带有增益控制的数字处理电路

本发明涉及一种数字数理电路，其输入包含一个模/数转换器，其输出包 括一个数/模转换器。

更具体地，本发明涉及一种电路，该电路能控制如上面提及的数字处理 电路的增益。

本发明适用于任何类型的使用上述电路的音频或视频设备，例如，电视 接收机，录相机或卫星解码器等。

因此，本发明的处理电路包括三个基本电路：一个模/数转换器，一个数 字处理设备和一个数/模转换器。

目前本技术领域内熟练的人员已知的制造这些处理电路的结构有二类。

第一类结构是分别制造三个基本电路，并将它们装配成处理电路。根据 这第一类结构，每个模/数转换器和数/模转换器的增益由各转换器专有的参 考值进行控制。这里含一个控制电路，它可以集成在由转换器构成的基本电 路内，也可以不集成于其内。

通常，用于增益控制的参考值是由一专用电路从转换器的供电电压产 生。

所以，根据要求的增益控制精度，必须制造或多或少复杂庞大的专用电 路。

产生增益控制的另一方法是使用在由转换器构成的部件内部的电压参 数值。这个技术领域内的熟练人员把该内部电压参考值称为带隙(tandgak)电 压。但是，根据某些技术，如CMOS技术，带隙电压难于由一个部件复制 到另一部件。为两个不同的部件产生的带隙电压之间的差别实际上可能达到 或甚至超过10％的值。这会导致相关于各种电路的增益的差别很大。

第二类结构是籍助两个部件制造三个基本电路：模/数转换器构成第一部 件，由数字处理设备和数/模转换器组成的组件构成第二部件。

处理电路的增益控制于是受到与两个部件中每一个部件有关的增益控 制的影响。

用于能控制每个部件的增益的参考值象上面提及的那样产生，也就是 说，或者由精确度高但相对复杂而庞大的专用电路产生，或由难于复制的带 隙电压产生。

本发明不存在这些缺点。

本发明提出一种数字处理电路，它包括一个位于电路输入处的模/数转换 器，一个用于对从模/数转换器送出的信号进行数字处理的设备及一个位于电 路输出处的数/模转换器，该数/模转换器能将数字处理设备送出的信号进行 转换。数字处理电路包括能够用一个电压参考值控制其增益的设备。

上面提及的设备的好处在于；本发明的处理电路的增益与该单一电压参 考值是无关的。

最好该单一电压参考值是一个带隙电压，并且该电路是用CMOS技术制 造。

更普遍地，本发明的电路也可由其它技术制造。

本发明的其它特征及优点通过优选实施例可以看到，该实施例是非限定 的，并且由附图绘出，其中：

图1是本发明实施例的第一个范例；

图2是本发明实施例的第二个范例。

在二个附图中，相同的标记代表相同的元件。

图1是本发明实施例的第一个范例。

该处理电路包括模/数转换器1，数字处理设备2和数/模转换器3。根 据图1中的实施例，数/模转换器3是电流控制的，这样利于切换操作。其优 点在于：单一电压参考值VB既用于发送模/数转换器的参考电压V2也用于 发送数/模转换器的参考电流Iref。

参考电压V2从增益为G2的放大器A2发出，其中G2在其输入端接收 电压VB。因此有下面公式：

V2＝G2×VB

电压VB送到差分放大器A3的正输入端，而其负输入端一方面通过电 阻R1与电路接地端相连，另一方面与晶体管T的源极相连。晶体管T的栅 极和漏极分别连到差分放大器A3的输出端和数/模转换器抽取参考电流Iref 的位置。高增益差分放大器G3的V+＝V-，其中V+和V-分别为连到 差分放大器A3的正输入端和负输入端的电压。

因此，电阻R1终端处所汇集的电压V3等于电压VB。因此参考电流Iref 就为： $\mathrm{Iref}=\frac{\mathrm{VB}}{R1}$

本技术领域的熟练人员均知道，流经作为数/模转换器输出负载的电阻 RS的输出电流IS可以写为： $\mathrm{IS}=\mathrm{Im}\times \frac{N}{2^n-1}$

其中：

-Im＝k×Iref，Im表示处理电路的输出端可得到的最大电流值，K 是与数/模转换器的结构有关的系数，

-N表示转换得到的二进制码的位数值，即对于一个n比特的转换器来 说，它是位于0和2n-1之间的整数，

-2n-1表示转换后的二进制码所能取的最大位数值。

处理电路的输出端S处汇集的电压VS可以写为： $\mathrm{VS}=\mathrm{RS}\times K\times \mathrm{Iref}\times \frac{N}{2^n-1}$ 这里 因此可以有， $\mathrm{VS}=\mathrm{RS}\times K\times \frac{\mathrm{VB}}{R1}\times \frac{N}{2^n-1}$

最好在处理电路的输入端包括一个增益为G1的放大器A1。因此模/数 转换器的输入端处的电压V1就为：

             V1＝G1×VE，

其中VE是加在处理电路的输入端E上的电压。

本技术领域的熟练人员都知道，转换器1的输入端处的电压V1可以写 为：

V1＝N×ΔV

其中N是前面提及的二进制码的位数值，ΔV是待转换的模拟电压的 基本步长。

因此有： $\mathrm{VE}=\frac{N\times \mathrm{\Delta V}}{G1}$ 这里 V2＝G2×VB

于是就有： $\mathrm{VE}=\frac{N\times G2\times \mathrm{VB}}{G1\times 2^n-1}$ 因此处理电路的增益可以写为 $G=\frac{\mathrm{VS}}{\mathrm{VE}}$ 或者： $G=\frac{\mathrm{RS}}{R1}\times \frac{G1}{G2}\times K$

从给出增益G的公式可以看出，G值不取决于参考电压VB的值。

本发明的处理电路的增益值，其优点在于不受复制电压VB值的困难的 影响。

根据优选实施例，包括放大器A1、A2、A3、晶体管7，转换器1和 3及数字处理设备2的各种元件可以集成为一体，用CMOS技术进行制造。 如前面提到的那样，参考电压VB于是成为集成体的内部的一个带隙电压， 其变化范围在不同的集成体间可能达到甚至超过10％。

用CMOS技术制造的各种处理电路的增益值，其优点在于它不受带隙电 压的变化的影响。

根据本发明，电阻R1和RS可以集成到处理电路构成部件内，也可以 不集成在其中。

对于电阻R1和RS不集成到该部件内的情况，处理电路的增益值可以 通过改变电阻值来调节。本发明的增益值的调节方法与已有技术的电路的调 节方法相比，其优点在于它简便易行。

增益值G的精度取决于电阻R1和RS的精度，也取决于增益G1、G2 及系数K的精度。一般地说，增益值G1、G2和系数K值容易复制。因此 增益G的精度通常仅取决于电阻R1和RS的精度。于是，用户可以选择如 5％的电阻，用到不要求高精度的地方，相反，对于精度要求很高的应用场合， 可以选择0.1％的电阻。对于后一种情况，也就是说对于电阻精度很高的情 况，各种处理电路得到的增益值可以在小于或等于2％的范围内复制。

根据一特别的实施例，处理电路不含放大器A1和A2。于是在G的表 达式中出现的增益G1、G2变为1。这种应用相当于动态范围等于参考电压 的编码，因为这时V2等于VB。于是处理电路的增益仅取决于电阻R1和 RS及因子K，于是不同电路间增益G的变化就很小了。

图2表示的是本发明的实施例的第二个例子。

根据这第二个实施例，输出数/模转换器4由参考电压Vref控制。参考 电压Vref从电压VB中获得。

为此目的，电压VB送到差分放大器A3的正输入端，而A3的负输入端 一方面通过电阻R3连到电路的接地端，另一方向通过电阻R2连到放大器 A3的输出端。

参考电压Vref是在放大器A3的输出端得到的。

于是有：Vref＝Go×VB，

其中Go等于

      数/模转换器的输出电压VS由下式给出： $\mathrm{VS}=\frac{N}{2^n-1}\times \mathrm{Vref}$

至于输入模/数转换器，图2所示的电路与图1所示的电路是相同的。于 是输入电压VE的表达式可以写为： $\mathrm{VE}=\frac{N\times G2\times \mathrm{VB}}{G1\times 2^n-1}$

因此，增益G作为电压VS与VE的比值可以表示为： $G=\frac{G1}{G2}\times G_0$

如图1的情况，各种元件，即放大器A1、A2、A3，转换器1和4及 数字处理设备2可以集成为一体，利用诸如CMOS技术的相同的技术制造。 其优点在于，电阻R2和R3可以集成到处理电路构成的部件内，也可以作为 部件之外的元件。

对于电阻R2和R3不集成于部件内部的情况，其优点在于处理电路的增 益值可以通过改变电阻值的方法来调节。

在本发明处理电路上述实施例之外的一种很有意思的应用是关于这样 的设备：一个信号或者送给其第一通路作数字处理，或者送到第二通路不作 数字处理。于是经常需要信号的增益基本上保持不变，即与信号的通路无关。

上面提及的那样的设备的一个例子是关于一种滤波器，它用于根据视频 信号是PAL类型还是SECAM类型将视频信号分为亮度信号和色度信号两部 分。为于RAL类型的信号，第一通路为滤波通路，即作模/数转换、数字处 理和数/模转换的通路。对于SECAM类型的信号，第二通路为不进行上面提 及的数字处理的通路，通常称为“旁路”通路。两个通路的增益值应该相同。

本发明的优点是使得制造上述的设备成为可能。

上面说明的本发明的实施例的是关于一个增益控制电路，该电路中，输 入模/数转换电路是电压控制的，输出数/模转换或者为电压控制或者为电流 控制。更一般地，本发明是关于一个数字处理增益控制电路，该电路中，输 入模/数转换器或者为电压控制或者为电流控制，输出数/模转换器也同样地 或者为电压控制或者为电流控制。