專利名稱：具有以幾何比變化的電阻的可變電阻器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于放大模擬信號的模擬放大器和模擬濾波器。更具體地，本發(fā)明涉及ー種在能夠改變増益和截止頻率的可變增益放大器和可變頻率濾波器中按指數(shù)(exponentially)控制增益和截止頻率的方法。
背景技術(shù)：
通常情況下，在模擬放大器或模擬濾波器中使用的數(shù)字可變電阻器包括一段或多段，其中每一段都連接到開關(guān)，從而依賴于開關(guān)的連接狀態(tài)，由數(shù)字控制信號對可變電阻器的總電阻進行編程。

圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的根據(jù)數(shù)字控制信號進行編程的ニ進制可變電阻器的 示圖。參照圖1，ニ進制可變電阻器100由多個段101和分別插在多個段101之間的多個開關(guān)102組成。電阻器段101之間的開關(guān)102的連接狀態(tài)由N比特控制信號bQ到Iv1控制。假設(shè)電阻器段101的最小單位電阻器的電阻為R，ニ進制可變電阻器的電阻器段101的
電阻被設(shè)置為R、22R.....2^R0根據(jù)N比特控制信號確定開關(guān)102的連接狀態(tài)，以改變整
個ニ進制可變電阻器100的電阻。在圖1中描繪的ニ進制可變電阻器100的情況下，與通過組合控制信號的N個比特b到bN_i而生成的整數(shù)成比例地確定ニ進制可變電阻器100的總電阻。在這里，k滿足(k = ^+2^^2^+-+2^-1^ ^ k ( 2n-1)。在將ニ進制可變電阻器100應(yīng)用到運算放大器(未示出)作為其輸入電阻器或者應(yīng)用到反饋電阻器的情況下，與輸入電阻器或反饋電阻器成比例確定增益值，以便獲得與整數(shù)k成比例或成反比的増益值。圖2示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的、利用可變電阻器和運算放大器形成的可變增益放大器的電壓增益、電壓增益的分貝(dB)和控制信號k之間的關(guān)系。假設(shè)在整數(shù)k是通過組合控制信號的N個比特而生成的情況下獲得的增益是1，那么可變增益放大器的總增益隨著k的增加(G、2G、3G、.)而線性增加。圖3是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的、根據(jù)正常低通濾波器的頻率和用于說明截止頻率的頻率的増益的分貝值之間的關(guān)系的曲線圖。諸如電波、聲音和光的自然中現(xiàn)有的大多數(shù)信號的大小按指數(shù)増加，因而在模擬電路中以對數(shù)尺度(log scale)表示増益和截止頻率以供后面的信號處理將是有利的。在以對數(shù)尺度表示增益值的情況下，一般使用通過將對數(shù)應(yīng)用于増益并乘以20 (在電壓的情況下乘以10)所得到的分貝的單位。隨著頻率值的增大，正常濾波器在輸出對輸入的増益上發(fā)生變化，并存在通帶和阻帯。截止頻率(f。)表示通帶和阻帶之間的邊界頻率。在低通濾波器的情況下，具有比直流電流的増益低3分貝的增益值的頻率或者通帶的低頻被定義為f。。如圖3所示，直流電流的増益值是Ad。(dB)，并且在停止頻率f。處的增益值是ん。-3 (dB),即，與直流電流的增益值相比低3分貝。圖4是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的、使用圖1的可變電阻器的放大器的電路圖。參照圖4，放大器150能夠通過調(diào)整可變電阻器160和170的電阻來改變增益和截止頻率。在直流電流方面，圖4的放大器的増益和截止頻率如下。
權(quán)利要求
1.一種可變電阻器，包括多個電阻器段；其中，當可變電阻器的多個電阻候選按照大小順序排列時，電阻候選具有呈幾何變化的電阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的可變電阻器，其中，所述呈幾何變化的電阻值包括具有幾何級數(shù)的電阻值。
3.如權(quán)利要求1所述的可變電阻器，其中，所述呈幾何變化的電阻值包括具有近似幾何級數(shù)的值的電阻值。
4.如權(quán)利要求1所述的可變電阻器，其中，所述多個電阻候選包括數(shù)目等于或者小于 2N的電阻器段，并通過根據(jù)N比特的控制信號改變電阻器段中的至少一個的連接狀態(tài)來在呈指數(shù)變化的可變電阻器的電阻候選當中選擇可變電阻器的電阻。
5.如權(quán)利要求1所述的可變電阻器，其中，所述可變電阻器的電阻R近似滿足如下的第一等式
6.如權(quán)利要求5所述的可變電阻器，其中，所述多個電阻器段的電阻被確定為與通過將第一等式向N比特的控制信號的比特值h到Iv1近似而獲得的第二等式的恒定值Ctl至 Cp匹配，第二等式如下所示
7.如權(quán)利要求6所述的可變電阻器，其中，所述第二等式和恒定值Ctl至Cp是通過以泰勒近似來線性地近似第一等式而獲得的。
8.—種模擬信號放大器,包括可變電阻器，包括多個電阻器段；其中，當可變電阻器的多個電阻候選按照大小順序排列時，電阻候選具有呈幾何變化的電阻值；負載電阻器，其連接到可變電阻器；以及運算放大器，其連接到可變電阻器和負載電阻器，其中，增益通過可變電阻器與負載電阻器的比來確定，并且當按照大小順序排列整體增益的多個增益值候選時，增益值候選呈幾何變化。
9.如權(quán)利要求8所述的模擬信號放大器，其中，所述模擬信號放大器采用負載電阻器和可變電阻器之一，可變電阻器中的多個第一電阻器段通過第一控制碼來控制，可變電阻器中的多個第二電阻器段通過第二控制碼來控制，以及所述整體增益通過第一控制碼和第二控制碼之間的差來確定。
10.一種模擬濾波器，包括可變電阻器，包括多個電阻器段；其中，當可變電阻器的多個電阻候選按照大小順序排列時，電阻候選具有呈幾何變化的電阻值；電容器，其連接到可變電阻器；以及運算放大器，其連接到可變電阻器和電容器，其中，可變電阻器和電容器確定截止頻率，而且當按照大小順序排列截止頻率的多個頻率值候選時，頻率值候選呈幾何變化。
11.一種可變電阻器，包括多個可變電阻器單元塊，當按照大小順序排列時所述多個可變電阻器單元塊的電阻呈幾何變化，其中，所述多個可變電阻器單元塊串聯(lián)連接，而且所述多個可變電阻器單元塊的端部之間的連接狀態(tài)根據(jù)第一控制信號而改變。
12.如權(quán)利要求11所述的可變電阻器，其中，所述多個可變電阻器單元塊中的每一個都包括多個電阻器段，所述多個電阻器段的連接狀態(tài)根據(jù)第二控制信號而改變。
13.如權(quán)利要求12所述的可變電阻器，其中，所述第一控制信號包括第二控制信號的最聞有效位。
14.如權(quán)利要求12所述的可變電阻器，其中，所述第一控制信號包括第二控制信號的最低有效位。
15.一種基于控制信號確定整體電阻的可變電阻器，該可變電阻器包括第一電阻器段；多個第二電阻器段，其串聯(lián)連接到第一電阻器段；以及第一開關(guān)，其連接在第二電阻器段之間并且通過控制信號來控制，其中，當控制信號所確定的整體電阻按照大小順序排列時，電阻值從與第一電阻器段的電阻相對應(yīng)的基準電阻開始呈幾何變化。
16.如權(quán)利要求15所述的可變電阻器，還包括多個第二開關(guān)，其分別連接在所述多個第二電阻器段之間并且由控制信號的反相信號來控制，其中，所述多個第二開關(guān)的寄生電阻等于第一開關(guān)的寄生電阻。
17.如權(quán)利要求15所述的可變電阻器，其中，考慮第一開關(guān)的寄生電阻來確定第一電阻器段和所述多個第二電阻器段的電阻，而且所述基準電阻是第一電阻器段的電阻和第一開關(guān)的寄生電阻的總和。
18.—種控制可變電阻器的方法，該方法包括將控制信號應(yīng)用到包括多個電阻器段的可變電阻器；以及通過根據(jù)控制信號改變所述多個電阻器段中的至少一個的連接狀態(tài)來確定多個電阻候選之一，其中當可用于可變電阻器的所述多個電阻候選按照大小順序排列時，所述多個電阻候選具有以幾何比變化的電阻值。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述可變電阻器的電阻R近似滿足如下所示的第一等式
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述電阻器段的電阻被確定為與通過將第一等式向N比特的控制信號的比特值Idci到Iv1近似而獲得的第二等式的恒定值Ctl至Cp匹配，第二等式如下所示
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述第二等式和恒定值Ctl至Cp是通過以泰勒近似來線性地近似第一等式而獲得的。
22.—種控制可變電阻器的方法，該方法包括輸出第一控制信號和第二控制信號，第一控制信號用于選擇可變電阻器單元塊，該可變電阻器單元塊在可變電阻器中串聯(lián)連接并且當按照大小順序排列時具有呈幾何變化的電阻，第二控制信號用于在可變電阻器單元塊中選擇電阻器段；以及通過根據(jù)第一控制信號選擇可變電阻器單元塊并且通過根據(jù)第二控制信號選擇可變電阻器單元塊中的電阻器段來確定可變電阻器的電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供用于放大模擬信號的模擬放大器和模擬濾波器，具體來說提供用于控制能夠改變增益和截止頻率的可變增益放大器和可變截止頻率過濾器的增益和截止頻率的設(shè)備和方法。可變電阻器包括可變電阻器中的多個電阻器段，而且當可變電阻器的多個電阻候選按照大小順序排列時，電阻候選形成幾何級數(shù)。
文檔編號H03H7/24GK103026619SQ201180036573
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者李宗佑 申請人:三星電子株式會社