具有以几何比变化的电阻的可变电阻器及其控制方法技术

本发明专利技术提供用于放大模拟信号的模拟放大器和模拟滤波器，具体来说提供用于控制能够改变增益和截止频率的可变增益放大器和可变截止频率过滤器的增益和截止频率的设备和方法。可变电阻器包括可变电阻器中的多个电阻器段，而且当可变电阻器的多个电阻候选按照大小顺序排列时，电阻候选形成几何级数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有以几何比变化的电阻的可变电阻器及其控制方法
本专利技术涉及用于放大模拟信号的模拟放大器和模拟滤波器。更具体地，本专利技术涉及一种在能够改变增益和截止频率的可变增益放大器和可变频率滤波器中按指数(exponentially)控制增益和截止频率的方法。
技术介绍
通常情况下，在模拟放大器或模拟滤波器中使用的数字可变电阻器包括一段或多段，其中每一段都连接到开关，从而依赖于开关的连接状态，由数字控制信号对可变电阻器的总电阻进行编程。图1是示出根据相关技术的根据数字控制信号进行编程的二进制可变电阻器的示图。参照图1，二进制可变电阻器100由多个段101和分别插在多个段101之间的多个开关102组成。电阻器段101之间的开关102的连接状态由N比特控制信号b0到bN-1控制。假设电阻器段101的最小单位电阻器的电阻为R，二进制可变电阻器的电阻器段101的电阻被设置为R、22R、...、2N-1R。根据N比特控制信号确定开关102的连接状态，以改变整个二进制可变电阻器100的电阻。在图1中描绘的二进制可变电阻器100的情况下，与通过组合控制信号的N个比特b0到bN-1而生成的整数成比例地确定二进制可变电阻器100的总电阻。在这里，k满足(k＝b0+21b1+22b2+…+2N-1bN-1，0≤k≤2N-1)。在将二进制可变电阻器100应用到运算放大器(未示出)作为其输入电阻器或者应用到反馈电阻器的情况下，与输入电阻器或反馈电阻器成比例确定增益值，以便获得与整数k成比例或成反比的增益值。图2示出根据相关技术的、利用可变电阻器和运算放大器形成的可变增益放大器的电压增益、电压增益的分贝(dB)和控制信号k之间的关系。假设在整数k是通过组合控制信号的N个比特而生成的情况下获得的增益是1，那么可变增益放大器的总增益随着k的增加(G、2G、3G、...)而线性增加。图3是示出根据相关技术的、根据正常低通滤波器的频率和用于说明截止频率的频率的增益的分贝值之间的关系的曲线图。诸如电波、声音和光的自然中现有的大多数信号的大小按指数增加，因而在模拟电路中以对数尺度(logscale)表示增益和截止频率以供后面的信号处理将是有利的。在以对数尺度表示增益值的情况下，一般使用通过将对数应用于增益并乘以20(在电压的情况下乘以10)所得到的分贝的单位。随着频率值的增大，正常滤波器在输出对输入的增益上发生变化，并存在通带和阻带。截止频率(fc)表示通带和阻带之间的边界频率。在低通滤波器的情况下，具有比直流电流的增益低3分贝的增益值的频率或者通带的低频被定义为fc。如图3所示，直流电流的增益值是Adc(dB)，并且在停止频率fc处的增益值是Adc-3(dB)，即，与直流电流的增益值相比低3分贝。图4是示出根据相关技术的、使用图1的可变电阻器的放大器的电路图。参照图4，放大器150能够通过调整可变电阻器160和170的电阻来改变增益和截止频率。在直流电流方面，图4的放大器的增益和截止频率如下。这里，Ra表示输入可变电阻器160的电阻，Rb表示反馈可变电阻器170的电阻，C表示电容器180的电容。此时，执行以下处理，以便根据预定的增益值在对数尺度上以dB为单位线性地改变截止频率。计算反馈可变电阻器170的理想电阻，以获得特定截止频率值并将可用于反馈可变电阻器170的电阻值当中最接近该理想电阻的值设置为Rb。计算输入可变电阻器160的理想电阻，以便规律地保持增益并将可用于输入可变电阻器160的电阻值当中最接近该理想电阻的值设置为Ra。参照图1、图2和图4所示，可变电阻器100、160和170的电阻线性变化，而且它们的截止频率与电阻成反比。参照其中可变电阻器100、160和170的电阻以对数尺度示出的图2，当k为低值时，可变电阻器100、160和170的电阻值快速变化(在对数尺度上)，而当k为高值时，可变电阻器100、160和170的电阻值缓慢变化(在对数尺度上)。在降低反馈可变电阻器的电阻Rb以增加截止频率的情况下，可能发生未能配置用于确定精确截止频率的值的情况。也就是说，由于截止频率在对数尺度上线性变化的精度受到反馈可变电阻器170的电阻的变化的限制，因此难以找到理想电阻并因此而采用近似值。输入可变电阻器160的情况是：理想的是该电阻与反馈可变电阻器170的电阻成比例地改变，从而采用近似值而不是逻辑计算值，这将导致截止频率fc和增益的变化的问题。也就是说，出现显著的量化误差。此外，在截止频率的带宽方面出现另一个问题。截止频率根据反馈可变电阻器170的电阻而变化，因而虽然由于截止频率的变化对低频带宽中高电阻时的单位电阻变化敏感而容易获得接近理想电阻的近似值，但是缺点是，由于在高频带宽中总电阻很低而难以获得接近理想电阻的近似值。图5是示出根据相关技术的、在使用图4的放大器的情况下增益随频率的变化的曲线图。由于上述原因，虽然在对数尺度上必须是恒定的，但是截止频率示出了间隔的不同，而且应该保持恒定的增益值也发生了变化。出于这些原因，很难使用相关技术的二进制可变电阻器来控制可变增益放大器或滤波器，因此需要以新的结构形成的可变电阻器，用于在高频带中精确控制截止频率并减少量化误差。
技术实现思路
技术问题本专利技术的多个方面将解决至少上述问题和/或缺点并提供至少以下描述的优点。因此，本专利技术的一个方面将提供能够与频带无关地使可变增益放大器的增益的量化所引起的误差最小化的可变电阻器电路。本专利技术的另一个方面将提供能够配置可变增益以便用户利用控制码进行直观地检查的可变电阻器电路和可变增益放大器电路。本专利技术的另一个方面将提供在利用多个可变电阻器实现可变增益放大器的情况下能够简单地通过可变电阻器的控制码之间的差定义增益的可变电阻器和可变增益放大器。本专利技术的另一个方面将提供即使在频繁使用的高频带中也能够定义可变截止频率滤波器的截止频率的可变电阻器和可变截止频率滤波器电路。本专利技术的另一个方面将提供模拟电路，其允许熟悉以分贝(dB)为单位表示可变增益或处理截止频率的对数值的用户直观地理解。本专利技术的另一个方面将提供电阻随着控制码的增加而按指数增加的可变电阻器。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了可变电阻器。该可变电阻器包括多个电阻器段和控制该电阻器段的连接状态的多个开关。响应于N比特的控制信号的各个比特(b0、b1、...、bN-1)或者各个比特的组合(b0b1、b0b2、b1b2、...、b0b2b3、....、bN-3bN-2bN-1等)来闭合或断开开关，以便控制电阻器段的连接状态。根据预定的规则确定各个电阻器段的电阻。根据用于控制相应开关的各个比特(b0、b1、...、bN-1)或者比特组合(b0b1、b0b2、b1b2、...、b0b2、....、bN-2bN-1等)的近似系数来确定各个电阻器段的电阻。各个比特(b0、b1、...、bN-1)或者比特组合(b0b1、b0b2、b1b2、...、b0b2、....、bN-2bN-1等)的近似系数通过N比特控制信号的对数函数的泰勒近似来近似。此时，对数函数是通过组合N比特控制信号所得到的整数k的对数函数，而且整数k由以下等式表示：(k＝b0+21b1+22b2+…+2N-1bN-1，0≤k≤2N-1)可变增益滤波器使用电阻随着通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.26 KR 10-2010-00718671.一种可变电阻器，包括：多个电阻器段；和多个开关，连接到所述多个电阻器段，其中，所述多个开关根据N比特控制信号的各个比特以及所述各个比特的组合来控制所述多个电阻器段的连接状态，以及其中，当可变电阻器的多个电阻候选按照大小顺序排列时，电阻候选具有以几何比变化的电阻值。2.如权利要求1所述的可变电阻器，其中，所述以几何比变化的电阻值包括具有几何级数的电阻值。3.如权利要求1所述的可变电阻器，其中，所述以几何比变化的电阻值包括具有近似几何级数的值的电阻值。4.如权利要求1所述的可变电阻器，其中，所述多个电阻候选包括数目等于或者小于2N的电阻器段，并通过根据N比特的控制信号改变电阻器段中的至少一个的连接状态来在呈指数变化的可变电阻器的电阻候选当中选择可变电阻器的电阻。5.如权利要求1所述的可变电阻器，其中，所述可变电阻器的电阻R近似满足如下的第一等式：其中,k＝b0+21b1+…2N-1bN-1,0≤k≤2N-1,其中N是控制信号的比特数量，并且Rlsb是单位电阻，其是通过组合N比特的控制信号的比特值b0到bN-1所生成的整数k和所述可变电阻器的多个电阻候选当中的最小值。6.如权利要求5所述的可变电阻器，其中，所述多个电阻器段的电阻被确定为与通过将第一等式向N比特的控制信号的比特值b0到bN-1近似而获得的第二等式的恒定值c0至cp匹配，第二等式如下所示：其中，k＝b0+21b1+…2N-1bN-1，0≤k≤2N-1。7.如权利要求6所述的可变电阻器，其中，所述第二等式和恒定值c0至cp是通过以泰勒近似来线性地近似第一等式而获得的。8.一种模拟信号放大器，包括：可变电阻器，包括：多个电阻器段；和多个开关，连接到所述多个电阻器段，其中，所述多个开关根据N比特控制信号的各个比特以及所述各个比特的组合来控制所述多个电阻器段的连接状态，以及其中，当可变电阻器的多个电阻候选按照大小顺序排列时，电阻候选具有以几何比变化的电阻值；负载电阻器，其连接到可变电阻器；以及运算放大器，其连接到可变电阻器和负载电阻器，其中，增益通过可变电阻器与负载电阻器的比来确定，并且当按照大小顺序排列整体增益的多个增益值候选时，增益值候选以几何比变化。9.如权利要求8所述的模拟信号放大器，其中，所述模拟信号放大器采用负载电阻器和可变电阻器之一，可变电阻器中的多个第一电阻器段通过第一控制码来控制，可变电阻器中的多个第二电阻器段通过第二控制码来控制，以及所述整体增益通过第一控制码和第二控制码之间的差来确定。10.一种模拟滤波器，包括：可变电阻器，包括：多个电阻器段；和多个开关，连接到所述多个电阻器段，其中，所述多个开关根据N比特控制信号的各个比特以及所述各个比特的组合来控制所述多个电阻器段的连接状态，以及其中，当可变电阻器的多个电阻候选按照大小顺序排列时，电阻候选具有以几何比变化的电阻值；电容器，其连接到可变电阻器；以及运算放大器，其连接到可变电阻器和电容器，其中，可变电阻器和电容器确定截止频率，而且当按照大小顺序排列截止频率的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗佑，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：
国别省市：