用于可编程增益放大器的系统和方法
阅读：948发布：2024-02-29
专利汇可以提供用于可编程增益放大器的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于可编程增益 放大器 的系统和方法。根据 实施例 ，一种系统包括具有与第一电容器并联耦合的可切换反馈电容器的可编程增益放大器和 控制器 。控制器配置为在第一增益设置中将反馈电容器耦合在可编程增益放大器的输入 节点 和可编程增益放大器的 输出节点 之间，以及当从第一增益设置转移到第二增益设置时，将反馈电容器的第一 端子 从可编程增益放大器的输出切换到参考节点，同时反馈电容器的第二端子在第一时间段内仍然耦合到可编程增益放大器的输入节点。，下面是用于可编程增益放大器的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于可编程增益放大器的系统，包括：
包括与第一电容器并联耦合的可切换反馈电容器的可编程增益放大器；以及控制器，其被配置为
在第一增益设置中将反馈电容器耦合在可编程增益放大器的输入节点和可编程增益放大器的输出节点之间，以及
当从第一增益设置转移到第二增益设置时，将反馈电容器的第一端子从可编程增益放大器的输出切换到参考节点，同时反馈电容器的第二端子在第一时间段内仍然耦合到可编程增益放大器的输入节点。
2.如权利要求1所述的系统，其中控制器进一步配置为在第一时间段之后，将反馈电容器的第一端子耦合到参考节点。
3.如权利要求1所述的系统，其中可编程增益放大器的输出处的电压的直流分量在第一增益设置和第二增益设置之间保持基本上恒定。
4.如权利要求1所述的系统，进一步包括耦合到可编程增益放大器的输出的另一可编程增益模块，该另一可编程增益模块配置为应用另一增益设置，该另一增益设置补偿第一增益设置和第二增益设置之间的增益差。
5.如权利要求4所述的系统，其中：
该另一可编程增益模块包括数字增益模块；以及
该控制器进一步配置为：
测量耦合到可编程增益放大器的模拟信号的振幅，
根据第一增益函数调整可编程增益放大器的第一增益，以及
根据第二增益函数调整数字增益模块的第二增益。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包括：
耦合到可编程增益放大器的输出的模数转换器；以及
耦合到模数转换器的输出的数字增益模块，该数字增益模块配置为补偿第一和第二增益设置之间的增益差。
7.如权利要求6所述的系统，进一步包括耦合到数字增益模块的输出的数模转换器。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括耦合在可编程增益放大器的输入节点和系统输入端子之间的输入电容器。
9.如权利要求1所述的系统，进一步包括耦合到可编程增益放大器的输入节点的电容性信号源。
10.如权利要求9所述的系统，其中电容性信号源包括MEMS扩音器。
11.一种用于可编程增益放大器的电路，包括：
放大器；
耦合在放大器的输入和放大器的输出之间的第一电容器；
第二电容器；以及
控制器，其被配置为：
通过将第二电容器的第一端子耦合到放大器的输入并且将第二电容器的第二端子耦合到放大器的输出来在第一增益模式中操作电路，以及
通过在第一时间段内将第二电容器的第二端子耦合到参考节点、同时第二电容器的第一端子仍然耦合到放大器的输入来将电路从第一增益模式切换到第二增益模式。
12.如权利要求11所述的电路，其中控制器进一步配置为在第一时间段之后将第二电容器的第一端子耦合到参考节点。
13.如权利要求11所述的电路，其中参考节点包括地节点。
14.如权利要求11所述的电路，其中参考节点耦合到参考电压发生器。
15.如权利要求11所述的电路，进一步包括第三电容器，其中控制器进一步配置为通过将第三电容器的第一端子耦合到放大器的输入并且将第三电容器的第二端子耦合到放大器的输出来在第三增益模式中操作电路，以及
通过在第一时间段将第三电容器的第二端子耦合到参考节点同时第三电容器的第一端子仍然耦合到放大器的输入来将电路从第三增益模式切换到第二增益模式。
16.如权利要求11所述的电路，进一步包括电阻，其具有耦合到放大器的输入的第一端子和耦合到放大器的输出的第二端子。
17.如权利要求16所述的电路，其中电阻包括：
具有耦合到电阻的第一端子的第一输入的第一缓冲器；
具有耦合到电阻的第二端子的第二输入的第二缓冲器；
串联耦合在第一缓冲器的输出和第二缓冲器的输出之间的电阻器；以及串联耦合在晶体管的第一端子和第二端子之间的晶体管，所述晶体管包括耦合到电阻器的控制节点。
18.如权利要求11所述的电路，其中放大器包括具有耦合到放大器的输出的输出节点的晶体管。
19.如权利要求18所述的电路，其中晶体管包括MOS晶体管。
20.如权利要求18所述的电路，进一步包括：
第一电平移位器，具有耦合到晶体管的输出节点的第一端子；以及
电阻，耦合在晶体管的输入端子和电平移位器的第二端子之间。
21.如权利要求20所述的电路，进一步包括耦合到参考节点的第二电平移位器，其中在第二增益模式中第二电容器的第二端子通过第二电平移位器耦合到参考节点。
22.如权利要求20所述的电路，其中第一电平移位器包括电平移位电阻器。
23.如权利要求11所述的电路，其中放大器、第一电容器、第二电容器、以及控制器设置在集成电路上。
24.如权利要求11所述的电路，进一步包括耦合在电路的输入端子和放大器的输入之间的输入电容器。
25.如权利要求24所述的电路，进一步包括可切换地与输入电容器并联耦合的第四电容器。
26.如权利要求11所述的电路，进一步包括耦合到放大器的输入的MEMS扩音器。
27.一种操作具有第一反馈电容器和第二反馈电容器的可编程增益放大器的方法，该方法包括：
在第一增益设置中在可编程增益放大器的输入节点和可编程增益放大器的输出节点之间耦合第二反馈电容器；以及
当从第一增益设置转移到第二增益设置时，将第二反馈电容器的第一端子从可编程增益放大器的输出切换到参考节点，同时在第一时间段内第二反馈电容器的第二端子仍然耦合到可编程增益放大器的输入节点。
28.如权利要求27所述的方法，进一步包括在第一时间段之后，将反馈电容器的第二端子耦合到参考节点。
29.如权利要求27所述的方法，进一步包括将电容性信号源耦合到输入电容器。
30.如权利要求27所述的方法，进一步包括应用增益调整到可编程增益放大器的输出，应用增益调整包括补偿第一增益设置和第二增益设置之间的增益差。
用于可编程增益放大器的系统和方法
技术领域
背景技术
[0002] 音频扩音器常常用于各种消费应用中，例如移动电话、数字录音机、个人计算机和电话会议系统。特别是，成本更低的驻极体电容扩音器(ECM)用于批量生产的成本敏感的应用中。ECM扩音器通常包括驻极体材料的膜，该膜安装在具有声音端口和电气输出端子的小封装中。该驻极体材料被粘着到膜片或构成膜片本身。大多数ECM扩音器还包括前置放大器，该前置放大器可以与目标应用(例如移动电话)内的音频前端放大器对接。另一种类型的扩音器是微机电系统(MEMS)扩音器，其可以被实现为压敏膜片，被直接蚀刻到集成电路上。
[0003] 环境声压级跨越非常大的动态范围。例如，人类听觉的阈值在大约0dB SPL，会话语音是在大约60dB SPL，而50m远的喷气式飞机的声音是大约140dB SPL。尽管扩音器(例如MEMS扩音器)的膜片可能能够承受高强度声信号并如实地把这些高强度声信号转换成电子信号，但是处理这样的高级别信号带来了一些困难。例如，许多用于声学扩音器的放大器和前置放大器针对特定的动态范围被优化。因此，这些系统在不增加显著的失真的情况下可能不能处理完整的音频范围。然而，由于扩音器的非常高的输出阻抗，MEMS扩音器或传感器与电气系统的对接带来许多困难。例如，由前置放大器加载可能潜在地减弱了扩音器的输出信号，并且由于差的电源抑制比(PSRR)，MEMS扩音器的高电阻性质使它容易受到EMI干扰和电源干扰。因此，对接电容性信号源的放大器，例如MEMS扩音器，具有通常使用具有电容性反馈的放大器实现的高阻抗输入级。当例如通过接入和断开不同值的反馈电容器将这种放大器配置成具有可编程增益时，放大器的操作点中的扰动及其相关联的电容器可能会引起信号中的失真。
发明内容
[0004] 根据一个实施例，一种系统包括具有与第一电容器并联耦合的可切换反馈电容器的可编程增益放大器和控制器。控制器被配置成在第一增益设置中将反馈电容器耦合在可编程增益放大器的输入节点和可编程增益放大器的输出节点之间，并且在从第一增益设置转换到第二增益设置时，在第一时间周期将反馈电容器的第一端子从可编程增益放大器的输出切换至参考节点，而反馈电容器的第二端子仍然耦合到可编程增益放大器的输入节点。
附图说明
[0006] 为更全面地理解本发明及其优点，现在参考下面结合附图进行的描述，在附图中：
[0007] 图1a-c示出了传统的电容性放大器和对应的波形图；
[0008] 图2a-2f示出了实施例可编程增益放大器和对应的波形图；
[0009] 图3a-c示出了另一个实施例可编程增益放大器和对应的时序图；
[0010] 图4示出了具有多个可切换反馈电容器的实施例可编程增益放大器；
[0011] 图5a-b示出了具有电平移位输出的实施例可编程增益放大器；
[0012] 图6示出了具有可调整输入电容器的实施例可编程增益放大器；
[0013] 图7示出了实施例反馈电阻器的有源实施方式；
[0014] 图8示出了并入了实施例可编程增益放大器的集成电路；和
[0015] 图9示出了实施例方法。
[0016] 除非另有指示，在不同的图中的相应的数字和符号通常指的是相应的部分。绘制这些图用于清楚地说明优选实施例的相关方面，并且这些图不一定是按比例绘制的。为了更清楚地说明某些实施例，指示相同结构、材料、或工艺步骤的变化的字母可跟在图号后。
具体实施方式
[0017] 目前优选的实施例的制作和使用在下面被详细讨论。然而，应当认识到，本发明提供了许多适用的创造性概念，其可以在很多种特定的情形中被具体实施。讨论的特定实施例仅仅是说明制作和使用本发明的特定方式，并且不限制本发明的范围。
[0018] 将关于在特定情形中的实施例(即可编程增益放大器)来描述本发明。本发明的实施例并不局限于可编程增益放大器，并且也可以被应用于其他电路结构，例如开关电容器电路，可变增益放大器，传感器电路，音频放大器，以及其他类型的电路。
[0019] 在本发明的一个实施例中，通过将可切换反馈电容器的一个端子从放大器的输出切换至参考节点而可切换反馈电容器的第二端子仍然耦合到放大器的输入来改变可编程增益放大器的增益，从而从可切换反馈电容器转移电荷至耦合在放大器的输入和放大器的输出之间的剩余电容器。在一些实施例中，这种电荷转移减少了当增益设置改变时输出信号中的直流错误。
[0020] 在一个实施例中，通过改变在系统的较后级中的增益补偿在系统前端的可编程增益放大器处的增益改变来利用扩音器的高动态范围。例如，在系统前端中的大增益也可被应用于小振幅扩音器信号，所述小振幅扩音器信号稍后以低增益或衰减来补偿；或在前端中的小增益或衰减可被应用于大振幅扩音器信号，所述大振幅扩音器信号稍后以较后级中的较大增益来补偿。信号路径的净效应是明显的恒定增益。在一些实施例中，在增益设置边界的不连续性可通过在信号处理的稍后状态应用相应的增益调整来补偿。
[0022]
[0023] 在上面的等式中，假定信号源的电容比输入电容器C1的电容大得多。
[0024] 电容性放大器的增益可以通过调整C1或C2的电容而被调整。图1b示出了传统的可编程增益电容性放大器110，其中电容器C3可通过开关S与放大器110连接和断开。例如，当开关S是打开的时，放大器110的电压增益是大约 当开关S是闭合的时，放大器110的电压增益是大约
[0025] 图1c示出了一个波形图，其示出当开关S在时间t1闭合时电容器C3与放大器110接入以及当开关在S时间t2打开时与放大器110断开时的Vout和Vin。当在时间t1电容器C3与电路断开时，立即电荷共享导致Vout波形中的不连续性112，连同相应的增益减少。当开关S在时间t2打开时，放大器110增益增加。即使输出电压Vout在时间t2保持连续，直流电压电平Vout仍从电压114移动到电压116。
[0026] 图2a示出了根据本发明的实施例的可编程增益放大器200。可编程增益放大器200包括具有在反馈中的电阻器R和电容器C2的放大器202。电阻器R可以为高值电阻器，用于偏置放大器202的反相输入。电阻器R的值可以设置为高值，例如，在GΩ范围。在一些实施例中，可以使用高阻网络来实现电阻器R，诸如图7所示的并且在下面描述的电路。
[0027] 电容器C1将电压Vin耦合到放大器202的反相输入。信号源104代表输入信号源，其可以包括电容性信号源，诸如MEMS扩音器，或电容式传感器。但是，应当理解到，在一些实施例中，电容器C1可以全部或部分地由电容性信号源的电容来实现。开关S1和S2选择性地将C3的端子耦合到地或到电容器C2的对应端子。虽然最初将电容器C3示为耦合到地，但是，在本发明的替代实施例中，可以将除了地之外的其他参考电压耦合到开关S1和S2的上部端子以及耦合到放大器202的非反相输入。
[0028] 图2a-d示出了实施例切换顺序，其可以用于将电容器C3接入放大器200以及与放大器200断开。图2a示出了初始状态，其中S1和S2在上部位置并且将电容器C3的每个端子耦合到地。在这一初始状态期间，放大器200的增益为约 接下来，根据图2b，开关S1和S2将电容器C3的两端耦合到电容器C2的端子。在一些实施例中，在切换中S1可以超前于S2。可替换地，可以同时切换S1和S2。在这一状态期间，放大器200的增益为约
[0029] 通过经由开关S2将电容器C3的右侧耦合到地而电容器C2的左侧仍然耦合到放大器202的输入，放大器200的电压增益然后可以再次从 增加到 这里，电容器C3中的电荷220重新分配给电容器C2，因为放大器202的反馈动作导致放大器202的非反相输入呈现非常接近地电位的电压。照此，电容器C3被有效地放电。在一些实施例中，放大器200的操作可以以如图2c所示的在较低位置耦合的开关S1和在较高位置耦合的开关S2来继续进行。
[0030] 接下来，如图2d中所示，开关S1进一步将电容器C3的左侧耦合到地。在实施例中，在S2切换一段时间后切换S1，以便允许再分配步骤中有足够的时间用于放大器202安置。在替代实施例中，C3的左侧可以仍然耦合到放大器202的非反相输入。虽然在图2c和2d中所示的配置中可编程放大器的增益大约相同，但是，图2c的配置给放大器202的输入提供了高电容性负载，并且可以提高系统的噪声敏感度。
[0031] 图2e示出了根据图2a-d中所示的切换顺序的实施例放大器200的电压Vin和Vout的波形图。最初，电容器C3没有与电容器C2并联耦合并且放大器在时间t1的增益是 在时间t1，电容器C3与电容器C2并联耦合并且增益减少到约 在时间t2，电容器C2的右侧从放大器202的输出端子断开并且耦合到地，由此导致放大器200的增益再次减少到 能够看出，Vout在时间t1具有电压跳变250以及在时间t2具有电压跳变252。
[0032] 在时间t1和t2，Vout的电压的变化幅度可以表达成如下：
[0033]
[0034] 相应地，传输的电荷的幅度ΔQ可以表达成：
[0035]
[0036] 如果假设这一电荷全部来自电容器C3，则跨越电容器C3的电压的变化可以表达成：
[0037]
[0038] 由于如上所述，在时间t1的电压跳变250和在时间t2的电压跳变252的幅度是可预测的，所以，通过例如在对应t1和t2的时间在输出信号Vout处应用对应的增益纠正，可以在后期补偿这些电压跳变的影响。例如，如果由实施例可编程增益放大器在前端应用的增益改变是+6dB，则在后期可以应用-6dB的对应的增益改变。
[0039] 图2f示出了实施例放大器280，其中电容器C1和电压源104被包括在电容性信号源282内，电容性信号源282可以是诸如MEMS扩音器或传感器的源。在这样的实施例中，电压源
104代表由电容性信号源产生的信号，并且电容器C1代表电容性信号源的电容。应该理解到，这里描述的其他实施例中表示的电压源104和电容器C1可以通过电容性信号源282来实现。在这样的实施例中，信号源282的输出可以在存在或不存在介入的串联电容器的情况下耦合到放大器202。
104代表由电容性信号源产生的信号，并且电容器C1代表电容性信号源的电容。应该理解到，这里描述的其他实施例中表示的电压源104和电容器C1可以通过电容性信号源282来实现。在这样的实施例中，信号源282的输出可以在存在或不存在介入的串联电容器的情况下耦合到放大器202。
[0040] 图3a示出了实施例放大器300，其中用由信号 和 控制的开关302和304来实现开关S1，使用由信号 和 控制的开关306和308来实现开关S2。
[0041] 图3b示出了波形图，其示出通过信号 和 的开关302，304，306和308的操作。在波形图中，高信号电平代表激活相应的开关的电平，以及低电平代表去激活相应的开关的电平。应该理解到，激活和去激活开关的实际电压电平可以由特定的开关和其规格确定。例如，在一些实施例中，开关302，304，306和308可以使用低态有效信号替代高态有效信号。在时间310，激活信号 和 使得电容器C3的两端耦合到地，使得放大器
300的增益为约 接下来，在时间312，信号 和 在时间316期间激活信号 和之前拉低，以避免将电容器C2放电到地。在时间316和318之间，电容器C3与电容器C2并联耦合，使得放大器的增益为约 在一些实施例中，在信号 之前在时间间隔314激活信号 以便避免由于瞬态信号正向偏置寄生二极管导致的电荷损失。
300的增益为约 接下来，在时间312，信号 和 在时间316期间激活信号 和之前拉低，以避免将电容器C2放电到地。在时间316和318之间，电容器C3与电容器C2并联耦合，使得放大器的增益为约 在一些实施例中，在信号 之前在时间间隔314激活信号 以便避免由于瞬态信号正向偏置寄生二极管导致的电荷损失。
[0042] 在时间318，信号 拉低，并且在此后短的时间，激活 以允许电容器C3放电到电容器C2，由此将增益增加回约 最后，在时间320， 也拉低，并且在这之后不久，激活当激活信号 时，在时间322，该循环会再发生。
[0043] 图3c示出了各种开关实施例，其可以用于实现开关302，304，306和308。例如，开关可以使用NMOS晶体管340、PMOS晶体管342、或CMOS传输门348来实现，该CMOS传输门348为NMOS晶体管346和PMOS晶体管344的并联组合。应当理解到，图3c中示出的开关实施方式仅是实施例开关实施方式的几个示例，因为可以使用本领域已知的其他开关电路。应当理解到，图3a-c中所描述和示出的开关电路和方法可以应用于这里描述和说明的其他实施例的开关。
[0044] 图4示出了根据本发明的另一实施例的放大器400。放大器400具有由电容器C3与开关410和412、C4与开关414和416、以及Cn和开关418和420代表的多个可切换电容器。但是，应当理解到，任何数量的电容器可以与电容器C2并联地接入，使得放大器400可以配置为具有多个不同的增益设置。相应地，放大器400可以配置为具有约 的最大电压增益和约的最小电压增益。通过调整和按比例缩放电容器C1到Cn的值，能够实现多种不同的增益设置。如在上面实施例中所描述的，可以将电容器C3到Cn接入放大器以及与放大器断开。例如，在一个实施例中，n＝14，使得使用具有以下值的13个不同的反馈电容器：C2＝400fF，C3＝200fF，C4＝200fF，C5＝400fF，C6＝400fF，C7＝800fF，C8＝800fF，C9＝
1.6pF，C10＝1.6fF，C11＝3.2pF，以及C12＝3.2pF，C13＝6.4pF，以及C14＝6.4pF。输入电容器C1可以具有约2pF的值，并且可以例如使用电容性传感器或扩音器本身的电容、或使用电容性传感器电容和固定电容的组合来实现。在一些实施例中，电容器C3到Cn可以是二进制加权的。可替换地，低于二进制的值加权，例如因子1.5，可以用于提供更小的步长。应当理解到，在替换实施例中，可以使用不同数量的反馈电容器和/或具有与以上示例不同的值的电容器。此外，可以将多个可切换反馈电容器应用到这里描述的仅仅示出了信号可切换反馈电容器的其他实施例。
1.6pF，C10＝1.6fF，C11＝3.2pF，以及C12＝3.2pF，C13＝6.4pF，以及C14＝6.4pF。输入电容器C1可以具有约2pF的值，并且可以例如使用电容性传感器或扩音器本身的电容、或使用电容性传感器电容和固定电容的组合来实现。在一些实施例中，电容器C3到Cn可以是二进制加权的。可替换地，低于二进制的值加权，例如因子1.5，可以用于提供更小的步长。应当理解到，在替换实施例中，可以使用不同数量的反馈电容器和/或具有与以上示例不同的值的电容器。此外，可以将多个可切换反馈电容器应用到这里描述的仅仅示出了信号可切换反馈电容器的其他实施例。
[0045] 在实施例中，由被电流源404偏置的NMOS晶体管402来提供放大器400的正向增益，以及由连接NMOS晶体管406和电流源408的二极管偏置参考节点401。晶体管402和406以及由电流源404和408传递的电流I1和I2可以按比例缩放，使得每个晶体管的电流系数(the quotients of the current)和纵横比大约相等，以便在节点401和403处提供基本相等的偏置电压。可替换地，其他晶体管类型可以用于晶体管402和406，以及或者可以实现本领域已知的不同的偏置方案。
[0046] 图5a示出了实施例放大器500，在放大器500中，电压源502偏移输出电压Vout的直流电平以允许在晶体管402的漏极处的更多的头空间(headroom)。相应地，放大器500能够在将晶体管402驱动到线性操作区域中之前输出更高的振幅。开关412的一个端子经由电压源503耦合到晶体管406，电压源503具有与电压源502相同或类似的压降。图5b示出了实施例放大器510，在放大器510中电压源502使用与电源流512串联的电阻器Rshift来实现，以提供约I3*Rshift的电平偏移。相应地，开关412经由电阻器Rb耦合到晶体管406，使得I3*Rshift约与I2*Rb相同。应当理解到，图5a-b中所示的实施例电平移位器可以应用到这里描述的其他实施例。
[0047] 图6示出了具有可调节输入电容以及可调节反馈电容器的实施例放大器600。在实施例中，可以使用开关S3和S4将电容器Cx并联接入C1。相应地，放大器600的增益可在约和约 之间变化。在实施例中，电容器Cx可以以与电容器C3类似的方式接入电路和与电路断开。例如，当电容器Cx与C1并联耦合时，可以在较低位置激活开关S3和S4。当电容器Cx从电容器C1断开时，开关C3可以切换到较高位置而开关S4在足够的时间内仍然在较低位置以用于系统安置，此后开关S4切换到较高位置。可替换地，开关S4可以仍然在较低位置。应当理解到，实施例可调节输入电容可以应用到这里描述的其他实施例。
[0048] 在一些实施例中，这里的实施例中描述的实施例放大器的反馈电阻可以使用图7中所示的有源电路700来实现。形成电阻器阶梯的电阻器706、708和710耦合在缓冲器702和704的输出之间，缓冲器702和704分别在电阻器端子701和703处具有输入。晶体管712、714、
716和718具有耦合到由电阻器706、708和710形成的电阻器阶梯的栅极。缓冲器702和704可以是电平移位缓冲器，使得偏置晶体管712、714、716和718的栅极以提供有限电阻。在一些实施例中，有源电路700可以实现在约500GΩ到约1TΩ的电阻。这一范围之外的电阻也可以使用有源电路700来实现。在申请号为/、提交日为2012年____、公开号为2012E51020AT、名称为“____”的共同未决的美国专利申请中描述了有源电路700，以及可以应用到这里的实施例的其他有源电阻电路。在进一步的实施例中，可以进一步使用在2009年6月3日提交的专利号为No.8004350、名称为“Impedance transformation with transistor circuits”的美国专利以及2010年1月12日提交的专利号为8067958、名称为“Mitigating side effects of impedance transformation circuits”的美国专利中描述的电路和系统来进一步实现反馈电阻器，这里通过引用将这两个申请全部并入。
716和718具有耦合到由电阻器706、708和710形成的电阻器阶梯的栅极。缓冲器702和704可以是电平移位缓冲器，使得偏置晶体管712、714、716和718的栅极以提供有限电阻。在一些实施例中，有源电路700可以实现在约500GΩ到约1TΩ的电阻。这一范围之外的电阻也可以使用有源电路700来实现。在申请号为/、提交日为2012年____、公开号为2012E51020AT、名称为“____”的共同未决的美国专利申请中描述了有源电路700，以及可以应用到这里的实施例的其他有源电阻电路。在进一步的实施例中，可以进一步使用在2009年6月3日提交的专利号为No.8004350、名称为“Impedance transformation with transistor circuits”的美国专利以及2010年1月12日提交的专利号为8067958、名称为“Mitigating side effects of impedance transformation circuits”的美国专利中描述的电路和系统来进一步实现反馈电阻器，这里通过引用将这两个申请全部并入。
[0049] 图8示出了实施例电容性信号源信号处理集成电路(IC)800，其配置为与电容性信号源801耦合，电容性信号源801以虚线示出，以指示其不必然是IC800的一部分。但是，在一些实施例中，电容性信号源801也可以包括在IC800上。电容性信号源801可以是MEMS扩音器、电容性传感器、或其他具有电容性阻抗的信号源。可替换地，信号源801可以是具有非电容性阻抗的信号源。
[0050] IC800具有前端可编程放大器802，之后为模数转换器804、数字增益模块806和数模转换器808。数模转换器808的输出可以耦合到模拟输出信号引脚820。可编程增益放大器802可以使用这里描述的实施例放大器来实现。模数转换器804可以使用模数转换器电路和本领域中已知的技术(例如，∑-Δ转换技术)来实现。数字增益模块806可以使用数字信号处理和/或自定义增益控制逻辑来实现。在实施例中，增益控制模块810控制可编程放大器
802的增益和数字增益模块806的增益。在一些实施例中，可以使用数字增益模块806的对应的增益减少来补偿施加到放大器802的增益增加。类似地，可以使用数字增益模块806的对应的增益增加来补偿施加到放大器802的减少的增益。可编程增益放大器802的输出信号中的不连续可以至少部分地通过数字增益模块806中的增益改变来补偿，以产生更连续的信号。在一些实施例中，可以在已经将增益改变施加于可编程增益放大器802之后的一段时间施加数字增益模块806的增益改变，以弥补转换和传播延迟。在一些实施例中，可以在模数转换器804和数模转换器808之间应用额外的数字信号处理。在一些实施例中，控制放大器
802和数字增益模块806的增益的系统和方法可以使用在以下中描述的系统和方法来实现：
申请号为No.13/447，792、提交日为2012年4月16日、名称为“System and Method for High Input Capacitive Signal Amplifier”的共同未决的美国专利申请，这里通过引用将其全部并入。例如，在一个实施例中，增益控制模块810测量耦合到可编程增益放大器的模拟信号的振幅，根据第一增益函数调整可编程增益放大器的第一增益，以及根据第二增益函数调整数字增益模块的第二增益。
802的增益和数字增益模块806的增益。在一些实施例中，可以使用数字增益模块806的对应的增益减少来补偿施加到放大器802的增益增加。类似地，可以使用数字增益模块806的对应的增益增加来补偿施加到放大器802的减少的增益。可编程增益放大器802的输出信号中的不连续可以至少部分地通过数字增益模块806中的增益改变来补偿，以产生更连续的信号。在一些实施例中，可以在已经将增益改变施加于可编程增益放大器802之后的一段时间施加数字增益模块806的增益改变，以弥补转换和传播延迟。在一些实施例中，可以在模数转换器804和数模转换器808之间应用额外的数字信号处理。在一些实施例中，控制放大器
802和数字增益模块806的增益的系统和方法可以使用在以下中描述的系统和方法来实现：
申请号为No.13/447，792、提交日为2012年4月16日、名称为“System and Method for High Input Capacitive Signal Amplifier”的共同未决的美国专利申请，这里通过引用将其全部并入。例如，在一个实施例中，增益控制模块810测量耦合到可编程增益放大器的模拟信号的振幅，根据第一增益函数调整可编程增益放大器的第一增益，以及根据第二增益函数调整数字增益模块的第二增益。
[0051] 应当理解到，集成电路(IC)800仅仅是使用实施例可编程增益放大器的IC的一个示例。例如，在替换实施例中，可以省略A/D转换器和D/A并且增益模块806可以使用另一模拟可编程增益放大器来实现。在进一步的实施例中，可以将实施例可编程增益放大器应用到诸如为无线或有线接收器的系统，其中输入信号强度通过可编程增益放大器或可变增益放大器来均衡。
[0052] 可以在使用CMOS工艺的硅衬底上实现IC800。在实施例放大器中使用的电容器可以使用多种不同的电容器结构来实现，包括但不限于，多晶-多晶电容器(poly-polycapacitor)、MOS电容器、金属-金属电容器、三明治电容器。可替换地，可以使用其他工艺，诸如双极、BiCMOS、绝缘体上的硅(SOI)和其他工艺。
[0053] 图9示出了操作实施例可编程增益放大器的方法900的流程。在步骤902，可切换反馈电容器与第一反馈电容器并联耦合。在稍后阶段，在步骤904中，可以应用可选的补偿增益调整。接下来，在步骤906，可切换反馈电容器的第一端子从可编程增益放大器的输出切换至参考节点。在稍后阶段，在步骤910，可以应用进一步的可选补偿增益调整。在步骤908中可编程增益放大器安置之后，在步骤912，可切换反馈电容器的第二端子可以从可编程增益放大器的输入切换至参考节点。如果需要进一步的增益改变，则可以重复步骤902到912。
[0054] 根据实施例，一种系统包括可编程增益放大器，该可编程增益放大器具有与第一电容器并联耦合的可切换反馈电容器和控制器。控制器配置为在第一增益设置中，将反馈电容器耦合在可编程增益放大器的输入节点和可编程增益放大器的输出节点之间，以及当从第一增益设置转移到第二增益设置时，将反馈电容器的第一端子从可编程增益放大器的输出切换到参考节点同时反馈电容器的第二端子在第一时间段内仍然耦合到可编程增益放大器的输入节点。控制器可以进一步配置为在第一时间段之后，将反馈电容器的第一端子耦合至参考节点。在一些实施例中，在可编程增益放大器的输出处的电压的直流分量在第一增益设置和第二增益设置之间保持基本上恒定。
[0055] 该系统可以进一步包括耦合到可编程增益放大器的输出的另一可编程增益模块，其配置为提供另一增益设置，该另一增益设置补偿第一增益设置和第二增益设置之间的增益差。另一可编程增益模块可以实现为数字增益模块，并且控制器可以进一步配置为测量耦合到可编程增益放大器的模拟信号的振幅，根据第一增益函数调整可编程增益放大器的第一增益，以及根据第二增益函数调整数字增益模块的第二增益。
[0056] 在实施例中，该系统也可以包括耦合到可编程增益放大器的输出的模数转换器，以及耦合到模数转换器的输出的数字增益模块。数字增益模块可以配置为补偿第一和第二增益设置之间的增益差。在一些实施例中，数模转换器可以耦合到数字增益模块的输出。
[0057] 该系统可以进一步包括耦合在可编程增益放大器的输入节点和系统输入端子之间的输入电容器。可替换地，电容性信号源(诸如MEMS扩音器)可以耦合到可编程增益放大器的输入节点。
[0058] 根据进一步的实施例，一种电路包括放大器，耦合在放大器的输入和放大器的输出之间的第一电容器，第二电容器和控制器。控制器配置为通过将第二电容器的第一端子耦合到放大器的输入并且将第二电容器的第二端子耦合到放大器的输出来在第一增益模式操作电路，并且通过在第一时间段将第二电容器的第二端子耦合到参考节点同时第二电容器的第一端子仍然耦合到放大器的输入来将电路从第一增益模式切换成第二增益模式。此外，控制器可以进一步配置为在第一时间段之后将第二电容器的第一端子耦合到参考节点。放大器、第一电容器、第二电容器、以及控制器设置在集成电路上。
[0059] 在一些实施例中，参考节点可以是地节点和/或可以耦合到参考电压发生器。
[0060] 该电路也可以包括第三电容器，并且控制器可以进一步配置为通过将第三电容器的第一端子耦合到放大器的输入并且将第三电容器的第二端子耦合到放大器的输出来在第三增益模式操作电路。控制器也可以配置为通过在第一时间段将第三电容器的第二端子耦合到参考节点同时第三电容器的第一端子仍然耦合到放大器的输入来将电路从第三增益模式切换至第二增益模式。
[0061] 在实施例中，该电路也包括电阻，该电阻具有耦合到放大器的输入的第一端子，以及耦合到放大器的输出的第二端子。电阻可以包括具有耦合到电阻的第一端子的第一输入的第一缓冲器，具有耦合到电阻的第二端子的第二输入的第二缓冲器，串联地耦合在第一缓冲器的输出和第二缓冲器的输出之间的电阻器，以及串联地耦合在晶体管的第一端子和第二端子之间的晶体管，晶体管包括耦合到电阻器的控制节点。
[0062] 放大器可以使用晶体管来实现，诸如MOS晶体管，该晶体管具有耦合到放大器的输出的输出节点。在一些实施例中，电路也包括具有耦合到晶体管的输出节点的第一端子的第一电平移位器，以及耦合在晶体管的输入端子和电平移位器的第二端子之间的电阻。电路可以包括耦合到参考节点的第二电平移位器，使得在第二增益模式中通过第二电平移位器将第二电容器的第二端子耦合到参考节点。第一电平移位器可以包括电平移位电阻器。
[0063] 电路也可以包括耦合在电路的输入端子和放大器的输入之间的输入电容器。此外，第四电容器可以可切换地与输入电容器并联耦合。在一些实施例中，MEMS扩音器可以耦合到放大器的输入。
[0064] 根据另一实施例，一种操作具有第一反馈电容器和第二反馈电容器的可编程增益放大器的方法包括在第一增益设置中在可编程增益放大器的输入节点和可编程增益放大器的输出节点之间耦合第二反馈电容器。该方法进一步包括当从第一增益设置转移至第二增益设置时，将第二反馈电容器的第一端子从可编程增益放大器的输出切换至参考节点同时在第一时间段内第二反馈电容器的第二端子仍然耦合到可编程增益放大器的输入节点。
[0065] 在一些实施例中，该方法进一步包括在第一时间段之后，将反馈电容器的第二端子耦合到参考节点。该方法还可以包括耦合电容性信号源至输入电容器。增益调整可以应用到可编程增益放大器的输出，使得应用增益调整补偿第一增益设置和第二增益设置之间的增益差。
[0066] 实施例系统和方法的优点包括提供可切换增益放大器的能力，可以补偿该可切换增益放大器以提供连续信号和/或具有减少的失真和/或增益切换伪影(gain switching artifact)的信号。
[0067] 实施例系统的进一步的优点包括产生基本上恒定的包络或振幅的信号的能力，使得可以为特定信号电平优化内部信号处理模块(诸如A/D转换器)。
[0068] 虽然已经关于说明性的实施例描述了本发明，但是，不意图将该描述解释为限制意义。在参考该描述时，说明性的实施例的各种修改和组合、以及本发明的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，意图所附权利要求书包括任何这样的修改或实施例。
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