[發明專利]差分放大器

在審

• 申請號: 201580068450.7
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN107112963A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 菲爾·柯比斯利
• 申請（專利權）人: 北歐半導體公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 宋融冰

技術領域

本發明涉及差分放大器，且明確地說，涉及在差分放大器上的共模電壓的控制。

背景技術

差分放大器放大兩個輸入信號之間的差且產生放大的差分信號作為輸出。然而，常規地，這些裝置在實踐中不理想，且傾向于將共模信號疊加至(例如)差分輸出上。共模信號為存在于兩個輸入端上的信號，其傾向于遮掩所關注的差分信號。共模信號常常由耦合到兩個輸入端的輻射而引起。共模信號也可歸因于相同標稱值的電阻器的電阻之間的差(歸因于與其相關聯的固有制造公差)或從呈具有有限(及溫度相關)電阻的長尾對配置的尾部晶體管而引起。另一共模信號源為電源電壓上的波動。設計差分放大器時的目標常常為盡可能多地減少這共模輸出信號的存在。

在常規差分放大器中，本身已知利用叫作共模反饋(CMFB)的技術，其中使用反饋回路調整到差分放大器的輸入以補償感測的共模電壓。此技術的實例在格雷、赫斯特、路易斯和邁爾的“模擬集成電路的分析和設計，第5版”(2009，Wiley&Sons)中給出。

然而，此類放大器常常難以穩定，從而需要跨輸出端連接的補償電容器和電阻器以測量共模輸出，并且因而，患有帶寬問題且在特定頻率下可產生不合需要的不穩定性。反饋回路還傾向于需要相當大的功率，并且因而，不良好地適合于低功率應用(例如，電池供電的便攜式裝置)。此類放大器還患有在放大器飽和后長啟動時間和長恢復周期的問題。

發明內容

本發明開始提供一種替代性方法。

從第一方面，本發明提供一種差分放大器，其包括：

長尾對晶體管配置，其包括晶體管與尾部晶體管的差分對；以及

副本電路，其被配置以變化所述副本電路中的反饋電流以使復本電壓匹配參考電壓，其中變化所述副本電路中的所述反饋電流將偏壓電壓提供到所述長尾對中的所述尾部晶體管，所述偏壓電壓控制通過所述尾部晶體管的尾電流以確定所述長尾對中的共模電壓。

因此所屬領域的技術人員將看出，根據本發明，副本電路模擬在給定時刻的長尾對的狀態，且提供前饋控制以將長尾對的共模電壓設定到特定值。這有利地允許副本電路補償局部參數變化，例如，溫度的波動，以及與裝置的制造相關聯的工藝變化。這還有利地去除與實施反饋電路相關聯的不穩定性問題，當設計此電路時，需要精力來減輕這不穩定性問題。

所屬領域的技術人員將了解，尾部晶體管表現為電流源，且通常安置于晶體管與電力供應器軌的差分對之間或通常接地。然而，這并非必要且設想到其它拓撲，例如，級聯晶體管配置可位于差分對與尾部晶體管之間，通過當與單個尾部晶體管配置相比時增大電流源的輸出電阻，這將導致增加的性能。

所屬領域的技術人員還將了解，副本電路優選地包括按類似于(但未必相同于)其被設計成復制的電路中的方式的方式而布置的組件。

情況常常是，功率考慮為現代電路設計中的優先。使用反饋控制存在于差分放大器的輸出端上的共模電壓的常規差分放大器消耗比需要用于例如電池供電的裝置的低功率應用少的功率。根據本發明提供的前饋控制的使用有利地減少差分放大器需要的功率，同時給予共模電壓的充分控制。

存在許多配置差分放大器的方式。在一個實例中，提供單端輸出，其中輸出為兩個輸入信號之間的差異的放大型式并且是相對于預定值(常常是接地)；這在此項技術中被稱為單端放大器。然而，常常需要配置差分放大器使得輸出為兩個輸入信號之間的差異的放大型式，但輸出圍繞并非預定的值浮動；這在此項技術中被稱為完全差分放大器。完全差分放大器常常有用，因為其準許放大器的雙端輸出接著用作到后續差分對的雙端輸入。換句話說，其有助于級聯。完全差分放大器還提供單端放大器的兩倍增益，而不需要例如電流反射鏡的額外電路系統，在后者的情況下，將需要額外電路系統來提供類似增益。在一些實施例集合中，差分放大器被配置為完全差分放大器。

如上所陳述，可能需要特定放大器電路包含多于一個差分對級。根據本發明，將前饋控制應用于多于一個差分對是有可能的，從而去除對于每一差分對具備其自身的反饋控制以維持特定共模輸出的需求。將相同前饋控制用于多個差分對有利地準許實施具有比在常規差分放大器設計的情況下將具有少的組件和低的功率要求的多級放大器。在一些實施例集合中，副本電路控制差分對和至少一個額外差分對中的共模電壓。差分對方便地類似(例如，所有都包括長尾對)或相同，但可不同。