[发明专利]压控放大器以及使用压控放大器的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2013年3月14日提交的题为“VOLTAGE CONTROLLED AMPLIFIER AND METHOD OF USING THE SAME”的美国临时专利申请61／785,052的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及压控放大器(VCA)以及使用该VCA的方法。

背景技术

在音频放大中通常出现的问题是截断(clipping)。如图1A和图1B中所示，当放大器由于高输入信号电平而过载并且尝试传送超过其最大能力的输出电压时，发生截断。在图1A中，信号101的波峰102和波谷103被准确地再现，因此未发生截断。在图1B中，信号104的波峰105和波谷106超过放大器的最大输出电压107，因此波峰105和波谷106的幅度被截断至最大输出电压107。

可以使用电路来限制截断，其中，该电路(使用本领域中已知的方法)检测放大器的输出信号中的截断并且将放大器的输入信号的幅度减小至最小化截断所需的电平。在美国专利No.5,430,409和No.5,453,409中公开了现有截断检测和减小电路的示例。可以使用压控放大器(VCA)来完成对输入信号幅度的减小，其中，VCA的增益受到从截断检测电路接收的电压信号的控制。现有VCA的示例是来自片上系统的PA381和PA382双低噪声VCA集成电路器件。

备选地，可以使用运算跨导放大器(OTA)来实现VCA。OTA是差分输入电压产生输出电流的放大器，其中，输出电流在电阻性负载两端产生输出电压。增益(Vout／Vin)受到可以根据在电阻器两端施加的控制电压得到的增益修改输入电流的控制。因此，OTA可以用作VCA。OTA的商用IC实现方式包括德州仪器的LM13700器件和LM13600器件，这两个器件均在单个封装中包含两个OTA电路。这些商用实现方式相对较大，这是因为它们包含两个OTA电路，不适用于需要单独的OTA电路的应用。

图2是示出了在现有的商用IC电路中使用的OTA电路的拓扑的示例性分立实现方式的示意图。图2的电路包括正电源电压(V+)输入端201、负电源电压(V-)输入端202、信号输入端203、信号输出端204、接地线205、运算放大器(“op amp”)206、偏置电流输入端207、电阻器208、209、216、217、218和219、以及五个匹配晶体管对210、212、213、214和215。

图2的OTA电路的增益是信号输出204与信号输入203之比，通常表示为V_o／V_in。电路的操作是正常反相op amp电路的操作，其中，通过输入电阻器208流向求和节点220的电流等于流过反馈电阻器209的电流。为了减小增益，由OTA电路增加馈送给求和节点220的电流，其实际上起到一较小值的反馈电阻器209的作用，从而限制了增益。

在图2的实现方式中，op amp206的非反相输入端(+)实质上保持接地。为了实现AC输入信号的增益减小，馈送到反相(-)输入端的增益修改电流必须是双极的。为了产生所需的双极增益修改电流，在op amp206的非反相输入端处需要使偏置电流输入端207以V-为参考并且需要多个匹配晶体管对，这导致图2的电路的复杂性。

图2的具有五个匹配晶体管对以及op amp的分立OTA电路实现方式不是现有商用OTA IC器件的可行替换方式，这是因为与现有商用IC器件相比，该器件将更大且更贵。因此，需要与现有商用的基于OTA的VCA及其分立实现方式相比不那么复杂且不那么昂贵的VCA电路备选方式。

发明内容

提出了简化的VCA电路。与现有的基于OTA的VCA相比，本发明的VCA使用更少的组件并且不那么复杂。此外，与现有的VCA相比，本发明的VCA具有改善的总谐波失真(THD和DC偏移特性。通过添加截断检测电路，该VCA可以用于防止截断。

附图说明

通过参照附图，本领域技术人员可以更好地理解本发明并且明白其特征。

图1A是不呈现截断的正弦波的示意图。

图1B是呈现波峰和波谷的截断的正弦波的示意图。

图2是示出了现有的OTA电路拓扑的示例的示意图。

图3是示出了本发明的实施例的示意图。

图4是示出了本发明的实施例的示意图。

图5是示出了本发明的实施例的总谐波失真THD加噪声相对频率的曲线的图形。