CN207399145U - 可编程放大器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及可编程放大器。可编程放大器包括：具有输入端和输出端的放大器；耦接到输入端且接收信号的输入电容器；包括电容值不同的反馈电容器的反馈电路，每个反馈电容器通过对应的第一开关选择性耦接在输出端和输入端之间；以及包括电容值不同的开关电容器的高通滤波电路，每个开关电容器通过对应的第二开关选择性耦接在输出端和接地节点之间，高通滤波电路包括将开关电容器交替耦接在输出端和输入端之间的时钟电路，至少一个第一开关接通以激活至少一个反馈电容器从而调节放大器的增益，至少一个第二开关接通以独立于如何调节增益来调节放大器的高通截止频率。解决的技术问题是改进可编程放大器。实现的技术效果是提供改进的可编程放大器。

Description

可编程放大器
技术领域
本公开的各方面涉及放大器，特别是涉及可编程放大器。
背景技术
放大器通常用于各种电子应用中。放大器是改变信号的振幅和/或相位特性的电子器件。此外，放大器可具有滤波特性以传递某些频率范围内的信号并衰减其他频率范围内的信号。放大器的行为可在频域中根据其传递函数以数学方式描述。传递函数尤其描述了输入信号振幅与放大器施加的输出信号振幅之比。振幅响应曲线描述了放大器对各种频率下的输入信号振幅的影响。
实用新型内容
本实用新型解决的一个技术问题是改进可编程放大器。
根据一个方面，可编程放大器包括放大器、输入电容器、反馈电路和高通滤波电路。放大器具有耦接到输入电容器的输入端以用于接收输入信号。反馈电路包括具有不同电容值的多个反馈电容器，每个反馈电容器使用多个第一开关选择性地耦接在放大器的输出端和放大器的输入端之间。高通滤波电路包括具有不同电容值的多个开关电容器，每个开关电容器使用多个第二开关选择性地耦接在放大器输出端和接地节点之间。第一开关被配置为选择性地接通以用于激活至少一个反馈电容器从而调节放大器的增益，而第二开关被配置为在时钟信号的第一相位和第二相位之间选择性地切换以独立于如何调节增益来调节放大器的高通截止频率。
根据本实用新型的一个方面，提供一种可编程放大器，包括：具有放大器输入端和放大器输出端的放大器；耦接到所述放大器输入端并且被配置为接收信号的输入电容器；包括具有不同电容值的多个反馈电容器的反馈电路，每个所述反馈电容器通过对应的多个第一开关选择性地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间；以及包括具有不同电容值的多个开关电容器的高通滤波电路，每个所述开关电容器通过对应的多个第二开关选择性地耦接在所述放大器输出端和接地节点之间，所述高通滤波电路包括用于将所述开关电容器交替地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间的时钟电路，其中所述第一开关中的至少一个被配置为接通以用于激活至少一个反馈电容器从而调节所述放大器的增益，并且其中所述第二开关中的至少一个被配置为接通以独立于如何调节所述增益来调节所述放大器的高通截止频率。
在一个实施例中，所述控制电路还被配置为控制所述第一开关和所述第二开关以独立于如何调节所述增益来调节所述高通截止频率。
在一个实施例中，所述放大器、所述反馈电容器、所述第一开关、所述开关电容器和所述第二开关一体形成在单块衬底上，并且其中所述电容器在所述单块衬底的外部形成。
在一个实施例中，所述可编程放大器还包括低通滤波器，所述低通滤波器包括具有低通滤波电阻器和低通滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述低通电阻器耦接在所述放大器输出端和所述反馈电容器之间，并且所述低通滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间。
在一个实施例中，所述可编程放大器被配置为单块衬底上的多个可编程放大器之一。
根据本实用新型的一个方面，提供一种可编程放大器，包括：具有放大器输入端和放大器输出端并且被配置为经由输入电容器接收信号的放大器；所述可编程放大器被配置为将具有不同电容值的多个反馈电容器中的至少一个耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间以调节所述放大器的增益，所述反馈电容器构成反馈电路；以及在时钟信号的第一相位和第二相位之间切换的开关电容器滤波电路，其包括将具有不同电容值的多个开关电容器中的至少一个选择性地耦接在所述放大器输出端和接地节点之间，以调节所述放大器的高通截止频率。
在一个实施例中，所述可编程放大器包括被配置成独立于如何调节所述增益来调节所述高通截止频率的控制电路，所述控制电路包括所述反馈电容器和所述开关电容器的耦接。
在一个实施例中，所述可编程放大器还包括放大器，所述放大器包括在单块衬底上具有第一输入端和第二输入端以及第一输出端和第二输出端的差分放大器，所述可编程放大器还包括：耦接到所述第一输入端和所述第一输出端的第一反馈电路和第一频率补偿电路；以及耦接到所述第二输入端和所述第二输出端的第二反馈电路和第二频率补偿电路。
在一个实施例中，使用包括具有抗混叠滤波电阻器和抗混叠滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路的抗混叠滤波器对所述信号进行滤波，所述抗混叠电阻器耦接在所述放大器输出端和所述开关电容器之间，并且所述抗混叠滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间。
根据本实用新型的一个方面，提供一种可编程放大器，包括：具有放大器输入端和放大器输出端的放大器；耦接到所述放大器输入端并且被配置为接收信号的输入电容器；包括具有不同电容值的多个反馈电容器的反馈电路，每个所述反馈电容器通过对应的多个第一开关选择性地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间；以及包括具有不同电容值的多个开关电容器的高通滤波电路，每个所述开关电容器通过对应的多个第二开关选择性地耦接在所述放大器输出端和接地节点之间，所述高通滤波电路包括用于将所述开关电容器交替地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间的时钟电路；低通滤波器，其包括具有低通滤波电阻器和低通滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述低通电阻器耦接在所述放大器输出端和所述反馈电容器之间，并且所述低通滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间；以及抗混叠滤波器，其包括具有抗混叠滤波电阻器和抗混叠滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述抗混叠电阻器耦接在所述放大器输出端和所述开关电容器之间，并且所述抗混叠滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间，其中所述第一开关中的至少一个被配置为接通以用于激活至少一个反馈电容器从而调节所述放大器的增益，其中所述第二开关中的至少一个被配置为接通以独立于如何调节所述增益来调节所述放大器的高通截止频率，并且其中所述放大器、所述反馈电容器、所述第一开关、所述开关电容器、所述第二开关和所述输入电容器以及所述控制电路一体地形成在单块衬底上。
本实用新型实现的一个技术效果是提供改进的可编程放大器。
附图说明
通过以下对本公开的技术的特定实施方案的描述，这些技术的各种特征和优点将显而易见，如附图所示。应当注意，附图未必按比例绘制；而是将重点放在示出技术概念的原理。另外，在附图中，类似的参考符号在不同的视图中可指代相同的部件。附图仅描绘本公开的典型实施方案，并且因此不应视为在范围上具有限制性。
图1示出了根据本公开的一个实施方案的示例性可编程放大器。
图2示出了可由根据本公开的一个实施方案的图1的可编程放大器显示的低通截止频率、高通截止频率和增益的示例性曲线图。
图3示出了根据本公开的一个实施方案的图1的可编程放大器的频率响应的曲线图，所述频率响应可针对四个不同的增益设置显示。
图4示出了由于存在频率近似于根据本公开的一个实施方案的时钟电路的频率的噪声而可由图1的可编程放大器显示的示例性曲线图。
图5示出了根据本公开的一个实施方案的另一示例性可编程放大器。
具体实施方式
本公开的实施方案提供了可以在单块衬底上实现的可编程放大器，用于放大具有可调节增益的信号，同时提供可以独立于该增益来调节的高通截止频率。虽然已经开发了常规放大器设计来提供可编程增益，但是它们的实现涉及几个显著的缺点，例如有限的输出电压摆幅、由于用于这些常规设计的电气部件(例如，电阻器、电容器等)的尺寸约束而受限的输出增益，以及独立于任何低频和/或高频截止点来控制输出增益的能力。本公开的实施方案通过使用具有可被选择性地激活以调节放大器的增益的一组多个电容器的反馈电路以及具有可被选择性地激活以调节放大器的高通截止频率的另一组多个电容器的高通滤波电路来提供该问题的解决方案，其中增益和高通截止频率可独立于彼此调节。此外，可编程放大器可包括低通滤波器和用于以高通滤波器的切换频率或与其接近的频率衰减噪声的抗混叠滤波器。
提供可编程放大器的常规尝试涉及使用负反馈电路与一个或多个可变阻抗器件(例如，可变电阻器、可变电容器等)，其中放大器的增益是反馈回路中的可变阻抗除以输入阻抗的函数。然而，改变反馈阻抗也会导致放大器的高频截止点的偏移。另外，在许多情况下，对于大多数应用来说，有效增益控制所需的阻抗值过高。放大器的可编程控制的其他尝试涉及使用被配置为调谐电阻器电路的晶体管，其在放大器的反馈路径中实现以改变其增益。然而，这些调谐电阻器电路仅在小范围内是线性的，这是通常会限制放大器的输出电压摆幅的条件。还有一些其他尝试涉及使用配置在放大器的负反馈路径中的开关电容器电路。尽管这种拓扑结构在调谐电阻器电路上提供了改善的线性度，但是由于增益的变化，它们不能有效地控制放大器的频率特性。也就是说，这些开关电容器电路不允许独立地控制放大器相对于其低频或高频截止点的增益。
这在用于可穿戴式电子器件的部件的集成中存在大量需求。例如，用于助听器的生物信号和电路的监视器通常需要在放大通道中具有指定的高通截止滤波器的前端放大器。通常，这是使用作为输入端的外部电容器和在放大器的反馈路径中的片上电容器来实现的。对于某些可穿戴式应用，可以使用多个信号输入端，其中每个信号输入端都需要其自身独立的外部输入电容器。因此，当通过多个信号输入端实现可穿戴式应用时，这些设计的尺寸和成本可能是巨大的。此外，即使使用片上微调将输入阻抗设置为所需目标值，高通频率角的精度也限于外部电容器的容限。此外，一些常规设计在放大器的反馈路径中使用了板上高电阻值电阻器(例如大于1千兆欧姆)。然而，对于10赫兹甚至低至0.5赫兹的高通滤波器频率的低值，由于单块衬底上所需的面积，电阻器的片上实现通常是禁止的。其他常规技术涉及模拟电阻器的基于晶体管的电阻器等效电路。但这些基于晶体管的电阻器等效电路的线性度有限，从而限制了输出信号电平。在需要高动态范围并且放大器的输出信号电平可能相当大的情况下，该技术可具有有限的价值。
图1示出了根据本公开的一个实施方案的示例性可编程放大器100，其可提供上述常规可编程放大器以及与常规可编程放大器相关联的其他缺点的解决方案。可编程放大器100通常包括如图所示耦接在一起的放大器102、反馈电路104、高通滤波电路106、低通滤波电路108、输入电容器110和抗混叠滤波电路112。反馈电路104包括用于具有不同电容值的多个反馈电容器118中的每一个的反馈开关116，以选择性地将放大器输出端耦接到放大器输入端，从而调节放大器100的增益。高通滤波电路106包括用于多个开关电容器124中的每一个的多个开关电容器开关122，所述多个开关电容器具有不同值以在放大器到地的反馈路径之间由开关电容器开关122选择性地激活，从而调节放大器102的高通截止频率。因此，可分别通过选择反馈电容器118和开关电容器124的电容值来彼此独立地调节增益和高通截止频率。
尽管示出了四个反馈电容器118和四个开关电容器124，但是应当理解，可以使用任何数量的反馈电容器118和/或开关电容器124来对放大器100的增益和高通截止频率进行独立控制。例如，可编程放大器100可以基于增益和所需高通截止频率控制的间隔尺寸和/或范围而包括两个、三个或五个或更多个反馈电容器118，以及/或者两个、三个或五个或更多个开关电容器124。
对于许多应用，例如用于可穿戴式电子器件(例如，心脏监护仪、助听器等)中的那些应用，由于通常由传感器实现不一致而引起的变化的输入信号电平，提供可变增益将是有益的。可以通过改变反馈电路的有效电容与输入电容的比率来改变许多常规可编程放大器的增益。当这些常规可编程放大器的增益以这种方式变化时，高通截止频率也随着频率乘以反馈电容的乘积除以输入电容(fx*Cx/C2)而变化。本公开的实施方案提供了一种高通滤波电路106，其可以被实现为可编程放大器100的反馈路径中的可变开关电容器电路，以提供针对可变增益可维持的自选的固定高通截止频率。此外，与常规设计相比，该实施方式提供了固定的高通截止频率，同时减少或消除了在正常使用期间通常可能经历的大信号摆动所引起的失真。
可包括控制电路130以激活用于设置可编程放大器100的增益的反馈开关116，并激活开关电容器开关122，以设置可编程放大器100的所需高通截止频率。高通滤波电路106包括由时钟电路134驱动的两相开关132，使得高通滤波电路106用作开关电容滤波器。时钟电路134生成作为彼此的逻辑互补并且不重叠的两个时钟信号(□1和□2)。时钟电路134可以任何合适的频率产生时钟信号。在一个实施方案中，时钟电路134被配置为产生频率至少是高通截止频率的两倍的时钟信号。在可编程放大器100要放大0.5至10赫兹范围内的信号的一个特定实施方案中，时钟电路134可产生具有510赫兹的指定频率的时钟信号。然而，应当理解，可以在用于实现高通滤波电路106的开关电容滤波器的任何合适的工作频率(例如低于510赫兹的频率或高于510赫兹的频率)下产生时钟信号。
在一些情况下，当可编程放大器100可用可穿戴式电子器件(例如，心脏监护仪、助听器、人工耳蜗等)来实现时，提供可调节增益同时维持一致的频率特性可能是有益的。因此，高通滤波电路106可用作高通频率补偿电路，以确保高通截止频率在调节增益时保持相对一致。
通过使用开关电容器方法，由于在频率接近时钟信号的频率的输入端和/或输出端处拾取超声信号或其他信号的可能性，可能引入不期望的基于混叠的噪声；因此，可提供片上抗混叠滤波电路112以使这种混叠产物衰减。抗混叠电路112包括电阻器138和电容器140，该抗混叠电路用作具有稍低于时钟电路134的切换频率的转角频率的低通滤波器。在一些或大多数情况下，抗混叠滤波电路112可将与时钟信号的频率相对接近的外部噪声信号滤除超过22dB，而与可编程放大器100的增益设置无关。也就是说，由于高通滤波电路106使用开关电容器滤波方案，所以抗混叠滤波电路112可用于以可能相对接近时钟电路134的开关频率的频率来滤除外部信号，否则会放大可编程放大器100中不期望的噪声。例如，可以在可编程放大器100的输入端处通过电磁干扰(EMI)和/或通过在可编程放大器100的输出端处引入的后向驱动噪声来引入外部噪声，诸如当可编程放大器100的输出端耦接到可以通过其输入端重新引入开关噪声的模数转换器(ADC)时。此外，低通滤波电路108可包括电阻器142和电容器144，以设置用于限制或减少输入信号的高频分量的上3分贝转角频率。
反馈开关116和开关电容器开关122可以是任何合适的类型。在一个实施方案中，反馈开关116和开关电容器开关122包括被配置为模拟开关的场效应晶体管(FET)，其可以在高阻抗(例如，接近无限电阻)到短路(例如，大约0欧姆)之间循环切换。反馈开关116和开关电容器开关122可由控制电路130控制，该控制电路根据可编程放大器100所需的增益和所需的高通截止频率选择某些开关116和122。例如，可编程放大器100可与单个单块衬底136上的控制电路130一体制造，其中控制电路130用于控制可编程放大器100的操作以及其他功能，诸如附加处理从可编程放大器100经由诸如模数转换器、数字信号处理器、多路复用器、多路分解器等器件输出的信号。在一个实施方案中，控制电路130可包括执行存储在至少一个存储器(例如，计算机可读介质)中的指令的至少一个处理器，用于执行本文所述的控制电路130的各种特征。在其他实施方案中，控制电路130可以其他具体形式实现，诸如分立和/或集成模拟电路、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或它们的任何组合。
根据一个实施方案，放大器102、反馈电路104、高通滤波电路106、输入电容器110、低通滤波电路108、抗混叠滤波电路112和控制电路130一体形成在单块衬底136上。这种布置对于使用多个可编程放大器100的应用可能是有用的。例如，可以在单个单块衬底136上实现多个可编程放大器100，用于放大从配置在心脏病人身上的多个传感器接收的多个心脏信号。
因为某些心脏问题的诊断通常涉及精确测量多个心脏信号的相对强度，所以采用相对一致的方式放大多个信号中的多个心脏信号可为心脏疾病的有效分析和治疗提供重要信息。这样，可以将多个可编程放大器100的反馈电容器118和开关电容器124布置在衬底136上，使得每个可编程放大器100的相对性能在多个可编程放大器100的大多数或全部中保持相对恒定。例如，多个可编程放大器100的反馈电容器118可以在单块衬底136的一个区域上彼此相对靠近地布置，而开关电容器124可以布置成相对靠近单块衬底136的另一个区域，使得多个可编程放大器100的相对增益和/或高通截止频率保持相对一致。然而，在不脱离本公开的实质和范围的前提下，预期时钟电路100可以其他具体形式实现。例如，设想可编程放大器100可以被实现为与诸如音频放大器或可以独立地调节可编程增益和频率特性的其他电路的其他应用一起使用。此外，可编程放大器100可主要或全部由分立部件制成。
本公开的某些实施方案可提供迄今为止尚未在常规可编程放大器拓扑结构中认识到的优点。例如，用于可穿戴式电子器件(诸如心脏监护仪)的应用可用相对较少的分立部件实现，因为监视一个或多个心脏信号所需的电路的较大部分现在可以一体地形成在单个单块衬底上。鉴于心脏监护仪通常在大约0.5至10赫兹的带宽(BW)内处理信号特性，该范围几乎总是需要使用某些外部部件与常规的可编程放大器设计，这一优点变得甚至更加明显。此外，因为现在可以在单块衬底136上内部(板上)形成反馈电路104和高通滤波电路106，所以它们的特性可以紧密地匹配，使得多个可编程放大器100可以被实现为具有相对于彼此可重复的、一致的性能特性。此外，由于高通滤波电路106是使用开关电容器技术来实现的，所以可编程放大器100可以占据单块衬底136的相对较小的部分，而不是使用常规电阻器设计(例如，多晶硅电阻器)时所需要的那样。在多通道***中，例如在心脏监护仪中使用的那些***中，每个通道应该是紧密匹配的。本公开的实施方案可以通过单块衬底136上的反馈电容器118和开关电容器124的物理布局提供相对良好的匹配，以及选择时钟电路134的频率，使得增益和高通截止频率对于每个通道可以是匹配的。
控制电路130通过交替激活反馈开关116中的一个或多个来控制可编程放大器100的增益。例如，当可编程放大器100的输出的振幅超过规定的最大阈值时，控制电路130可以连续监视可编程放大器100的输出并减小可编程放大器100的增益，并且当振幅低于指定的最小阈值时增大该增益。可编程放大器100的增益由下式给出：
其中Cfdbk是在反馈电路104中激活的反馈电容器的累积值，而Cin是输入电容器110的值。可编程放大器100的高通截止频率由下式给出：
其中fsw是时钟电路的开关频率，Csw是在高通滤波电路106中被激活的开关电容器124的累积值。可以看出，调节Cfdbk的有效值也会影响高通截止频率。然而，当需要固定的高通截止频率时，可以调节开关电容器124的激活以补偿反馈电容的变化，从而维持恒定的高通截止频率。
表1示出了可用于反馈电容器118和开关电容器124的几个示例值，以提供可在约0、6、12和18分贝(dB)之间变化的增益，同时维持大约0.43赫兹的高通截止频率。然而，应当理解，表1中所示的值仅是示例性值，并且可以使用反馈电容器118和开关电容器124的其他值。此外，应当理解，其他可编程放大器100可表现出与本文所示的有效反馈电阻(Rfdbk)和高通截止频率不同的测量值。
表1：
n C1(pF) Cfdbk/n(pF) 增益(dB) Csw/n(pF) 有效Rfdbk 高通频率角(Hz)
1 300 300 0 1.6 1.22GΩ 0.43
2 300 150 6.02 0.8 2.44GΩ 0.43
4 300 75 12.04 0.4 4.88GΩ 0.43
8 300 37.5 18.06 0.2 9.76GΩ 0.43
注意，实际的反馈电容(Cfdbk)将被二进制加权，因此可以对单块衬底上的电容器进行分区以节省芯片上的布局面积。另外，当选择18dB的增益时，有效反馈电阻(Rfdbk)可能相对较高。因此，为了减少这种情况下的直流偏移漂移，放大器102可用具有较低栅极泄漏电流的厚栅极晶体管来实现，以减小直流(DC)偏移。对于需要增加的增益值的情况，可以增加输入电容器(Cin)的值，例如通过使输入电容器在单块衬底136外部。当使输入电容器110位于外部以获得更高的增益时，由于可编程放大器100与输入电容器110的值无关，并且由于其调节可变开关电容器值的能力，所以该可编程放大器仍可提供恒定的高通截止频率。
尽管图1示出了其增益和高通频率可被独立地控制的示例性可编程放大器100，但是应当理解，在不脱离本公开的实质和范围的前提下，可编程放大器100的其他实施方案可包括与本文所示的相比附加的、更少的或不同的部件。例如，如果不需要或不期望使接近于时钟电路134的频率的噪声衰减，则可以省略抗混叠滤波电路112。又如，可加入其他信号调理部件，诸如白噪声滤波器、粉红噪声滤波器或其他类型的滤波机制，以进一步调理由可编程放大器100放大的信号。
图2示出了可由根据本公开的一个实施方案的图1的可编程放大器100显示的低通截止频率、高通截止频率和增益的示例性曲线图202、204和206。具体地讲，曲线图202示出了当测试信号在425.6.0至428.0毫赫兹注入可编程放大器100的输入端时可显示的增益(gs)，曲线204示出当另一个测试信号从43赫兹起注入可编程放大器100的输入端时可显示的增益(gs)，而图206示出了当测试信号在-0.1至18.0分贝(dB)注入可编程放大器100的输入端时在10赫兹处可显示的增益(gs)。然而，应当理解，所示的曲线图仅作为可编程放大器100的性能的一个示例提供，并且其他曲线图可包括与本文所示的不同的性能特性。
图3示出了根据本公开的一个实施方案的图1的可编程放大器100的频率响应的曲线图302、304、306和308，所述频率响应可针对四个不同的增益设置显示。具体地讲，曲线图302示出了可编程放大器100可显示的已被编程为具有增益0.0的频率响应，曲线图304示出了可编程放大器100可显示的已被编程为具有增益6.0的频率响应，曲线图302示出了可编程放大器100可显示的已被编程为具有增益12.0的频率响应，而曲线图302示出了可编程放大器100可显示的已被编程为具有增益18.0的频率响应。如图所示，通过低通滤波电路108实现的低通截止频率示出为大约0.4赫兹。低通滤波电路108在输出信号馈送到另一部件诸如ADC之前提供衰减，ADC可以不同的采样时钟速度进行采样。低通滤波电路108还可提供由ADC的采样时钟引起的任何潜在的混叠信号的衰减。
图4示出了由于存在频率近似于根据本公开的一个实施方案的时钟电路134的频率的噪声而可由图1的可编程放大器100显示的示例性曲线图402和404。具体地讲，曲线图402示出了可注入到可编程放大器100的输入端中的噪声信号(例如，在时钟电路134的频率被设置为512赫兹时，在502赫兹处被注入到输入端中的1.0毫伏峰-峰信号)，而曲线图404示出了可由可编程放大器100通过混叠信号显示的增益。
如图所示，通过可编程放大器100的混叠信号的增益具有10赫兹的能量尖峰，即502赫兹混叠信号的输入信号频率相对于512赫兹时钟电路频率，但是能级为大约-90分贝，刚好在可编程放大器100的本底噪声范围内。抗混叠滤波器的存在可抑制在10Hz处低至-90分贝的混叠信号。此外，输入信号的增益显示大约502赫兹处的尖峰，但是在这个频率下的能量再次为大约-64分贝(dB)，这实际上是带外的并且不重要。
抗混叠滤波电路112可用与反馈电阻相当的电阻值和电容值来实现，以提供对任何产生噪声的混叠的衰减。在可穿戴式电子器件中，当用户暴露于超声信号或频率接近时钟电路(fsw)134的频率的其他信号时，假设运算放大器的BW足够宽，则信号将以一定程度的衰减通至输出并由时钟电路134进行混叠。示出了本实施例，其中可编程放大器100的增益被设置为18分贝(dB)，然而，已经针对可编程放大器100的其他增益设置示出了相对类似的性能值。
图5示出了根据本公开的一个实施方案的另一示例性可编程放大器500。图5的可编程放大器500具有与图1的控制电路130和时钟电路134的设计和构造相似的控制电路530和时钟电路534。然而，可编程放大器500的不同之处在于，它包括具有用于接收差分输入信号的第一和第二输入端和用于输出放大的差分输出信号的第一和第二输出端的差分放大器502。此外，可编程放大器500具有第一反馈电路504a、第一高通滤波电路506a、第一输入电容器510a、第一低通滤波器508a和如图所示耦接在第一输入端和第一输出端之间的第一抗混叠滤波器512a，以及第二反馈电路504b、第二高通滤波电路506b、第二输入电容器510b、第二低通滤波器508b和如图所示耦接在第二输入端和第二输出端之间的第二抗混叠滤波器512b。
通常，图1的可编程放大器100可被称为单端可编程放大器配置，而图5的可编程放大器500可被称为差分可编程放大器配置。对于可编程放大器500的增益和高通截止频率的独立控制可以与上文针对图1的单端放大器配置所述的相似方式进行控制，不同的是可同时切换反馈开关516a和516b以改变通过可编程放大器500的增益，同时开关电容器开关522a和522b可以同时切换以独立于可编程放大器500的增益改变高通截止频率。
本领域技术人员将理解，可编程放大器的实施方案的示例可包括：
具有放大器输入端和放大器输出端的放大器；
耦接到所述放大器输入端并且被配置为接收信号的输入电容器；
包括具有不同电容值的多个反馈电容器的反馈电路，每个反馈电容器通过对应的多个第一开关选择性地耦接在放大器输出端和放大器输入端之间；以及
包括具有不同电容值的多个开关电容器的高通滤波电路，每个开关电容器通过对应的多个第二开关选择性地耦接在放大器输出端和接地节点之间，该高通滤波电路包括用于将开关电容器交替地耦接在放大器输出端和放大器输入端之间的时钟电路，
其中第一开关中的至少一个被配置为接通以用于激活至少一个反馈电容器从而调节放大器的增益，并且
其中第二开关中的至少一个被配置为接通以独立于如何调节增益来调节放大器的高通截止频率。
在另一个实施方案中，控制电路还可以被配置为控制第一开关和第二开关以独立于如何调节增益来调节高通截止频率。
在一个实施方案中，放大器、反馈电容器、第一开关、开关电容器和第二开关可一体形成在单块衬底上，并且其中电容器在单块衬底的外部形成。
实施方案还可包括低通滤波器，其包括具有低通滤波电阻器和低通滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述低通电阻器耦接在放大器输出端和反馈电容器之间，并且所述低通滤波电容器耦接在放大器输出端和接地节点之间。
实施方案还可包括可编程放大器可被配置为单块衬底上的多个可编程放大器之一。
本领域技术人员将理解，可编程放大器的实施方案的示例可包括：
具有放大器输入端和放大器输出端并且被配置为经由输入电容器接收信号的放大器；
所述可编程放大器被配置为将具有不同电容值的多个反馈电容器中的至少一个耦接在放大器输出端和放大器输入端之间以调节放大器的增益，所述反馈电容器构成反馈电路；并且
在时钟信号的第一相位和第二相位之间切换的开关电容器滤波电路，包括将具有不同电容值的多个开关电容器中的至少一个选择性地耦接在放大器输出端和接地节点之间，以调节放大器的高通截止频率。
另一个实施方案可包括被配置成独立于如何调节增益来调节高通截止频率的控制电路，该控制电路包括反馈电容器和开关电容器的耦接。
实施方案还可包括放大器，该放大器包括在单块衬底上具有第一和第二输入端以及第一和第二输出端的差分放大器，所述可编程放大器还包括：
耦接到第一输入端和第一输出端的第一反馈电路和第一频率补偿电路；以及
耦接到第二输入端和第二输出端的第二反馈电路和第二频率补偿电路。
在一个实施方案中，可使用包括具有抗混叠滤波电阻器和抗混叠滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路的抗混叠滤波器对信号进行滤波，抗混叠电阻器耦接在放大器输出端和开关电容器之间，并且抗混叠滤波电容器耦接在放大器输出端和接地节点之间。
本领域技术人员将理解，可编程放大器的实施方案的示例可包括：
具有放大器输入端和放大器输出端的放大器；
耦接到所述放大器输入端并且被配置为接收信号的输入电容器；
包括具有不同电容值的多个反馈电容器的反馈电路，每个反馈电容器通过对应的多个第一开关选择性地耦接在放大器输出端和放大器输入端之间；以及
包括具有不同电容值的多个开关电容器的高通滤波电路，每个开关电容器通过对应的多个第二开关选择性地耦接在放大器输出端和接地节点之间，该高通滤波电路包括用于将开关电容器交替地耦接在放大器输出端和放大器输入端之间的时钟电路；
低通滤波器，其包括具有低通滤波电阻器和低通滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述低通电阻器耦接在放大器输出端和反馈电容器之间，并且所述低通滤波电容器耦接在放大器输出端和接地节点之间；以及
抗混叠滤波器，其包括具有抗混叠滤波电阻器和抗混叠滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，抗混叠电阻器耦接在放大器输出端和开关电容器之间，并且抗混叠滤波电容器耦接在放大器输出端和接地节点之间，
其中第一开关中的至少一个被配置为接通以用于激活至少一个反馈电容器从而调节放大器的增益，
其中第二开关中的至少一个被配置为接通以独立于如何调节增益来调节放大器的高通截止频率，并且
其中放大器、反馈电容器、第一开关、开关电容器、第二开关和输入电容器以及控制电路一体地形成在单块衬底上。
据信，通过前文的描述应当理解本公开及其许多相关优点，并且显而易见的是，可在不脱离所公开的主题或不牺牲其所有实质性优势的情况下对部件的形式、构造和布置做出各种改变。所描述的形式仅仅是说明性的，并且以下权利要求书意图涵盖并包括此类改变。
尽管已经参考各种实施方案描述了本公开，但应当理解，这些实施方案是示例性的并且本公开的范围不限于此。许多变型、修改、添加和改进都是有可能的。更一般地讲，已经在特定具体实施的上下文中描述了根据本公开的实施方案。在本公开的各种实施方案中，各种功能可以不同方式以区块的形式分开或组合，或使用不同的术语进行描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可落在以下权利要求书中所限定的本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种可编程放大器，包括：
具有放大器输入端和放大器输出端的放大器；
耦接到所述放大器输入端并且被配置为接收信号的输入电容器；
包括具有不同电容值的多个反馈电容器的反馈电路，每个所述反馈电容器通过对应的多个第一开关选择性地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间；以及
包括具有不同电容值的多个开关电容器的高通滤波电路，每个所述开关电容器通过对应的多个第二开关选择性地耦接在所述放大器输出端和接地节点之间，所述高通滤波电路包括用于将所述开关电容器交替地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间的时钟电路，
其中所述第一开关中的至少一个被配置为接通以用于激活至少一个反馈电容器从而调节所述放大器的增益，并且
其中所述第二开关中的至少一个被配置为接通以独立于如何调节所述增益来调节所述放大器的高通截止频率。
2.根据权利要求1所述的可编程放大器，还包括控制电路，以控制多个第一开关和多个第二开关，用于调节放大器的高通截止频率和增益，其中所述控制电路还被配置为控制所述第一开关和所述第二开关以独立于如何调节所述增益来调节所述高通截止频率。
3.根据权利要求1所述的可编程放大器，其中所述放大器、所述反馈电容器、所述第一开关、所述开关电容器和所述第二开关一体形成在单块衬底上，并且其中所述电容器在所述单块衬底的外部形成。
4.根据权利要求1所述的可编程放大器，还包括低通滤波器，所述低通滤波器包括具有低通滤波电阻器和低通滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述低通电阻器耦接在所述放大器输出端和所述反馈 电容器之间，并且所述低通滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间。
5.根据权利要求1所述的可编程放大器，其被配置为单块衬底上的多个可编程放大器之一。
6.一种可编程放大器，包括：
具有放大器输入端和放大器输出端并且被配置为经由输入电容器接收信号的放大器；
所述可编程放大器被配置为将具有不同电容值的多个反馈电容器中的至少一个耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间以调节所述放大器的增益，所述反馈电容器构成反馈电路；以及
在时钟信号的第一相位和第二相位之间切换的开关电容器滤波电路，其包括将具有不同电容值的多个开关电容器中的至少一个选择性地耦接在所述放大器输出端和接地节点之间，以调节所述放大器的高通截止频率。
7.根据权利要求6所述的可编程放大器，包括被配置成独立于如何调节所述增益来调节所述高通截止频率的控制电路，所述控制电路包括所述反馈电容器和所述开关电容器的耦接。
8.根据权利要求6所述的可编程放大器，还包括放大器，所述放大器包括在单块衬底上具有第一输入端和第二输入端以及第一输出端和第二输出端的差分放大器，所述可编程放大器还包括：
耦接到所述第一输入端和所述第一输出端的第一反馈电路和第一频率补偿电路；以及
耦接到所述第二输入端和所述第二输出端的第二反馈电路和第二频率补偿电路。
9.根据权利要求6所述的可编程放大器，其中，使用包括具有抗混叠滤波电阻器和抗混叠滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路的抗混叠 滤波器对所述信号进行滤波，所述抗混叠滤波电阻器耦接在所述放大器输出端和所述开关电容器之间，并且所述抗混叠滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间。
10.一种可编程放大器，包括：
具有放大器输入端和放大器输出端的放大器；
耦接到所述放大器输入端并且被配置为接收信号的输入电容器；
包括具有不同电容值的多个反馈电容器的反馈电路，每个所述反馈电容器通过对应的多个第一开关选择性地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间；
包括具有不同电容值的多个开关电容器的高通滤波电路，每个所述开关电容器通过对应的多个第二开关选择性地耦接在所述放大器输出端和接地节点之间，所述高通滤波电路包括用于将所述开关电容器交替地耦接在所述放大器输出端和所述放大器输入端之间的时钟电路；
控制电路；
低通滤波器，其包括具有低通滤波电阻器和低通滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述低通滤波电阻器耦接在所述放大器输出端和所述多个反馈电容器之间，并且所述低通滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间；以及
抗混叠滤波器，其包括具有抗混叠滤波电阻器和抗混叠滤波电容器的电阻器-电容器(RC)电路，所述抗混叠滤波电阻器耦接在所述放大器输出端和所述多个开关电容器之间，并且所述抗混叠滤波电容器耦接在所述放大器输出端和所述接地节点之间，
其中所述多个第一开关中的至少一个被配置为接通以用于激活至少一个反馈电容器从而调节所述放大器的增益，
其中所述多个第二开关中的至少一个被配置为接通以独立于如何调节所述增益来调节所述放大器的高通截止频率，并且
其中所述放大器、所述多个反馈电容器、所述多个第一开关、所述多个开关电容器、所述多个第二开关、所述输入电容器以及所述控制电路一体地形成在单块衬底上。
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