[發明專利]一種具有可變增益放大器的測量裝置

有效

• 申請號: 201210089053.6
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN103368514B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 嚴波;王悅;王鐵軍;李維森
• 申請（專利權）人: 北京普源精電科技有限公司
• 主分類號: H03G3/20
• 分類號: H03G3/20;H03F3/45
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王學強

技術領域

本發明涉及測量、測試技術領域，特別是涉及一種具有可變增益放大器的測量裝置。

背景技術

在測量、測試技術領域中，可變增益放大器(也稱增益調整單元)是測量裝置不可缺少的組成部分。通過改變可變增益放大器的增益可以調節測量裝置的量程，表征在測量裝置的顯示部分中，即為調節測量裝置的幅度靈敏度。

以現有示波器為例，參考圖1，示波器100包括有依次連接的輸入端子101、輸入變換電路102、可變增益放大器103、模數轉換器104、控制處理單元105。輸入端子101一般采用BNC連接頭或SMA連接頭實現，通過連接探頭將外部的被測信號引入示波器100，并將該信號耦合給輸入變換電路102；所述輸入變換電路102實現阻抗匹配、信號衰減等功能，既可以為從輸入端子101引入的被測信號提供穩定的負載阻抗(一般有50Ω，75Ω和1MΩ三種)，又可以為后續的電路提供穩定的信號源阻抗，還可以將輸入端子101引入的被測信號衰減或者放大固定的比例；經過輸入變換電路102處理后的信號輸入給可變增益放大器103，可變增益放大器103將信號放大一定比例后傳輸給模數轉換器104，模數轉換器104對信號進行數字化采樣，得到數字采樣信號，并傳輸給控制處理單元105，控制處理單元105對數字采樣信號進行處理，得到用戶需求的測量結果。

所述控制處理單元105還連接有輸入單元106和顯示單元107，輸入單元106一般包括有按鍵、接收遠程命令的通信接口等。用戶可以通過輸入單元106向控制處理單元105設置參數，例如選擇輸入變換電路102的負載阻抗、衰減比例，選擇可變增益放大器103的放大比例，設置模數轉換器104的采樣率，等等。控制處理單元105將數據采樣信號進行計算處理，可以通過顯示單元107以波形的方式呈現給用戶。

可變增益放大器103的增益直接決定了示波器200的電壓測量范圍，示波器200的電壓測量范圍越大，需要可變增益放大器103的增益越小，對應的垂直靈敏度越低(在示波器中，幅度靈敏度一般稱為垂直靈敏度)。選擇合適的垂直靈敏度，可以在顯示單元107中顯示完整的被測信號的波形。

現有技術的可變增益放大器有多種實現方式。

美國公開專利文件US7078968B2公開了兩種步進增益CMOS放大器。

參考圖2，第一種步進增益CMOS放大器200包括一個場效應晶體管對M1-M2，一個連接在所述場效應晶體管對M1-M2的公共端(源極)的另一個場效應晶體管M11，四對連接在場效應晶體管對M1-M2的漏極的場效應晶體管對M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10，場效應晶體管對中的晶體管M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10的漏極分別通過開關K10、K11、K12、K13、K14、K15、K16、K17連接到一個電源，場效應晶體管對M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10的柵極也連接到該電源，場效應晶體管對M1-M2的柵極作為所述放大器200的兩個輸入端，場效應晶體管對M1-M2的漏極作為所述放大器200的兩個輸出端。

其中，所述場效應晶體管M11的柵極連接一個偏置電源，構成電流源，為所述放大器200提供工作電流。

所述場效應晶體管對M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10構成多個負載電阻對，作為放大器200的IV轉換模塊，將經過場效應晶體管對M1-M2的輸出電流轉換為輸出電壓從放大器的差分輸出端OUTP、OUTN輸出。通過控制某一個或某幾個開關的閉合或斷開，來改變IV轉換模塊中負載電阻對的大小，從而對所述放大器200的增益進行調節。

結合參考圖3，第二種步進增益CMOS放大器300也包括有場效應晶體管對M1-M2、M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10，所不同的是場效應晶體管對M1-M2、M3-M4、M5-M6、M7-M8的的柵極共接在放大器300的兩個輸入端上，他們的漏極共接后連接在場效應晶體管對M9-M10的源極，他們的源極分別通過開關K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8連接到同一個場效應晶體管M11的漏極，場效應晶體管對M9-M10的柵極和漏極共接一個電源，場效應晶體管M11的柵極接一個偏置電壓后構成為放大器300提供工作電流的電流源，場效應晶體管對M9-M10的源極作為所述放大器300的兩個輸出端。

場效應晶體管對M9-M10構成一個負載電阻對，作為所述放大器300的IV轉換模塊，將經過場效應晶體管對M1-M2、M3-M4、M5-M6、M7-M8的輸出電流轉換為輸出電壓從放大器300的輸出端輸出。