[發明專利]具有改良線性度以及低偏差的跨導放大器

無效

• 申請號: 00134856.6
• 申請日: 2000-12-06
• 公開（公告）號: CN1357968A
• 公開（公告）日: 2002-07-10
• 發明（設計）人: 優格·佛耶爾伯
• 申請（專利權）人: 晶致半導體股份有限公司
• 主分類號: H03F1/00
• 分類號: H03F1/00;H03F3/45
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 王志森

本發明關于一種集成電路，特別是關于具有改良線性度以及低偏差的一跨導(transcondance)放大器。

跨導放大器將一輸入電壓信號轉換成一輸出電流信號，其中輸出電流與輸入電壓成一比例。在某些應用中，跨導放大器需要有盡可能低的偏差(offseet)。傳統上，以降低跨導放大器的偏流(bias?current)以達到低偏差的要求。然而，降低偏流往往造成跨導放大器的線性度(linearity)變差。

圖1表示一傳統的集成電路MAX436，用以說明這個問題。在集成電路10中，一放大器的輸入電壓以輸入電壓源V_in+與V_in-表示。一輸出端OUT的輸出電壓(V_out)連接晶體管q₁₀及q₁₂的集電極。簡單地說，輸入端IN+與IN-之間的一電壓差，也就是Vi_n+-V_in-，通過配對的射極跟隨器(emitterfollowers)，也就是q₁到q₈，施加到一電阻r₁，在這個例子中r₁為4千歐姆，所以通過r₁的電流為(V_in+-V_in-)/r₁。通過r₁的這個電流通過二電流反射鏡，也就是電流反射鏡q₉與q₁₀以及電流反射鏡q₁₁與q₁₂，被轉換到輸出端OUT，變成一輸出電流I_out。

若介于IN+與IN-之間的電壓差為零，理想上晶體管q₁₀與q₁₂的靜態(quiescent)電流為相等，且相互抵銷使得輸出電流I_out為零。這樣的一個電路有二方面的好處。首先，在供電電壓范圍內可以自由選擇輸入信號與輸出信號的靜態電位。第二，因為僅使用局部的回饋(local?feedback)，故此種電路的帶寬(bandwidth)與穩定性較高。

然而，此一電路伴隨有二個缺點。第一，與使用回饋的電路相比較，其輸入線性度差，因為此電路沒有從輸出到輸入的回饋。第二，因為此類型放大器中的各元件的不完善性，不可避免地有一大的偏差。其他缺點進一步在下面描述。

此類型電路的線性度之所以受到限制，因為晶體管q₃、q₄、q₇以及q₈的固有的發射極電阻(inherent?emitter?resistence)的變動。在靜態下，電流源I₁到I₄，作為靜態電路，在本例中各為8微安，。在I₁＝I₂＝I₃＝I₄＝I的條件下，q₁到q₈的固有的發射極電阻各為Vt/I，其中Vt＝k^*T/q為熱電壓(thermalvoltage)，在室溫下約為26毫伏，k為波爾茲曼常數，T為絕對溫度，且q為電荷量。在本例子中，靜態狀態下每一固有的發射極電阻為：

26毫伏/8微安＝3.25千歐。

晶體管q₁、q₂、q₅及q₆的跨導為常數，因為通過這些晶體管的電流由其所連接的電流源固定。然而，流經晶體管q₃、q₄、q₇及q₈的電流決定于輸入信號。若是電路工作接近靜態點，則互阻(transresistance)Rt，也就是跨導(transconductance)的倒數值，將會是r₁+Vt/Ie，在本例中為：

4千歐+3.25千歐＝7.25千歐。