能够减轻漏电流影响的增益控制电路与方法

摘要

本发明揭露了一种能够减轻漏电流影响的增益控制电路与方法。依据本发明的一实施例，该增益控制电路包含：至少一信号输入端，用来接收至少一输入信号；一信号输出端，用来输出一输出信号；一放大器，耦接于一放大器输入端与该信号输出端之间；以及多个增益架构，每个该增益架构设于该至少一信号输入端与该信号输出端之间，当这些增益架构的其中之一用来产生该输出信号时，其余增益架构即停止提供增益作用，并分别透过各自的接地路径来排除漏电流。

说明书

技术领域

本发明是关于增益控制电路与方法，尤其是关于能够减轻漏电流影响 的增益控制电路与方法。

背景技术

一般可调式增益电路或混合信号增益电路具有多个增益路径可供选 择，每个增益路径上具有一开关，通过控制这些开关的启闭即可选择想要 的增益路径，换句话说，通过控制这些开关，可使这些增益路径的其中之 一导通，并使其余的增益路径不导通，由此透过该导通的增益路径将一输 入信号进行放大。一般而言，上述开关是由MOS晶体管来实现，然而 MOS晶体管或多或少会有漏电流的问题，尤其当该增益电路的输入信号 愈大时，原本应该不导通的MOS晶体管的漏电流也会相对应地变大，此 时这些漏电流会干扰到导通的增益路径，并使得总谐波失真（Total  Harmonic Distortion）上升。

发明内容

鉴于先前技术的不足，本发明的一目的在于提供一种增益控制电路与 方法，以改善漏电流的问题。

本发明揭露了一种能够减轻漏电流影响的增益控制电路。依据本发明 的一实施例，该增益控制电路包含：至少一信号输入端，用来接收至少一 输入信号；一信号输出端，用来输出一输出信号；一放大器，耦接于一放 大器输入端与该信号输出端之间；以及多个增益架构（Scheme），每个该 增益架构设于该至少一信号输入端与该信号输出端之间，当这些增益架构 的其中之一用来产生该输出信号时，其余增益架构即停止提供增益作用， 并分别透过各自的接地路径来排除漏电流。上述增益架构包含一第一增益 架构与一第二增益架构，该第一增益架构包含：一第一节点；一第一信号 路径，用来依据一第一控制信号经由该第一节点电性连接或断开该至少一 信号输入端与该放大器输入端；以及一第一接地路径，用来依据该第一控 制信号的反相信号电性连接或断开该第一节点与一参考电压端，当该第一 信号路径经由该第一节点电性连接该至少一信号输入端与该放大器输入 端时，该第一接地路径电性断开该第一节点与该参考电压端。另外，该第 二增益架构包含：一第二节点；一第二信号路径，用来依据一第二控制信 号经由该第二节点电性连接或断开该至少一信号输入端与该放大器输入 端；以及一第二接地路径，用来依据该第二控制信号的反相信号电性连接 或断开该第二节点与该参考电压端，当该第二信号路径经由该第二节点电 性连接该至少一信号输入端与该放大器输入端时，该第二接地路径电性断 开该第二节点与该参考电压端。

本发明亦揭露了一种能够减轻漏电流影响的增益控制方法，通过本发 明的增益控制电路或其等效电路来执行。依据本发明的一实施例，该方法 包含下列步骤：一信号接收步骤，用来接收至少一输入信号；一信号产生 步骤，用来依据该至少一输入信号与一增益值产生一输出信号；以及一增 益选择步骤，用来选择多个增益架构的其中之一以决定该增益值，其中每 个该增益架构形成于该至少一输入信号与该输出信号之间，且包含一信号 路径与一接地路径，当被选择的增益架构依据该输入信号经由本身的信号 路径输出该输出信号时，其余增益架构即分别经由本身的接地路径将可能 的漏电流引导至一参考电压端（例如一接地端）。详言之，上述增益选择 步骤包含：从该多个增益架构中选择一目标增益架构；电性导通该目标增 益架构的信号路径，并电性断开该目标增益架构的接地路径；以及电性导 通该目标增益架构以外的每个该增益架构的接地路径，并电性断开该目标 增益架构以外的每个该增益架构的信号路径。

本发明另揭露了一种能够减轻漏电流影响的增益控制电路。依据本发 明的一实施例，该增益控制电路包含：一放大器，具有一输入端及一输出 端；一输入阻抗电路，耦接于一信号输入端与该输入端之间，用来形成多 个输入阻抗的其中之一，其中该多个输入阻抗包含一第一输入阻抗与一第 二输入阻抗；以及一输出阻抗电路，耦接于该输入端与该输出端之间，用 来形成多个输出阻抗的其中之一或一固定输出阻抗，其中，当一信号经由 该信号输入端、该第一输入阻抗及该输出阻抗电路输出时，耦接于该第二 输入阻抗与该输入端之间的一开关不导通，且该开关经由另一开关接地。

有关本发明的特征、实施与功效，现结合图式作较佳实施例详细说明 如下。

附图说明

图1为本发明的增益控制电路的一实施例的示意图；

图2a为图1的增益控制电路的一实施方式的示意图；

图2b为图2a的模拟输入增益电路的第一增益架构的示意图；

图2c为图2a的模拟输入增益电路的第二增益架构的示意图；

图3a为图1的增益控制电路的另一实施方式的示意图；

图3b为图3a的模拟混合信号增益电路的第一增益架构的示意图；

图3c为图3a的模拟混合信号增益电路的第二增益架构的示意图；以 及

图4为本发明的增益控制方法的一实施例的示意图。

符号说明

100  增益控制电路

110  信号输入端

120  信号输出端

130  放大器

132  放大器输入端

140  多个增益架构

142  第一增益架构

1422  第一节点

1424  第一信号路径

1426  第一接地路径

144  第二增益架构

1442  第二节点

1444  第二信号路径

1446  第二接地路径

150  参考电压端

200  模拟输入增益电路

210  第一开关

220  第一反相开关

230  第二开关

240  第二反相开关

300  模拟混合信号增益电路

310  第一开关

320  第一反相开关

330  第二开关

340  第二反相开关

Sin、S1、S2…Sn  输入信号

R1、R2…Rn、Rf  电阻

Vref  参考电压

S410  接收至少一输入信号

S420  依据该至少一输入信号与一增益值产生一输出信号

S430  选择多个增益架构的其中之一以决定该增益值，其中每个该 增益架构形成于该至少一输入信号与该输出信号之间，且包含一信号路径 与一接地路径，当被选择的增益架构经由信号路径输出该输出信号时，其 余增益架构分别经由接地路径将漏电流引导至一参考电压端

具体实施方式

以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书 对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或 定义为准。

本发明的揭露内容包含增益控制电路与方法，用来减轻漏电流的影 响。该装置及方法可应用于多种需要增益控制的技术领域，例如音频技术 领域、通信技术领域、显示技术领域等。在实施为可能的前提下，本技术 领域具有通常知识者能够依本说明书的揭露内容来选择等效的组件或步 骤来实现本发明，亦即本发明的实施并不限于后叙的实施例。由于本发明 的增益控制电路所包含的部分组件单独而言可为已知组件，因此在不影响 该装置发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知组件的细 节将予以省略。此外，本发明的增益控制方法可通过本发明的增益控制电 路或其等效装置来实现，在不影响该方法发明的充分揭露及可实施性的前 提下，以下方法发明的说明将着重于步骤内容，关于用来执行该方法的硬 件可由本技术领域人员依据本方法发明的揭露内容来选择适合的装置或 组件组合。

请参阅图1，其为本发明的增益控制电路100的一实施例的示意图， 该实施例能够减轻漏电流的影响，以达到更低的总谐波失真（Total  Harmonic Distortion,THD）。如图所示，该增益控制电路100包含：至少 一信号输入端110，用来接收至少一输入信号；一信号输出端120，用来 输出一输出信号；一放大器130（例如一运算放大器（Operational  Amplifier）），耦接于一放大器输入端132（例如一运算放大器的反相输入 端）与该信号输出端120之间；以及多个增益架构140（Gain Schemes）， 每个该增益架构140设于该至少一信号输入端110与该信号输出端120之 间，并包含一信号路径与一接地路径，当这些增益架构140的其中之一（或 者说运行中的增益架构140）依据前述输入信号经由本身的信号路径产生 该输出信号时，其余增益架构140（或者说非运行中的增益架构140）即 分别经由本身的接地路径耦接至一参考电压端150（例如一接地端），由此 将可能的漏电流引导至该参考电压端，从而避免影响该运行中的增益架构 140。举例而言，这些增益架构140包含一第一增益架构142、一第二增益 架构144以及其余增益架构（以图中的方点虚线来表示），其中该第一增 益架构142包含：一第一节点1422；一第一信号路径1424，用来依据一 第一控制信号（例如一开关信号）经由该第一节点1422电性连接或断开 该至少一信号输入端110与该放大器输入端132；以及一第一接地路径 1426，用来依据该第一控制信号的反相信号电性连接或断开该第一节点 1422与前述参考电压端150，更精确地说，当该第一信号路径1424经由 该第一节点1422电性连接该至少一信号输入端110与该放大器输入端132 时，该第一接地路径1424电性断开该第一节点1422与该参考电压端150。 另一方面，该第二增益架构144包含：一第二节点1442；一第二信号路径 1444，用来依据一第二控制信号（例如一开关信号）经由该第二节点1442 电性连接或断开该至少一信号输入端110与该放大器输入端132；以及一 第二接地路径1446，用来依据该第二控制信号的反相信号电性连接或断开 该第二节点1442与该参考电压端150，更精确地说，当该第二信号路径 1444经由该第二节点1442电性连接该至少一信号输入端110与该放大器 输入端132时，该第二接地路径1446电性断开该第二节点1442与该参考 电压端150。

请参阅图2a，其为图1的增益控制电路100的一实施方式的示意图。 如图所示，该实施方式是一模拟输入增益电路200，其包含了图1所示的 各组件及信号端，然而为了清楚显示，第一增益架构142及其从属单元以 及第二增益架构144及其从属单元不于图2a中标示，而分别于图2b及图 2c中显示（亦即图2b专用于显示第一增益架构142；图2c专用于显示第 二增益架构144）。此外，该信号输入端110于本实施方式中是用来接收单 一输入信号Sin以作为各增益架构140的输入信号；该放大器130则是一 运算放大器，具有前述的放大器输入端132以及一耦接至参考电压Vref 的非反相输入端。

请对照图2a与图2b，该第一增益架构142的第一信号路径1424于 本实施方式中包含了两个第一开关210，该两个第一开关210设于前述第 一节点1422的两侧，用来依据该第一控制信号导通或不导通。再者，该 第一接地路径1426于本实施方式中包含了一第一反相开关220，该第一反 相开关220设于该第一节点1422与该参考电压端150之间，用来依据该 第一控制信号的反相信号导通或不导通，亦即当该两个第一开关210不导 通时，该第一反相开关220导通。请注意，为顾及电路运行表现以及电路 面积间的平衡，本实施方式中，该第一反相开关220的组件尺寸小于该两 个第一开关210的任一个的组件尺寸，例如若这些开关是以金属氧化物半 导体晶体管（MOSFET）来实现，则第一反相开关220的宽度（Width） 与长度（Length）的至少其中之一较小。

请对照图2a与2c，类似地，该第二增益架构144的第二信号路径1444 包含两个第二开关230，该两个第二开关230设于该第二节点1442的两侧， 用来依据该第二控制信号导通或不导通。此外，该第二接地路径1446包 含一第二反相开关240，该第二反相开关240设于该第二节点1442与该参 考电压端150之间，用来依据该第二控制信号的反相信号导通或不导通， 也就是说当该两个第二开关230不导通时，该第二反相开关240导通。同 样地，为平衡电路运行表现以及电路面积，本实施方式中，该第二反相开 关240的组件尺寸小于该两个第二开关230的任一个的组件尺寸。请再对 照图2a与2c，其中，当第二开关230被控制为不导通，但因其关闭不全 导致有漏电流时，该第二反相开关240会将该漏电流引导至该参考电压端 150（例如一接地端）以减少该漏电流对信号路径（包含该第一节点1422 与放大器输入端132）的不良影响，进而降低总谐波失真。

请再次对照图2a与图2b，于本实施方式中，该第一增益架构142包 含一第一输入阻抗（例如图中的电阻R1）与一第一反馈阻抗（例如图中 的电阻R2至Rn的总和），更详细地说，当该第一信号路径1424经由该 第一节点1422电性连接该至少一信号输入端110与该放大器输入端132 时，该至少一信号输入端110与该第一节点1422间的阻抗视为该第一输 入阻抗，且该第一节点1422与该信号输出端120间的阻抗视为该第一反 馈阻抗，此时该模拟输入增益电路200的增益依据该第一输入阻抗与该第 一反馈阻抗而定。类似地，如图2a与图2c所示，该第二增益架构144包 含一第二输入阻抗（例如图中的电阻R1与R2的总和）与一第二反馈阻 抗（例如图中的电阻R3（未显示）至Rn的总和），当该第二信号路径1444 经由该第二节点1442电性连接该至少一信号输入端110与该放大器输入 端132时，该至少一信号输入端110与该第二节点1442间的阻抗视为该 第二输入阻抗，且该第二节点1442与该信号输出端120间的阻抗视为该 第二反馈阻抗，此时该模拟输入增益电路200的增益即依据该第二输入阻 抗与该第二反馈阻抗而定。

请注意，上述开关与阻抗等组件的数量与组件尺寸仅是举例，并非对 本发明的限制，在不影响本发明的实施可能性的前提下，本技术领域具有 通常知识者可自行决定这些组件的参数。另请注意，图2a至图2c虽以运 行的第一增益架构142与非运行的第二增益架构144为例，然此仅是举例， 诚如之前说明中所述，通过控制各增益架构的信号路径与接地路径的连接 状态，本发明可选择所需的增益架构来输出信号。

请参阅图3a，其为图1的增益控制电路100的另一实施方式的示意 图。如图所示，该实施方式是一模拟混合信号增益电路300，同样包含图 1所示的各组件及信号端，然而为清楚显示，第一增益架构142及其从属 单元以及第二增益架构144及其从属单元不于图3a中标示，而分别于图 3b及图3c中显示（亦即图3b专用于显示第一增益架构142；图3c专用 于显示第二增益架构144）。此外，该信号输入端110于本实施方式中是用 来接收多个输入信号S1、S2…Sn以分别作为各增益架构140的输入信号； 该放大器130则同样以运算放大器为例。

请对照图3a与图3b，该第一增益架构142的第一信号路径1424于 本实施方式中包含了两个第一开关310，该两个第一开关310设于前述第 一节点1422的两侧，用来依据该第一控制信号导通或不导通。再者，该 第一接地路径1426于本实施方式中包含了一第一反相开关320，该第一反 相开关320设于该第一节点1422与该参考电压端150之间，用来依据该 第一控制信号的反相信号导通或不导通，亦即当该两个第一开关310不导 通时，该第一反相开关320导通。类似前述，为顾及电路运行表现以及电 路面积间的平衡，本实施方式中，该第一反相开关320的组件尺寸小于该 两个第一开关310的任一个的组件尺寸。

另请对照图3a与图3c，该第二增益架构144的第二信号路径1444 包含两个第二开关330，该两个第二开关330设于该第二节点1442的两侧， 用来依据该第二控制信号导通或不导通。此外，该第二接地路径1446包 含一第二反相开关340，该第二反相开关340设于该第二节点1442与该参 考电压端150之间，用来依据该第二控制信号的反相信号导通或不导通， 换句话说，当该两个第二开关330不导通时，该第二反相开关340导通。 同样地，为平衡电路运行表现以及电路面积，本实施方式中，该第二反相 开关340的组件尺寸小于该两个第二开关330的任一个的组件尺寸。

请再次对照图3a与图3b，于本实施方式中，该第一增益架构142包 含一第一输入阻抗（例如图中的电阻R1）与一反馈阻抗（例如图中的电 阻Rf），更详细地说，当该第一信号路径1424经由该第一节点1422电性 连接该至少一信号输入端110与该放大器输入端132时，该至少一信号输 入端110与该第一节点1422间的阻抗视为该第一输入阻抗，且该第一节 点1422与该信号输出端120间的阻抗视为该反馈阻抗，此时该模拟混合 信号增益电路300的增益依据该第一输入阻抗与该反馈阻抗而定。类似地， 如图3a与图3c所示，该第二增益架构144包含一第二输入阻抗（例如图 中的电阻R2）与前述反馈阻抗（例如图中的电阻Rf），当该第二信号路径 1444经由该第二节点1442电性连接该至少一信号输入端110与该放大器 输入端132时，该至少一信号输入端110与该第二节点1442间的阻抗视 为该第二输入阻抗，且该第二节点1442与该信号输出端120间的阻抗视 为该反馈阻抗，此时该模拟混合信号增益电路300的增益即依据该第二输 入阻抗与该反馈阻抗而定。另外，于本实施方式中，该放大器输入端132 与该反馈阻抗（例如图中的电阻Rf）间可设置至少一平衡组件（例如与任 一增益架构140的信号路径上的开关的结构相同或相仿的组件）（未显 示），用来于该模拟混合信号增益电路300采用某一增益架构140时平衡 该增益架构140的信号路径上的开关所造成的电路配置或运行上的影响， 例如于该模拟混合信号增益电路300采用第一增益架构142时，该平衡组 件用来平衡该两个第一开关310的影响，或者于该模拟混合信号增益电路 300采用第二增益架构144时，该平衡组件用来平衡该两个第二开关组件 330的影响，然而该平衡组件于本实施方式中并非必要，本技术领域人员 可视设计需求自行决定是否采用该平衡组件。

请注意，前述模拟输入增益电路200与模拟混合信号增益电路300 的开关与阻抗等组件的数量、类型与组件尺寸仅是举例，并非对本发明的 限制，在不影响本发明的实施可能性的前提下，本技术领域具有通常知识 者可自行决定这些组件的参数。另外，图3a至图3c虽以运行的第一增益 架构142与非运行的第二增益架构144为例，然此仅是举例，诚如之前说 明中所述，通过控制各增益架构的信号路径与接地路径的连接状态，本发 明可选择所需的增益架构来输出信号。再者，前述第一与第二控制信号及 其反相信号可通过一控制电路（例如一开关控制电路）依据一增益需求（例 如一音频输出效果需求）来产生，由于该控制电路的实施属于本领域的通 常知识且该增益需求可由本领域人员自行决定，因此相关细节在此予以省 略。

另请注意，图2a至2c及图3a至3c的增益控制电路200、300亦可 陈述如下。本发明的增益控制电路包含：一放大器，具有一输入端及一输 出端；一输入阻抗电路，耦接于一信号输入端与该输入端之间，用来形成 多个输入阻抗的其中之一（例如图2a的电阻R1、R1+R2、…、 R1+R2+…+Rn-1的其中之一，或图3a的电阻R1至Rn的其中之一），其 中该多个输入阻抗包含一第一输入阻抗（例如图2a的电阻R1或图3a的 电阻R1）与一第二输入阻抗（例如图2a的电阻R1+R2、…、R1+R2+…+Rn-1 的其中之一或图3a的电阻R2至Rn的其中之一）；以及一输出阻抗电路， 耦接于该输入端与该输出端之间，用来形成多个输出阻抗的其中之一（例 如图2a的电阻R2+…+Rn、…、R2的其中之一）或一固定输出阻抗（例 如图3a的电阻Rf），其中，当一信号经由该信号输入端、该第一输入阻抗 及该输出阻抗电路输出时，耦接于该第二输入阻抗与该输入端之间的一开 关（例如图2c的开关230或图3c的开关330）不导通，且该开关经由另 一开关（例如图2c的开关240或图3c的开关340）电性连接至一参考电 压（例如一接地电压）。更具体地说，图2a的实施方式是对应该输出阻抗 电路用来形成多个输出阻抗的其中之一，亦即该输出阻抗电路与该输入阻 抗电路共享至少一阻抗组件（例如图2a的电阻R2至Rn-1），以透过该至 少一阻抗组件的一部分或全部形成该多个输入阻抗的其中之一或形成该 多个输出阻抗的其中之一；另一方面，图3a的实施方式则对应该输出阻 抗电路用来形成一固定输出阻抗（例如图3a的电阻Rf）。由于本技术领域 人员可由之前说明与附图来了解本段说明的细节与可能的实施变化，因此 在不影响揭露及可实施性要求的前提下，重复或冗余的说明在此予以省 略。

请参阅图4，除前述的增益控制电路100外，本发明相对应地揭露了 一种能够减轻漏电流影响的增益控制方法，该方法可通过本发明的增益控 制电路100或其等效电路来执行，并包含下列步骤：

步骤S410：一信号接收步骤，用来接收至少一输入信号；

步骤S420：一信号产生步骤，用来依据该至少一输入信号与一增益 值产生一输出信号；以及

步骤S430：一增益选择步骤，用来选择多个增益架构的其中之一以 决定该增益值，其中每个该增益架构形成于该至少一输入信号与该输出信 号之间，且包含一信号路径与一接地路径，当被选择的增益架构依据该输 入信号经由本身的信号路径输出该输出信号时，其余增益架构即分别经由 本身的接地路径将漏电流引导至一参考电压端（例如一接地端）。更详细 地说，步骤S430包含：从该多个增益架构中选择一目标增益架构（例如 图1的第一或第二增益架构142、144）；电性导通该目标增益架构的该信 号路径，并电性断开该目标增益架构的该接地路径；以及电性导通该目标 增益架构以外的每个该增益架构的该接地路径，并电性断开该目标增益架 构以外的每个该增益架构的该信号路径，由此将可能的漏电流经由这些接 地路径引导至该参考电压端，从而避免影响该目标增益架构。

由于本技术领域具有通常知识者可通过图1至图3c的装置发明的揭 露内容来了解图4的方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在 不影响该方法发明的揭露要求及可实施性的前提下，重复及冗余的说明将 予以省略。请注意，该方法发明的步骤在实施为可能的情形下并无执行顺 序的限制。

综上所述，本发明所揭露的增益控制电路与方法可在不大幅变动电路 架构的前提下有效地减轻漏电流的影响，除了便于应用于现有的增益电路 上，亦能避免大幅增加电路面积与成本，从而简单有效地改善漏电流所造 成的总谐波失真的问题。

虽然本发明的实施例如上所述，然而这些实施例并非用来限定本发 明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发 明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保 护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求的 限定为准。