[發(fā)明專(zhuān)利]高阻抗電平移動(dòng)放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710110324.0
• 申請(qǐng)日: 2007-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101090256A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹姆斯·科普蘭·莫耶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 美國(guó)芯源系統(tǒng)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03F1/30
• 分類(lèi)號(hào): H03F1/30;H03F3/50
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及放大器電路，尤其是指高阻抗電平移動(dòng)的裝置、系統(tǒng)及其方法。?

背景技術(shù)

電平移動(dòng)放大器包括將輸入信號(hào)移動(dòng)預(yù)定電壓的一類(lèi)放大器。在一些場(chǎng)合中，需要處理的輸入信號(hào)電壓范圍大于電路的供電電壓(例如電壓軌)。如下所述，為實(shí)現(xiàn)電平移動(dòng)目的，存在著各種電路。?

現(xiàn)有技術(shù)的圖1說(shuō)明了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種示例性的電平移動(dòng)電路100。該電路100包括一個(gè)反相運(yùn)算放大器LM324，其同相輸入端耦合接地。在運(yùn)行中，電路100作為一個(gè)單一供電設(shè)備，由供應(yīng)電壓正軌供電，回路接地。由于電路100的輸入信號(hào)反相為輸出信號(hào)，輸入信號(hào)范圍可以從地降到負(fù)電壓。此外，輸出信號(hào)可以在地到由反饋電阻R1，R2的比率決定的某個(gè)(其他)正電壓之間擺動(dòng)。當(dāng)然，電路100的輸入阻抗等于輸入電阻R1的值。?

現(xiàn)有技術(shù)的圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)示例性的電平移動(dòng)放大器電路200。如圖所示，該電路200從電壓正軌使第一NPN雙極型晶體管Q1和Q2的發(fā)射極和基極搖擺(dangle)。由于所有連結(jié)隔離的節(jié)點(diǎn)(alljunction-isolated?nodes)在正軌附近偏置，輸入信號(hào)的范圍可以高到電壓正軌減去一部分電壓，低至負(fù)軌(地)以下，直到發(fā)生擊穿。根據(jù)電路200的設(shè)計(jì)，不是第一晶體管對(duì)Q1和Q2就是第二晶體管對(duì)Q3和Q4會(huì)首先擊穿。這種電路200通常在儀表放大器和高速數(shù)字線路接收器中使用。此外，被檢測(cè)的輸入信號(hào)通常必須為電路200的輸入級(jí)提供偏置電流。?

?現(xiàn)有技術(shù)的圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)示例性的電平移動(dòng)放大器電路300。該電路300通常應(yīng)用在可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器中。如圖所示，能帶隙基準(zhǔn)電壓Adj在襯底以下擺動(dòng)(dangle)，襯底連接電路300的輸出端Vout。一個(gè)用戶(hù)提供的電阻分壓器302分別連接輸出端Vout、基準(zhǔn)電壓的末端和地。調(diào)節(jié)之后的輸出Vout設(shè)置為分壓器302的電阻分配比率乘以能帶隙基準(zhǔn)電壓Adj的函數(shù)。通常，選擇阻抗相當(dāng)?shù)偷碾娮璺謮浩?02，從而電阻分壓器302的電流一般從能帶隙基準(zhǔn)電壓Adj末端抽走(swamp)10-20μA電流。?

現(xiàn)有技術(shù)的圖4A和4B為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另外一個(gè)示例性的電平移動(dòng)放大器電路400。該電路400從一個(gè)偏置電流發(fā)生器接收一個(gè)輸入電流信號(hào)i_refp?401。電流流經(jīng)一個(gè)N溝道的FET?NE3，該FET提供供電中斷功能。電流也流經(jīng)由P溝道FET?pe3、pe5、pe6、pe1、pm7和pm0構(gòu)成的常用的P溝道級(jí)聯(lián)電流鏡。可以注意到，F(xiàn)ET?pe5和pm0具有相同的W/L參數(shù)(也就是FET柵極的寬度/長(zhǎng)度尺寸)，但是，兩者的m數(shù)(也就是并聯(lián)的FET數(shù)量)為4∶1。因此，電流鏡輸出部分(pm0的源-漏極)的電流是輸入電流i_refp的四倍。?

參看圖4A和4B，電流鏡的輸出電流(主要由FETpm0和與之級(jí)聯(lián)的pm7控制)流經(jīng)阻性負(fù)載421-424。在運(yùn)行中，電流流經(jīng)由P溝道FET?pf2和與之相連的級(jí)聯(lián)器件pif2構(gòu)成的源極跟隨器。節(jié)點(diǎn)vout_p的電壓是輸入電壓vin_p(在節(jié)點(diǎn)470處)加上由于阻性負(fù)載421-424而產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓(offset)，和由于源極跟隨器FET451或者其他源極的臨界電壓而產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓。如圖所示，由于pif2是低閾值電壓型，因此源極跟隨器FET451兩端呈現(xiàn)穩(wěn)定的1.1V電壓，這樣FET451，452的柵極就可以連接在一起；因此大大增強(qiáng)的電平移動(dòng)器在其全部信號(hào)范圍內(nèi)的線性度。?

繼續(xù)參看圖4A和4B，可以看到，由于流經(jīng)阻性負(fù)載421-424的電流可能需要產(chǎn)生幾百mV的電勢(shì)差，電路400的帶寬可能變得有限。這種效應(yīng)可能是FET451與452的寄生電容和阻性負(fù)載421-424的時(shí)間常數(shù)效應(yīng)(time?constant?effect)。為了克服過(guò)度的帶寬限制，可以由FET對(duì)pe18和pe19組成一個(gè)高源極阻抗的電流源來(lái)改善電壓變化速率(slewrate)。這個(gè)電流源與接受供給的偏置電流ib的鏡像電路485成鏡像，其中鏡像電路485由插入到FET?pe18和級(jí)聯(lián)FET?pe19之中的FET?pe30、pe22、pe23、pe24組成。須注意將節(jié)點(diǎn)470的vin_p信號(hào)轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)的vout_p的移動(dòng)器動(dòng)作僅發(fā)生在一對(duì)差模信號(hào)的一半周期(通常是正半周)。一個(gè)完全復(fù)制的轉(zhuǎn)換橋臂電路490用于將負(fù)信號(hào)vin_n轉(zhuǎn)換為vout_n。vin_p和vin_n都移動(dòng)由電流i_refp決定的一個(gè)電壓，這反映了這兩個(gè)信號(hào)需要幾乎相等的補(bǔ)償量以避免在差模信號(hào)中引入誤差。?