專利名稱：與溫度無關(guān)的放大器偏移修整電路的制作方法
與溫度無關(guān)的放大器偏移修整電路發(fā)明領(lǐng)域0001本發(fā)明涉及運算放大器電路，并且更具體地涉及用于降低這類電路中輸入電壓之間偏移的方法和電路。
技術(shù)背景0002運算放大器，或者"運放"，被廣泛地用于放大兩個輸入電壓 之差的電子電路中。理想地，對于兩個輸入兩端的電壓之間的零差值， 運放的輸出也是零。然而，實際的運放對于零輸入一般產(chǎn)生一些非零輸 出電壓。使放大器提供零輸出電壓的輸入兩端施加的電壓被稱作"輸入 偏移電壓"。0003在運放中，對于零輸入產(chǎn)生非零輸出的不平衡是由輸入電路中 的偏差引起的，例如由于為運放所共用的兩個差動輸入晶體管之間的不 匹配。這些偏差可能系統(tǒng)地或者隨機地出現(xiàn)。0004系統(tǒng)偏差一般可以通過認(rèn)真設(shè)計而被基本消除。隨機的不匹配 也可以通過認(rèn)真設(shè)計而被降低，但是由于集成電路制造工藝中出現(xiàn)的偏 差，總是存在于實際集成電路中。為了校正隨機的不匹配的影響，通常 使用修整電路。這種電路可以降低隨機為匹配的影響，但是也可能把與 溫度有關(guān)(temperature-dependent)的因素引入所需的輸入偏移電壓中。0005圖1是顯示具有修整類型偏移校正電路的典型的現(xiàn)有技術(shù)運放 的電路圖。在該電路中，放大器電路11具有P型場效應(yīng)晶體管("PFET") 輸入器件MPampl禾H MPamp2，它們的柵極分別構(gòu)成放大器的負(fù)輸入 AMINUS和正輸入APLUS。偏移校正由校正電路12提供。N型場效應(yīng) 晶體管("NFET" ) MN5被偏置電壓nbias偏置，以提供通過一系列電 流反射鏡MP4: MP5-8的依比例縮放的恒定電流。開關(guān)MNswl-4允許選 擇所需的依比例縮放的電流水平。這些電流引腳是典型的二進(jìn)制加權(quán)的， 允許有24個可利用的修整設(shè)置。產(chǎn)生的依比例縮放的電流通過電流反射 鏡MN4: MN6再次被依比例縮放，并且依照選擇信號b4的符號被指向
放大器的正側(cè)或者負(fù)側(cè)。 一般而言，這種修整電流在器件MPampl和 MPamp2之間產(chǎn)生不匹配電流，不匹配電流在輸入APLUS禾n AMINUS 之間強加不匹配電壓，目的是準(zhǔn)確地抵消器件MPampl和MPamp2之間存在的隨機不匹配。0006用于器件MN5的偏置電壓nbias—般通過使用具有固定的電流 源的電流反射鏡產(chǎn)生，比如圖2顯示的電路，在該電路中恒定電流源Itrim 設(shè)置通過NFET器件MN3的偏置電壓。實際上，來自電流源Itrim的恒 定電流被反射通過NFET器件MN5 (圖1)。這帶來的問題是比如圖1 和2中由固定電流產(chǎn)生的輸入偏移電壓隨溫度不是恒定的。在較高的溫 度時通過器件MPampl和MPamp2的相同的電流不匹配產(chǎn)生的電壓偏移 比在較低的溫度時產(chǎn)生的電壓偏移大。因此，由固定的電流源Itrim產(chǎn)生 的偏移修整具有溫度系數(shù)。0007校正這種溫度系數(shù)的修整電路的一個例子在2002年5月28日 出版的Jacobs的美國專利第6,396,339號中公開。在該專利中公開的發(fā)明 補償了制造工藝和溫度漂移的不匹配，而不需要現(xiàn)有技術(shù)的方法中一般 使用的另外的溫度補償電路。它是通過在運放的兩側(cè)均衡泄漏電流實現(xiàn)0008然而，雖然在Jacobs的專利中公開的發(fā)明代表技術(shù)領(lǐng)域中的顯 著進(jìn)步，但是它沒有徹底地解決放大器偏移修整隨溫度漂移的問題。發(fā)明內(nèi)容0009本發(fā)明提供了具有溫度補償偏移校正的運算放大器。放大器包 括運算放大器電路，運算放大器電路的第一輸入場效應(yīng)晶體管(FET)的 柵極被連接以接收第一輸入信號，第二輸入FET的柵極被連接以接收第 二輸入信號，第一輸入FET和第二輸入FET被連接到一起以接收第一偏 置電流，并且也被連接到第一電流反射鏡的各側(cè)。校正放大器電路也被 提供，其有具有柵極的第一校正FET和有柵極的第二校正FET，第一校 正FET和第二校正FET被連接到一起以接收第二偏置電流，并且也被連 接到第二電流反射鏡的各側(cè)。電阻器被設(shè)置成在其兩端提供固定的電壓， 電阻器的一個接線端被連接到第一校正FET的柵極，電阻器的另一個接 線端被連接到第二校正FET的柵極。第一偏置FET被連接以傳導(dǎo)來自第 二校正FET的"額外的"電流，所述"額外的"電流是被來自流過第二 電流反射鏡的電流反射作用截斷的。第二偏置FET與第一偏置FET以電 流反射鏡配置連接以形成第三電流反射鏡，并且被配置成反射和依比例 縮放通過第一偏置FET到選擇的第一輸入FET和第二輸入FET中的一個 的電流。0010從本發(fā)明下面的細(xì)節(jié)描述，與附圖聯(lián)系在一起，本發(fā)明的這些 和其他的方面和特征對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。


0011圖1 (現(xiàn)有技術(shù))是表示具有修整類型偏移校正電路的現(xiàn)有技術(shù) 運放的電路圖。0012圖2 (現(xiàn)有技術(shù))是用于圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的偏置電壓產(chǎn)生電路 的電路圖。0013圖3是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，具有修整類型偏移校正電路 的運放的電路圖。
具體實施方式
0014下面詳細(xì)地討論不同實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該意識到 本發(fā)明提供許多可用的發(fā)明概念，這些概念可以體現(xiàn)在許多種特定的環(huán) 境中。討論的特定實施例只是說明制造和使用本發(fā)明的特定方法，并不 限制本發(fā)明的范圍。0015
一般而言，本發(fā)明產(chǎn)生修整電流，其隨溫度自動地調(diào)節(jié)幅值以 提供恒定的輸入電壓偏移。因此，它可以和下述方法一起使用該方法 通過補償影響隨溫度變化的總的輸入電壓偏移漂移的其他與溫度有關(guān)的 因素來解決隨溫度的偏移漂移。比如Jacobs專利中的方法，其設(shè)法降低 泄漏電流對放大器偏移的影響?；蛘?，它可以被單獨使用以提供隨溫度 變化的輸入電壓偏移問題的實質(zhì)性方案。0016圖3是顯示本發(fā)明的優(yōu)選實施例30的電路圖，其本質(zhì)上是校正 放大器。電路30中，與溫度無關(guān)(temperature-independent)的參考電壓
被用于產(chǎn)生偏置電流，偏置電流被用作產(chǎn)生偏置電壓nbiasjemp的基礎(chǔ)， 偏置電壓nbias—temp又被用于產(chǎn)生偏移電流。因此，偏置電流基于溫度 和固定的參考電壓自動地調(diào)節(jié)，并且也隨溫度自動地調(diào)節(jié)偏移電流以穩(wěn) 定輸入偏移電壓。偏置電壓nbias—temp可以用于偏置電路，比如圖1的 電路，其中偏置電壓nbias—temp代替偏置電壓nbias使用。0017在電路30中，電阻器R1、 R2和R3被串聯(lián)連接在電源電壓Vdd 和地之間以形成分壓器。電阻器Rl和R2的連接節(jié)點被連接到PFET器 件MP1的柵極，同時電阻器R2和R3的連接節(jié)點被連接到PFET器件 MP2的柵極。器件MP1和MP2的源極被連接在一起并被連接到PFET 器件MP3的漏極，MP3的源極被連接到Vdd并且MP3的柵極被連接以 接收偏置電壓Pbias， Pbias優(yōu)選地與施加到圖1的放大器11中相應(yīng)的器 件MPamp3的偏置電壓Pbias相同，假定校正放大器30與放大器11比較， 有完全相同的參數(shù)。要注意電路不需要是完全相同的，但可以，例如在 偏置電流和器件比率上可以相對于另一個依比例縮放?；蛘?，對兩個放 大器而言Pbias電壓可以是相同的，并且用相應(yīng)的電流源器件MP3和 MPamp3完成縮放。0018器件MP1的漏極被連接到NFET器件MN1的漏極和柵極，同 時器件MP2的漏極被連接到NFET器件MN2的漏極和柵極，器件MP1 的漏極被連接到NFET器件MN1和MN2的漏極和柵極，并且MN1和 MN2的源極連接到地，柵極以電流反射鏡配置連接在一起。器件MP2 和MN2的連接節(jié)點被連接到NFET器件MN3的漏極和柵極，MN3的源 極被連接到地。器件MN3的柵極提供偏置電壓nbias—temp。0019工作中，固定的電壓出現(xiàn)在用于在器件MP1和MP2之間強加 電壓偏移的電阻器R2的兩端，器件MP1和MP2包括校正放大器的輸入 器件。電阻器Rl、 R2和R3的大小Rl、 R2和R3是基于圖1的放大器 11的輸入器件MPampl和MPamp2兩端期望的偏移和Vdd的幅值分別選 擇的。如下面描述的，示例性的Vdd為5V時， 一般的值是Rl-40kQ, R2 = 4 kQ禾口 R3 = 56 kQ。這些值導(dǎo)致校正放大器30的輸入器件MP1和 MP2兩端200mV的電壓差，該電壓差是希望放大器11的器件MPampl 和MPamp2偏移的所選擇倍數(shù)。0020校正放大器工作以模擬要被修整的放大器的輸入級，例如圖1 的放大器ll。因此，器件MP1和MP2的柵極之間的電壓差在它們之間 強加電流偏移。然而，器件MN1: MN2具有相同的電流，因為它們被配 置為電流反射鏡。流過器件MP2的額外的電流流過器件MN3并且通過 這個額外的電流產(chǎn)生的偏置電壓nbias一temp被反射到修整電路的輸入偏 置晶體管，例如圖1的器件MN5。因為這個偏置電壓是從固定的電壓偏 移產(chǎn)生的，所以它自動地調(diào)節(jié)溫度變化，從而在正被修整的放大器中產(chǎn) 生相同的偏移，即，溫度補償?shù)摹?b>0021在特定環(huán)境應(yīng)用本發(fā)明的原理的電路設(shè)計者應(yīng)該注意偏移修整 是毫伏數(shù)量級，例如2mV。嘗試在電阻器兩端產(chǎn)生建立誘導(dǎo)偏移的電壓 的固定偏移，例如，圖3中的電阻器R2，在這個范圍將引起由器件MP1 和MP2之間的任何不匹配產(chǎn)生的偏置電流中的誤差。為了避免這個問題， 強加的偏移應(yīng)該在期望校正的較大倍數(shù)的幅值產(chǎn)生，例如100倍縮放比 例，如上面討論的實施例中。之后校正電流通過比例式電流反射鏡比率 MN5:MN3， MP4:MP5-8禾B MN4:MN6按比例減小。0022盡管本發(fā)明及其優(yōu)勢已經(jīng)被詳細(xì)地描述，應(yīng)該理解在這里可以 做出不同的改變、代替和變化，而不偏離所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍。例 如，當(dāng)然，圖3中電壓的極性和電路的元件是可以顛倒的。另外，如上 面提到的，對于設(shè)計者而言縮放比例考慮因素是必然要選擇的。進(jìn)一步 地，可以構(gòu)思利用固定的電壓建立反射到運算放大器一側(cè)的兩個器件之 間偏移的其他的電路配置。
權(quán)利要求
1.一種具有溫度補償偏移校正的運算放大器，其包括運算放大器電路，包括柵極被連接以接收第一輸入信號的第一輸入場效應(yīng)晶體管FET和柵極被連接以接收第二輸入信號的第二輸入FET，所述第一輸入FET和所述第二輸入FET在它們的源極和漏極中的一個的第一連接處被連接到一起，并在所述連接處接收第一偏置電流，并且通過它們的源極和漏極中的另一個被連接到第一電流反射鏡的各側(cè)；校正放大器電路，其包括有柵極的第一校正FET和有柵極的第二校正FET，所述第一校正FET和所述第二校正FET在它們的源極和漏極中的一個的第二連接處被連接到一起，并在所述連接處接收第二偏置電流，并且通過它們的源極和漏極中的另一個被連接到第二電流反射鏡的各側(cè)；電阻器，其被設(shè)置以在其兩端提供固定的電壓，所述電阻器的一個接線端被連接到所述第一校正FET的所述柵極，并且所述電阻器的另一個接線端被連接到所述第二校正FET的所述柵極；第一偏置FET，其被連接以傳導(dǎo)來自所述第二校正FET、不流過所述第二電流反射鏡的電流；第二偏置FET，其與所述第一偏置FET以電流反射鏡配置連接以形成第三電流反射鏡，并且所述第二偏置FET被配置以反射和依比例縮放通過所述第一偏置FET流到所述第一輸入FET和所述第二輸入FET中已選擇的一個FET的電流。
1. 一種具有溫度補償偏移校正的運算放大器，其包括-運算放大器電路，包括柵極被連接以接收第一輸入信號的第一輸入場效應(yīng)晶體管FET和柵極被連接以接收第二輸入信號的第二輸入FET， 所述第一輸入FET和所述第二輸入FET在它們的源極和漏極中的一個的 第一連接處被連接到一起，并在所述連接處接收第一偏置電流，并且通 過它們的源極和漏極中的另一個被連接到第一電流反射鏡的各側(cè)；校正放大器電路，其包括有柵極的第一校正FET和有柵極的第二校 正FET，所述第一校正FET和所述第二校正FET在它們的源極和漏極中 的一個的第二連接處被連接到一起，并在所述連接處接收第二偏置電流， 并且通過它們的源極和漏極中的另一個被連接到第二電流反射鏡的各 側(cè)；電阻器，其被設(shè)置以在其兩端提供固定的電壓，所述電阻器的一個 接線端被連接到所述第一校正FET的所述柵極，并且所述電阻器的另一 個接線端被連接到所述第二校正FET的所述柵極；第一偏置FET，其被連接以傳導(dǎo)來自所述第二校正FET、不流過所述第二電流反射鏡的電流；第二偏置FET，其與所述第一偏置FET以電流反射鏡配置連接以形 成第三電流反射鏡，并且所述第二偏置FET被配置以反射和依比例縮放 通過所述第一偏置FET流到所述第一輸入FET和所述第二輸入FET中已 選擇的一個FET的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運算放大器，其中所述電阻器是被配置為 分壓器的串聯(lián)連接的多個電阻器中的一個電阻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的運算放大器，進(jìn)一步包括修整電路， 其被連接在所述第二偏置FET和所述第一輸入FET與所述第二輸入FET 之間，并被配置在選擇信號的控制下，可編程地依比例縮放通過所述第 二偏置FET的電流，并依照所述選擇信號可選擇地反射所述被縮放的電 流到所述第一輸入FET或所述第二輸入FET。
4. 一種具有溫度補償偏移校正的運算放大器，其包括 運算放大器電路，其包括柵極被連接以接收第一輸入信號的第一輸入場效應(yīng)晶體管FET和柵極被連接以接收第二輸入信號的第二輸入 FET，所述第一輸入FET和所述第二輸入FET在它們的源極和漏極中的 一個的第一連接處被連接到一起，并在所述連接處接收第一偏置電流， 并且通過它們的源極和漏極中的另一個被連接到第一電流反射鏡的各 側(cè)，所述第一電流反射鏡的兩側(cè)都連接到地；校正放大器電路，其包括有柵極的第一校正FET和有柵極的第二校 正FET，所述第一校正FET和所述第二校正FET在它們的源極和漏極中 的一個在第二連接處被連接到一起，并在所述連接處接收第二偏置電流， 并且通過它們的源極和漏極中的另一個被連接到第二電流反射鏡的各 側(cè)，所述第二電流反射鏡的兩側(cè)都連接到地；電阻器，其被設(shè)置以在其兩端提供固定的電壓，所述電阻器的一個 接線端被連接到所述第一校正FET的所述柵極，并且所述電阻器的另一 個接線端被連接到所述第二校正FET的所述柵極；第一偏置FET，其漏極和柵極被連接到所述第二校正FET和所述第 二電流反射鏡的公共節(jié)點，并且源極被連接到地；修整電路，其具有第二偏置FET，所述第二偏置FET與所述第一偏 置FET以電流反射鏡配置連接以形成第三電流反射鏡，所述修整電路并 被配置以反射和依比例縮放通過所述第一偏置FET到已選擇所述第一輸 入FET和所述第二輸入FET中的一個的電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的運算放大器，其中所述電阻器是被配置為 分壓器的串聯(lián)連接的多個電阻中的一個電阻器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的運算放大器，進(jìn)一步包括修整電路， 其被連接在所述第二偏置FET和所述第一輸入FET與所述第二輸入FET 之間，并被配置成在選擇信號的控制下，可編程地依比例縮放通過所述 第二偏置FET的電流，并依照所述選擇信號可選擇地反射所述依比例縮放的電流到所述第一輸入FET或所述第二輸入FET。
全文摘要
一種具有溫度補償偏移校正的運算放大器。第一場效應(yīng)晶體管(FET)和第二場效應(yīng)晶體管的柵極被連接以接收輸入信號，并且第一FET和第二FET被連接在一起以接收第一偏置電流，并連接到第一電流反射鏡的各側(cè)。校正放大器具有第一和第二校正場效應(yīng)晶體管(MP1，MP2)，它們連接在一起以接收第二偏置電流，并連接到第二電流反射鏡(MN1，MN2)的各側(cè)。電阻器(R2)被設(shè)置為在其兩端提供固定的電壓，電阻的一個接線端連接到第一校正FET1的柵極，并且另一個接線端連接到第二校正FET的柵極。也提供偏置電路以傳導(dǎo)來自第二校正FET的“額外的”電流并形成第三電流反射鏡，所述“額外的”電流是被流過第二電流反射鏡的電流反射作用截斷的。
文檔編號H03F3/45GK101213740SQ200680023530
公開日2008年7月2日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者A·H·阿特拉什, S·卡拉穆圖 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司