[发明专利]一种具有可变增益放大器的测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量、测试技术领域，特别是涉及一种具有可变增益放大器的测量装置。

背景技术

在测量、测试技术领域中，可变增益放大器(也称增益调整单元)是测量装置不可缺少的组成部分。通过改变可变增益放大器的增益可以调节测量装置的量程，表征在测量装置的显示部分中，即为调节测量装置的幅度灵敏度。

以现有示波器为例，参考图1，示波器100包括有依次连接的输入端子101、输入变换电路102、可变增益放大器103、模数转换器104、控制处理单元105。输入端子101一般采用BNC连接头或SMA连接头实现，通过连接探头将外部的被测信号引入示波器100，并将该信号耦合给输入变换电路102；所述输入变换电路102实现阻抗匹配、信号衰减等功能，既可以为从输入端子101引入的被测信号提供稳定的负载阻抗(一般有50Ω，75Ω和1MΩ三种)，又可以为后续的电路提供稳定的信号源阻抗，还可以将输入端子101引入的被测信号衰减或者放大固定的比例；经过输入变换电路102处理后的信号输入给可变增益放大器103，可变增益放大器103将信号放大一定比例后传输给模数转换器104，模数转换器104对信号进行数字化采样，得到数字采样信号，并传输给控制处理单元105，控制处理单元105对数字采样信号进行处理，得到用户需求的测量结果。

所述控制处理单元105还连接有输入单元106和显示单元107，输入单元106一般包括有按键、接收远程命令的通信接口等。用户可以通过输入单元106向控制处理单元105设置参数，例如选择输入变换电路102的负载阻抗、衰减比例，选择可变增益放大器103的放大比例，设置模数转换器104的采样率，等等。控制处理单元105将数据采样信号进行计算处理，可以通过显示单元107以波形的方式呈现给用户。

可变增益放大器103的增益直接决定了示波器200的电压测量范围，示波器200的电压测量范围越大，需要可变增益放大器103的增益越小，对应的垂直灵敏度越低(在示波器中，幅度灵敏度一般称为垂直灵敏度)。选择合适的垂直灵敏度，可以在显示单元107中显示完整的被测信号的波形。

现有技术的可变增益放大器有多种实现方式。

美国公开专利文件US7078968B2公开了两种步进增益CMOS放大器。

参考图2，第一种步进增益CMOS放大器200包括一个场效应晶体管对M1-M2，一个连接在所述场效应晶体管对M1-M2的公共端(源极)的另一个场效应晶体管M11，四对连接在场效应晶体管对M1-M2的漏极的场效应晶体管对M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10，场效应晶体管对中的晶体管M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10的漏极分别通过开关K10、K11、K12、K13、K14、K15、K16、K17连接到一个电源，场效应晶体管对M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10的栅极也连接到该电源，场效应晶体管对M1-M2的栅极作为所述放大器200的两个输入端，场效应晶体管对M1-M2的漏极作为所述放大器200的两个输出端。

其中，所述场效应晶体管M11的栅极连接一个偏置电源，构成电流源，为所述放大器200提供工作电流。

所述场效应晶体管对M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10构成多个负载电阻对，作为放大器200的IV转换模块，将经过场效应晶体管对M1-M2的输出电流转换为输出电压从放大器的差分输出端OUTP、OUTN输出。通过控制某一个或某几个开关的闭合或断开，来改变IV转换模块中负载电阻对的大小，从而对所述放大器200的增益进行调节。

结合参考图3，第二种步进增益CMOS放大器300也包括有场效应晶体管对M1-M2、M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10，所不同的是场效应晶体管对M1-M2、M3-M4、M5-M6、M7-M8的的栅极共接在放大器300的两个输入端上，他们的漏极共接后连接在场效应晶体管对M9-M10的源极，他们的源极分别通过开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8连接到同一个场效应晶体管M11的漏极，场效应晶体管对M9-M10的栅极和漏极共接一个电源，场效应晶体管M11的栅极接一个偏置电压后构成为放大器300提供工作电流的电流源，场效应晶体管对M9-M10的源极作为所述放大器300的两个输出端。

场效应晶体管对M9-M10构成一个负载电阻对，作为所述放大器300的IV转换模块，将经过场效应晶体管对M1-M2、M3-M4、M5-M6、M7-M8的输出电流转换为输出电压从放大器300的输出端输出。