用于仪器放大器的增益控制电路和方法技术

本发明专利技术公开了一种具有电子可调增益的仪器放大器。通过电子地控制耦接到该仪器放大器的反馈部分的电阻来调节该增益。通过由在该仪器放大器的输入处出现的共模电压的电阻器控制信号基准控制的开关来调节该电阻。因此，该仪器放大器能够适应共模电压的高电压范围，同时仍然提供可控增益。时仍然提供可控增益。时仍然提供可控增益。

【技术实现步骤摘要】
用于仪器放大器的增益控制电路和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月30日提交的美国专利申请号16/668,557的优先权，该专利申请要求于2019年8月2日提交的美国临时申请号62/882,090的权益。这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文。


[0003]本公开涉及仪器放大器，并且更具体地涉及用于仪器放大器的增益控制电路和方法。

技术介绍

[0004]仪器放大器可放大两个输入信号(例如，V
IN+
、V
IN-)之间的差值，同时抑制两个输入共同的信号(例如，共模电压V
CM
)。仪器放大器的输出(V
OUT
)是相对于基准(V
REF
)而言的，并且因此可为单端输出(例如，V
REF
＝接地)或具有偏移该基准的共模的差分输出。例如，用于具有增益(G)的仪器放大器的公式由以下公式给定：
[0005]V
OUT
＝G
×
(V
IN+-V
IN-)+V
REF
[0006]高电压(HV)仪器放大器可具有大的(>100)增益并且可抑制大的共模电压(例如，>12V)。仪器放大器可具有可被设定为期望值但是一旦被设定就不能够被轻易地控制成其他值的增益。因此，需要仪器放大器的增益控制电路电子地控制仪器放大器的增益。

技术实现思路

[0007]在至少一个方面，本公开总体上描述了一种包括仪器放大器和增益控制电路的电路。该增益控制电路耦接到该仪器放大器，并且被配置为将该仪器放大器的增益控制为多个可能的增益值中的一个可能的增益值。该控制是基于：(i)在多个增益选择输入处接收的增益选择信号；以及(ii)共模电压，该共模电压对应于在该仪器放大器的正极输入和负极输入处接收的输入信号。
[0008]在另一方面，本公开总体上描述一种用于调节仪器放大器的增益的方法。该方法包括从该仪器放大器的输入中提取共模电压。该方法还包括接收增益选择信号，并且随后基于该增益选择信号和该共模电压，使用增益解码器电路生成多个电阻器控制信号。随后基于该多个电阻器控制信号来设定内部受控电阻器的电阻，并且基于该内部受控电阻器电路的电阻来调节该仪器放大器的增益。
[0009]在另一方面，本公开总体上描述了一种可调增益仪器放大器。该可调增益仪器放大器包括双级opamp仪器放大器或三级opamp仪器放大器(即，双级或三级opamp仪器放大器)。该可调增益仪器放大器还包括内部受控电阻器，该内部受控电阻器耦接到该双级或三级opamp仪器放大器，并且该双级或三级opamp仪器放大器的增益是基于该内部受控电阻器的电阻。该可调增益仪器放大器还包括增益解码器，该增益解码器耦接到该内部受控电阻器。该增益解码器被配置为基于在该增益解码器的第一增益选择输入处和第二增益选择输
入处接收的增益选择信号来控制该内部受控电阻器的电阻。该可调增益仪器放大器还包括共模提取器，该共模提取器耦接到该双级或三级opamp仪器放大器。该共模提取器被配置为根据该双级或三级opamp仪器放大器的输入确定共模电压。该共模电压被传输到该增益解码器，该增益解码器被配置为将被提供给该内部受控电阻器的电阻器控制信号偏移该共模电压。
[0010]在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性
技术实现思路
，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。
附图说明
[0011]图1示出了根据本公开的实施方式的可能的可调增益仪器放大器电路的框图。
[0012]图2A示意性地示出了可与图1的可调增益仪器放大器电路一起使用的第一仪器放大器实施方式。
[0013]图2B示意性地示出了可与图1的可调增益仪器放大器电路一起使用的第二仪器放大器实施方式。
[0014]图3示出了用于图1的可调式增益仪器放大器电路的增益控制电路的框图。
[0015]图4示出了用于图3的增益控制电路的增益解码器电路的详细示意图。
[0016]图5A示出了根据第一可能的实施方式的图1的可调增益仪器放大器的详细示意图。
[0017]图5B示出了根据第二可能的实施方式的图1的可调增益仪器放大器的详细示意图。
[0018]图6是根据本公开的可能的实施方式的用于调节仪器放大器的增益的方法的流程图。
[0019]相似附图标记在若干附图中表示相应的零件。
具体实施方式
[0020]本公开涵盖一种可调增益仪器放大器电路，其中仪器放大器的增益可经由增益控制电路被电子地调节为多个增益值中的一个增益值。可调增益仪器放大器能够准确放大输入差模电压(V
DM
)，同时忽略(即，抑制)输入共模电压(V
CM
)。本专利技术所公开的电路可以高电压进行操作，并且由于可经由增益选择输入来设定或调节的增益而对于用户而言是非常通用的。
[0021]图1示出了可调增益仪器放大器电路10的框图。可调增益放大器电路包括仪器放大器100，该仪器放大器接收在第一(即，正极)输入15(IN+)处的第一(即，正极)输入信号(V
IN+
)与在第二(即，负极)输入20(IN-)处的第二(即，负极)输入信号(V
IN-)之间限定的输入差模电压(V
DM
)(即，V
DM
＝V
IN+-V
IN-)。在一些情况下，正极输入信号和负极输入信号可共享非零共模电压(V
CM
)，该非零共模电压可被限定为第一信号和第二信号的平均值(即，V
CM
＝(V
IN+
+V
IN-)/2)。在高电压(HV)实施方式中，V
CM
可远高于V
DM
。例如，对于36伏(V)的供电电压，V
DM
可在-0.75V至+0.75V的范围内，而V
CM
可在1.5V至34.5V的范围内。可调增益仪器放大器电路10被配置为放大V
DM
并抑制V
CM
。
[0022]可调增益仪器放大器电路10包括仪器放大器电路(即，仪器放大器)100，该仪器放
大器电路被配置为通过增益(G)放大V
DM
，以在输出端子50处产生相对于基准端子55处的基准信号(V
REF
)(例如，基准输入信号)的输出信号(V
OUT
)。仪器放大器100的增益(G)可通过在多个增益选择输入25、30处的多个增益选择信号(GS1、GS2)来调节。可调增益仪器放大器电路10由在第一(即，正极)电力输入35处接收的高轨(即，正供电)电压(V
DD
)和在第二(即，负极)电力输入40处接收的低轨(即，负供电)电压(V
SS
)供电。正电压与负电压之间的差值(即，V
DD-V
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路，所述电路包括：仪器放大器；和增益控制电路，所述增益控制电路耦接到所述仪器放大器并且被配置为基于以下项将增益控制为多个可能的增益值中的一个：(i)在多个增益选择输入处接收的增益选择信号；以及(ii)共模电压，所述共模电压对应于在所述仪器放大器的正极输入处以及在所述仪器放大器的负极输入处接收的输入信号。2.根据权利要求1所述的电路，其中：所述仪器放大器由负供电电压(VSS)和正供电电压(VDD)供电，并且其中：所述增益控制电路包括：共模提取器电路，所述共模提取器电路被配置为根据所述输入信号确定所述共模电压(V
CM
)；内部受控电阻器电路，所述内部受控电阻器电路包括电阻器组，所述仪器放大器的增益对应于所述电阻器组的电阻；和增益解码器电路，所述增益解码器电路被配置为输出多个电阻器控制信号以基于来自所述共模提取器电路的所述共模电压和所述多个增益选择输入处的所述增益选择信号来控制所述电阻器组的电阻；并且其中：所述多个增益选择输入中的每个增益选择输入接收VSS或VDD的增益选择信号以限定所述多个增益选择输入上的电压的特定增益选择组合；并且其中：所述增益解码器电路被配置为输出多个电阻器控制输出上的电阻器控制信号的特定组合，所述特定组合对应于电压的特定增益选择组合。3.根据权利要求2所述的电路，其中：所述内部受控电阻器电路包括多个开关，所述多个开关各自并联耦接到所述电阻器组中的不同电阻器集合，使得当所述多个开关中的一个或多个开关处于导通状况时，所述电阻器组的一部分短路，并且所述电阻器组的电阻对应于所述电阻器组的未短路的一部分；并且所述开关中的每个开关耦接到所述多个电阻器控制输出中的一个电阻器控制输出，使得所述多个开关的所述导通状况对应于所述多个电阻器控制输出上的电阻器控制电压的特定组合。4.根据权利要求2所述的电路，其中：电阻器控制信号的特定组合中的每个电阻器控制信号被偏移所述共模电压(V
CM
)。5.根据权利要求2所述的电路，其中所述共模提取器电路包括：分压器电路，所述分压器电路耦接到所述仪器放大器的所述正极输入和所述仪器放大器的所述负极输入，所述分压器的输出对应于V
CM
。6.根据权利要求2所述的电路，其中：所述仪器放大器是包括第一opamp和第二opamp的双opamp仪器放大器，并且所述内部受控电阻器电路的所述电阻器组耦接在所述第一opamp的反相输入与所述第二opamp的反相输入之间。7.根据权利要求2所述的电路，其中：所述仪器放大器是包括第一opamp、第二op...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：