专利名称：具有以几何比变化的电阻的可变电阻器及其控制方法
技术领域：
本发明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，本发明涉及ー种在能够改变増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。
背景技术：
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ニ进制可变电阻器的 示图。參照图1，ニ进制可变电阻器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bQ到Iv1控制。假设电阻器段101的最小单位电阻器的电阻为R，ニ进制可变电阻器的电阻器段101的
电阻被设置为R、22R.....2^R0根据N比特控制信号确定开关102的连接状态，以改变整
个ニ进制可变电阻器100的电阻。在图1中描绘的ニ进制可变电阻器100的情况下，与通过组合控制信号的N个比特b到bN_i而生成的整数成比例地确定ニ进制可变电阻器100的总电阻。在这里，k满足(k = ^+2^^2^+-+2^-1^ ^ k ( 2n-1)。在将ニ进制可变电阻器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成比例或成反比的増益值。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増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増加，因而在模拟电路中以对数尺度(log scale)表示増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増益并乘以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増益上发生变化，并存在通带和阻帯。截止频率(f。)表示通带和阻带之间的边界频率。在低通滤波器的情况下，具有比直流电流的増益低3分贝的增益值的频率或者通带的低频被定义为f。。如图3所示，直流电流的増益值是Ad。(dB)，并且在停止频率f。处的增益值是ん。-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。參照图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的放大器的増益和截止频率如下。
权利要求
1.一种可变电阻器，包括多个电阻器段；其中，当可变电阻器的多个电阻候选按照大小顺序排列时，电阻候选具有呈几何变化的电阻值。
2.如权利要求1所述的可变电阻器，其中，所述呈几何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，所述呈几何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
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h到Iv1近似而获得的第二等式的恒定值Ctl至 Cp匹配，第二等式如下所示
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Ctl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.—种模拟信号放大器,包括可变电阻器，包括多个电阻器段；其中，当可变电阻器的多个电阻候选按照大小顺序排列时，电阻候选具有呈几何变化的电阻值；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，增益值候选呈几何变化。
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；其中，当可变电阻器的多个电阻候选按照大小顺序排列时，电阻候选具有呈几何变化的电阻值；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多个频率值候选时，频率值候选呈几何变化。
11.一种可变电阻器，包括多个可变电阻器单元块，当按照大小顺序排列时所述多个可变电阻器单元块的电阻呈几何变化，其中，所述多个可变电阻器单元块串联连接，而且所述多个可变电阻器单元块的端部之间的连接状态根据第一控制信号而改变。
12.如权利要求11所述的可变电阻器，其中，所述多个可变电阻器单元块中的每一个都包括多个电阻器段，所述多个电阻器段的连接状态根据第二控制信号而改变。
13.如权利要求12所述的可变电阻器，其中，所述第一控制信号包括第二控制信号的最闻有效位。
14.如权利要求12所述的可变电阻器，其中，所述第一控制信号包括第二控制信号的最低有效位。
15.一种基于控制信号确定整体电阻的可变电阻器，该可变电阻器包括第一电阻器段；多个第二电阻器段，其串联连接到第一电阻器段；以及第一开关，其连接在第二电阻器段之间并且通过控制信号来控制，其中，当控制信号所确定的整体电阻按照大小顺序排列时，电阻值从与第一电阻器段的电阻相对应的基准电阻开始呈几何变化。
16.如权利要求15所述的可变电阻器，还包括多个第二开关，其分别连接在所述多个第二电阻器段之间并且由控制信号的反相信号来控制，其中，所述多个第二开关的寄生电阻等于第一开关的寄生电阻。
17.如权利要求15所述的可变电阻器，其中，考虑第一开关的寄生电阻来确定第一电阻器段和所述多个第二电阻器段的电阻，而且所述基准电阻是第一电阻器段的电阻和第一开关的寄生电阻的总和。
18.—种控制可变电阻器的方法，该方法包括将控制信号应用到包括多个电阻器段的可变电阻器；以及通过根据控制信号改变所述多个电阻器段中的至少一个的连接状态来确定多个电阻候选之一，其中当可用于可变电阻器的所述多个电阻候选按照大小顺序排列时，所述多个电阻候选具有以几何比变化的电阻值。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述可变电阻器的电阻R近似满足如下所示的第一等式
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述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Idci到Iv1近似而获得的第二等式的恒定值Ctl至Cp匹配，第二等式如下所示
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述第二等式和恒定值Ctl至Cp是通过以泰勒近似来线性地近似第一等式而获得的。
22.—种控制可变电阻器的方法，该方法包括输出第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号用于选择可变电阻器单元块，该可变电阻器单元块在可变电阻器中串联连接并且当按照大小顺序排列时具有呈几何变化的电阻，第二控制信号用于在可变电阻器单元块中选择电阻器段；以及通过根据第一控制信号选择可变电阻器单元块并且通过根据第二控制信号选择可变电阻器单元块中的电阻器段来确定可变电阻器的电阻。
全文摘要
本发明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。
文档编号H03H7/24GK103026619SQ201180036573
公开日2013年4月3日 申请日期2011年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者李宗佑 申请人:三星电子株式会社