q2的集极分别耦接至晶体管Q3与Q4的集极，晶体管Q1与Q2的集极用以输出电流讯号Io。上述选择单元例如包括致能开关SW1及SW2，致能开关SW1电性连接至晶体管Q1及Q2的射极，致能开关SW2则电性连接至电流镜502。上述晶体管Q1与Q2的射极亦可耦接至一电流源，然本实施例是以晶体管Q1与Q2的射极均耦接至接地电压为例做说明。

可变增益高动态范围放大器500还包括一直流偏压隔离电路530及一偏压电路550。直流偏压隔离电路530耦接于讯号输入端501与放大器模块420之间，较佳地耦接于匹配单元510与放大器模块420之间。偏压电路550是用以提供直流偏压至放大器模块420。直流偏压隔离电路530例如包括四个电容器C1～C4。四个电容器C1～C4的一端通过匹配单元510耦接至讯号输入端501，四个电容器C1～C4的另一端分别耦接至晶体管Q1～Q4的基极。偏压电路550用以提供提供直流偏压至晶体管Q1～Q4的基极。电容器C1～C4分别用以隔离晶体管Q1和Q2与晶体管Q3和Q4的基极之间的电压。晶体管Q1～Q4的基极的直流偏压直接由偏压电路550来提供。

将可变增益高动态范围放大器500的操作方式说明如下。控制单元440依据增益控制讯号VC，输出开关控制讯号CSW1及CSW2，来分别控制开关SW1与SW2，以选择放大器电路520及540至少其中之一。增益控制讯号VC是由一外部电路所提供，当输入讯号Vi越大，则增益控制讯号VC会对应地越小。若控制单元440选择放大器电路540，则控制单元440还输出多个致能讯号来控制主要开关。本实施例是以电阻器模块543包括三个不同电阻值的主要电阻器R1及R2及三个主要开关SW3，而控制单元440输出多个致能讯号MC1～MC3来控制主要开关SW3为例做说明。由导通三个主要开关SW3其中一个，或是同时导通两个主要开关SW3以上，可以让电阻器模块543具有各种不同的等效电阻值。不同的等效电阻值的电阻器模块543可使放大器电路540等效成图4的多个不同增益的放大器单元422。

当控制单元440所接收的增益控制讯号VC随着输入讯号Vi的大小改变时，例如，当输入讯号Vi的振幅变大时，增益控制讯号VC的电压将会变小，而使得控制单元440选择增益值较小的放大器单元422。亦即，若输入讯号Vi为最小振幅时，控制单元440将先导通致能开关SW1且不导通致能开关SW2，以致能放大器电路520并非致能放大器电路540。此时，放大器模块420的增益值实质上等于放大器电路520的增益值，且放大器模块420的增益值为最大，线性度为最小。当输入讯号Vi逐渐增加时，控制单元440将导通致能开关SW1且不导通致能开关SW2，以非致能放大器电路520并致能放大器电路540。并且，控制单元440依据增益控制讯号VC导通部分的主要开关SW3，以得到对应至输入讯号Vi的放大器电路540的增益值。此时，放大器模块420的增益值为放大器电路540的增益值，放大器模块420的增益值为变小，线性度变大。如此，当输入讯号Vi为最大时，电阻器模块543被控制成具有最大的等效电阻值，以使放大器电路540的增益值最小，线性度最大。这样一来，可依输入讯号Vi的振幅大小的范围设计电阻器模块543，而于此范围能均能有对应的增益值来放大输入讯号Vi且不失真，而达到高动态范围调整的增益值调整的目的。

此外，直流偏压隔离电路530隔离了晶体管Q1和Q2与晶体管Q3和Q4的基极之间的电压。如此，当选择单元切换放大器电路520及540时，由于晶体管Q1和Q2与晶体管Q3和Q4的基极分别维持固定，电容器C1～C4便不需再经充电或放电，放大器电路520及540便可达到快速切换，减少瞬时反应的时间的效果。

进一步来说，可变增益高动态范围放大器500还可再包括一电阻器模块570。电阻器模块570包括多个辅助电阻器R3、R4及多个辅助开关SW4。晶体管Q3的基极更耦接至多个辅助电阻器R3，晶体管Q4的基极还耦接至多个辅助电阻器R4，每个辅助阻器R3通过一个辅助开关SW4与一个辅助电阻器R4电性连接。而控制单元440还输出多个致能讯号，例如是AC1、AC2及AC3，来控制多个辅助开关SW4，以使电阻器模块570产生不同的等效电阻值。由于放大器电路540的增益值除了受到射极端的电阻的影响之外，亦会受到基极端电阻的影响。因此，由使用电阻器模块570，可使得放大器电路540的可切换，可选择的增益值的个数还为增加，亦可让放大器电路540的增益值做更精细地调整。

本实施例的放大器电路520及540共享输出电流量调节电路460，以达到节省电路组件，降低成本的优点。输出电流量调节电路460包括晶体管Q5～Q8，晶体管Q6及Q7的集极均电性连接至一供应电压Vcc。晶体管Q5及Q6的射极均电性连接至晶体管Q1的集极，且晶体管Q7及Q8的射极均耦接至晶体管Q2的集极。晶体管Q5的基极电性连接至晶体管Q8的基极，晶体管Q6的基极电性连接至晶体管Q7的基极，而晶体管Q5及Q6的基极的电压是由控制单元440所控制。晶体管Q5及晶体管Q8的集极是用以输出输出讯号Out。

控制单元440根据增益控制讯号VC产生电流控制讯号Vcs，以控制输出电流量调节电路460。由改变电流控制讯号Vcs的电压大小，可以改变流过晶体管Q5及Q8的电流，以对应地改变输出讯号Out的大小。输出讯号Out可以为电压输出讯号，亦可以为电流输出讯号。本实施例是以输出讯号Out为电压输出讯号为例做说明。也就是说，当放大器电路520或540输出电流Io至电流量调节电路460后，电流控制讯号Vcs的电压大小将会决定输出电流Io中流过晶体管Q5及Q8的比例R，而产生对应至此比例R的输出讯号Out。故，放大器模块420的整体增益值等效上等于放大器电路520或540的增益值再乘上值小于1的比例R。

更进一步来说，控制单元440包括一预分段单元580及一单位转换器590。预分段单元580用以接收增益控制讯号VC，并根据增益控制讯号VC的大小，对应地输出多个致能讯号MC1～MC3、AC1～AC3、CSW1及CSW2，以分别导通至少一主要开关SW3及至少一辅助开关SW4，并导通致能开关SW1或SW2。预分段单元580还用以根据增益控制讯号VC产生一区段调节控制讯号VCseg。输出电流量调节电路460根据区段调节控制讯号VCseg来调节电流讯号Io的大小。当增益控制讯号VC随着时间线性增加或减少时，区段调节控制讯号VCseg于时间轴上的波形实质上为一锯齿波。单位转换器590是用以调整区段调节控制讯号VCseg的大小，以产生电流控制讯号Vcs。输出电流量调节电路460是根据调整后的区段调节控制讯号VCseg，亦即电流控制讯号Vcs，来调节电流讯号Io的大小。

由于流经晶体管Q5～Q8的电流大小是与其基极至射极间的跨压的指数值相关。因此，较佳地，单位转换器590将电压值随着时间线性变化的区段调节控制讯号VCseg，转换成可以线性地改变流经晶体管Q5～Q8的电流大小的电流控制讯号Vcs。

请参照图6，其显示图5中预分段单元580的电路图的一例。预分段单元580包括一模拟/数字转换器620、一数字/模拟转换器640以及一减法器660。模拟/数字转换器620用以转换增益控制讯VC号为一讯号V1。数字/模拟转换器640用以转换第一讯号V1为一讯号V2。减法器660用以将增益控制讯号VC减去第二讯号V2后，产生区段调节控制讯号VCseg。

请参照图6，预分段单元580还可以包括一放大器单元选择电路680，用以根据讯号V1的大小，对应地输出多个致能讯号MC1～MC3、AC1～AC3、CSW1及CSW2，以分别导通至少一主要开关SW3及至少一辅助开关SW4，并导通致能开关SW1或SW2。

请同时参照图7A-7D，其显示图6的预分段单元580的增益控制讯号VC与区段调节控制讯号VCseg的波形图的一例。请参照图7A及图7C，当增益控制讯号VC随着时间线性增加或减少时，区段调节控制讯号VCseg于时间轴上的波形实质上为一锯齿波，如图7B及图7D所示。于图7C及图7D中，是以将区段调节控制讯号VCseg分成五个区段为例做说明。于此五个区段中，区段调节控制讯号VCseg分别对五个不同增益值的放大器单元422进行控制。以图7D的五个区段Seg1～Seg5为例说明。当增益控制讯号VC的电压值由最大值VC(max)往下降时，区段Seg1所对应的放大器单元422被选择，且区段调节控制讯号VCseg的值亦由VCseg(max)往下降，使得输出电流量调节电路460的流过晶体管Q5及Q8的电流，与输出电流Io的比例R由最大值开始往下降。当增益控制讯号VC的电压值下降至VC(1)时，区段Seg2所对应的放大器单元422被选择，而区段调节控制讯号VCseg的值仍然由VCseg(max)往下降，使得输出电流量调节电路460的流过晶体管Q5及Q8的电流，与输出电流Io的比例R仍是由最大值开始往下降。于区段Seg3～Seg5的操作方式亦类似。这样的作法的优点为，当随着增益控制讯号VC的大小而切换不同的放大器单元422时，输出电流量调节电路460所对应的比例R均是先从最大值开始下降，如此，可使得由输出电流量调节电路460及放大器模块420组成的可变增益高动态范围放大器500的的整体增益值由此区段中所能达到的最大增益值开始下降。如此，可以提高可变增益高动态范围放大器500的整体增益值的可变动的范围，并提高放大器500的整体效益。

此外，为了提高对噪声的抵抗能力，并避免***不稳定时所造成的使放大器单元422产生过多的切换动作，对应至图7A及图7C的增益控制讯号VC的波形的区段调节控制讯号VCseg的波形还可设计成具有迟滞的齿波，其分别如图8A与图8B所示。请同时参照图7C及图8B。此处所谓的迟滞是指，相邻的两个区段的范围有部分重迭。假设目前区段Seg1’所对应的放大器单元422被选择，当增益控制讯号VC的电压值持续下降至VC(1)时，控制单元440尚不会选择不同的放大器单元422。直到增益控制讯号VC的电压值持续下降至VC’(1)后，区段Seg2’所对应的放大器单元422才被选择。同样地，反向操作时亦然。假设目前区段Seg2’所对应的放大器单元422被选择。当增益控制讯号VC的电压值持续上升至VC’(1)时，控制单元440尚不会选择不同的放大器单元422。直到增益控制讯号VC的电压值持续上升至VC(1)后，区段Seg1’所对应的放大器单元422才被选择。

综上所述，虽然本发明已以一实施例描述如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属的本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视申请的权利要求范围所界定的内容为准。

Claims

1、一种可变增益高动态范围放大器，包括：

2、如权利要求1所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该增益控制讯号与该输入讯号的大小对应，该控制单元包括：

3、如权利要求2所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该锯齿波为具有迟滞的锯齿波。

4、如权利要求2所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该预分段单元包括：

5、如权利要求1所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该控制单元包括一单位转换器，用以调整该区段调节控制讯号的大小，该输出电流量调节电路根据调整后的该区段调节控制讯号来调节该电流讯号的大小。

6、如权利要求1所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该放大器模块包括：

一第二放大器电路，包括：

一电流源单元；

7、如权利要求6所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该第一差动放大器具有一第一晶体管与一第二晶体管，该第一晶体管与该第二晶体管的基极用以接收该输入讯号，该第一晶体管与该第二晶体管的射极均耦接至接地电压；

8、如权利要求7所述的可变增益高动态范围放大器，其中，包括一讯号输入端、一直流偏压隔离电路及一偏压电路，该讯号输入端用以接收该输入讯号，该直流偏压隔离电路耦接于该讯号输入端与该放大器模块之间，该偏压电路用以提供直流偏压至该放大器模块。

9、如权利要求8所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该直流偏压隔离电路包括四个电容器，该四个电容器的一端耦接至该讯号输入端，该四个电容器的另一端分别耦接至该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管及该第四晶体管的基极，该偏压电路用以提供提供直流偏压至该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管及该第四晶体管的基极。

10、如权利要求7所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该放大器模块包括一第二电阻器模块，包括复数个第一辅助电阻器、复数个第二辅助电阻器及复数个辅助开关，该第三晶体管的基极还耦接至该些第一辅助电阻器，该第四晶体管的基极还耦接至该些第二辅助电阻器，每该个第一辅助阻器通过一个辅助开关与一个该第二辅助电阻器电性连接。

11、如权利要求7所述的可变增益高动态范围放大器，其中，该输出电流量调节电路包括一第五晶体管、一第六晶体管、一第七晶体管及一第八晶体管，该第六晶体管及该第七晶体管的集极均电性连接至一供应电压，该第五晶体管及第六晶体管的射极均电性连接至该第一晶体管的集极，该第七晶体管及该第八晶体管的射极均耦接至该第二晶体管的集极，该第五晶体管的基极电性连接至该第八晶体管的基极，该第六晶体管的基极电性连接至该第七晶体管的基极，该第五晶体管及该第六晶体管的基极的电压由该控制单元所控制；

12、如权利要求6所述的可变增益高动态范围放大器，其中，包括一匹配单元，当该输入讯号为单端输入的讯号时，该匹配单元用以将单端输入的该输入讯号转换成产生双端输入的该输入讯号，该第一差动放大器与第二差动放大器用以放大双端输入的该输入讯号。