專利名稱：高阻抗電平移動放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器電路，尤其是指電平移動放大器電路。
背景技術(shù)：
電平移動放大器包括將輸入信號移動預(yù)定電壓的一類放大器。在一些場合中，需要處理的輸入信號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)電平移動目的，存在著各種電路。
現(xiàn)有技術(shù)的圖1說明了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種示例性的電平移動電路100。該電路100包括一個反相(inverting)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的輸入信號反相為輸出信號，輸入信號范圍可以從地降到負(fù)電壓。此外，輸出信號可以在地到由反饋電阻R1，R2的比率決定的某個(其他)正電壓之間擺動。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)的另一個示例性的電平移動放大器電路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Q1和Q2就是第二晶體管對Q3和Q4會首先擊穿。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，被檢測的輸入信號通常必須為電路200的輸入級提供偏置電流。
現(xiàn)有技術(shù)的圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個示例性的電平移動放大器電路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(dangle)，襯底連接電路300的輸出端Vout。一個用戶提供的電阻分壓器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Adi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)的另外一個示例性的電平移動放大器電路400。該電路400從一個偏置電流發(fā)生器接收一個輸入電流信號i_refp 401。電流流經(jīng)一個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溝道級聯(lián)電流鏡?？梢宰⒁獾?，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/長度尺寸等)，但是，兩者的m數(shù)(也就是并聯(lián)的FET數(shù)量等)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。
還是參考圖4A和4B，電流鏡的輸出電流(主要由FETpm0和與之級聯(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和與之相連的級聯(lián)器件pif2構(gòu)成的源極跟隨器。節(jié)點(diǎn)vout_p460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)的電平移動器在其全部信號范圍內(nèi)的線性度。
繼續(xù)參考圖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的電勢差，電路400的帶寬可能變得有限。這種效應(yīng)可能由于FET451，452的電容和阻性負(fù)載421-424的時間常數(shù)效應(yīng)(time constant effect)的相互作用。為了克服過度的帶寬限制，可以由FET對pe18和pe19組成一個高源極阻抗的電流源來改善電壓變化速率(slew rate)。這個電流源與由插入到FET pe18和級聯(lián)FET pe19之中的FET pe30，pe22，pe23，pe24組成的，接受供給的偏置電流ib的鏡電路485成鏡像。須注意將節(jié)點(diǎn)470的vin_p信號轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)460的vout_p的移動器動作僅發(fā)生在一對差模信號的一半周期(通常是正半周)。一個完全復(fù)制的轉(zhuǎn)換橋臂電路490用于將負(fù)信號vin_n轉(zhuǎn)換為vout_n。vin_p和vin_n都移動由電流i_refp決定的一個電壓，這反映了這兩個信號需要幾乎相等的補(bǔ)償量以避免在差模信號中引入誤差。
在運(yùn)行中，電路400表現(xiàn)出較差的線性度，信號比電壓軌大VTO。更多關(guān)于電路400的信息可以參考專利號為6717451的美國專利。
遺憾的是，對信號大于電壓軌的信號進(jìn)行電平移動的現(xiàn)有技術(shù)的放大器表現(xiàn)出低的輸入阻抗，或者其他可能存在的不理想的特性。例如，一些現(xiàn)有技術(shù)的放大器要求電源提供很大的偏置電流對放大器的輸入級供電，等等。因此需要解決這些/或其他與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
一種電平移動放大器，用于對電壓幅值大于放大器的供電電壓的輸入信號進(jìn)行電平移動。在運(yùn)行中，放大器的輸入阻抗大于100M歐姆。


現(xiàn)有技術(shù)的圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性的電平移動放大器電路。
現(xiàn)有技術(shù)的圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一示例性電平移動放大器電路。
現(xiàn)有技術(shù)的圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一示例性電平移動放大器電路。
現(xiàn)有技術(shù)的圖4A-4B為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一示例性電平移動放大器電路。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電平移動放大器電路。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，示意性地表現(xiàn)了電平移動放大器電路。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，采用JFET的電平移動放大器電路。
圖8A為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，采用MOSFET的電平移動放大器電路。
圖8B為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，另一個采用MOSFET的電平移動放大器電路。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，又一個采用MOSFET的電平移動放大器電路。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，一種可以實(shí)現(xiàn)各種電平移動電路的電路。
具體實(shí)施例方式
圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電平移動放大器電路500。如圖所示，電路500包括一個第一供應(yīng)電壓軌502和一個第二供應(yīng)電壓軌504。在各種實(shí)施例中，第一供應(yīng)電壓軌502可以提供第一預(yù)定電壓(例如正電壓等)，而第二供應(yīng)電壓軌504可以提供第二預(yù)定電壓(例如負(fù)電壓，地等)。
在工作中，電路500能夠接收輸入信號506，該輸入信號的電壓幅值大于與第一供應(yīng)電壓軌502或第二供應(yīng)電壓軌504有關(guān)的供電電壓。例如，圖5所示的實(shí)施例示出了輸入信號506幅值超出了提供負(fù)電壓的第二供應(yīng)電壓軌504的電壓幅值范圍。當(dāng)然，雖然圖中沒有顯示，可以大于第一供應(yīng)電壓軌502的供電電壓幅值范圍。
假定該輸入信號506，電路500將輸入信號506進(jìn)行電平移動，產(chǎn)生輸出信號508。這種輸出信號508表現(xiàn)出的電壓與輸入信號506相比移動了一個預(yù)定的補(bǔ)償電壓510?？梢宰⒁獾降氖?，可以以任意合理的方式理解該電路500能夠?qū)崿F(xiàn)本文中所提及的功能。一些被采用或者沒有被采用的示例性的設(shè)計(jì)將在下文中參考后面的附圖更詳細(xì)地進(jìn)行說明。
在運(yùn)行中，電路500具有高的輸入阻抗512。在本說明書的內(nèi)容中，高輸入阻抗指的是輸入阻抗大于100M歐姆。當(dāng)然，在其他的實(shí)施例中，高輸入阻抗可以是在至少1G歐姆、10G歐姆，100G歐姆等量級上。
為了滿足用戶的需求，對于其中前述準(zhǔn)則被實(shí)現(xiàn)或者未被實(shí)現(xiàn)的各種可選的結(jié)構(gòu)和特征，這里將闡明更多的示例性的信息。例如，作為一種選擇，放大器電路500不必然需要輸入信號506的電源為電路500的任意輸入級提供大的偏置電流(例如，室溫或者室溫以下少于1飛安培，等)。很明顯，闡明這個和下面的信息是出于舉例目的，不能將其以任何方式解釋為對發(fā)明的限制。在排除或者不排除其他描述的特征的情況下，下列特征中任意一個可以選擇性地包含在內(nèi)。
圖6為根據(jù)另一個實(shí)施例，示例性呈現(xiàn)的電平移動放大器電路600。如圖所示，電路600可以采用一個N溝道MOSFET MN1。在一個示例性的結(jié)構(gòu)中，MOSFET MN1可以通過使用隔離的P阱的CMOS工藝來制造。這個MOSFET MN1可以包括一個漏極耦合到提供預(yù)定電壓(例如+5V等)的第一供應(yīng)電壓軌，和一個背柵極(例如體二極管，P阱等)作為能接收輸入信號的輸入端Vin。耦合在MOSFET MN1的頂柵極和源極之間的是電壓源V1，用于提供柵極-源極偏置。同樣，電流源I1耦合在MOSFET MN1的源極和地之間。
運(yùn)行中，從MOSFET MN1的源極得到輸出信號，電路600起到電壓跟隨器的作用。如圖5中實(shí)施例的說明所體現(xiàn)的原理，輸入信號范圍可以從低于第二供應(yīng)電壓軌(例如地)若干電壓，上升到第一供應(yīng)電壓軌范圍內(nèi)的若干電壓。另外，上述的頂柵極-源級偏置驅(qū)動輸入和輸出信號之間的補(bǔ)償。
另外，與電路600有關(guān)的輸入偏置電流等于N溝道MOSFET MN1的P阱體的漏電流，輸入阻抗高，尤其在低頻時。通過使用頂柵極和背柵極，提供了另一個自由度允許在制造誤差(production spread)內(nèi)更精確地設(shè)定偏置電流。同時也潛在地消除了溝道的背柵極調(diào)制。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，采用JFET的電平移動放大器電路。包括一個作為電壓跟隨器的第一N溝道JET J1。如圖所示，第一N溝道JFET J1包括一個漏極耦合到提供預(yù)定電壓(例如+5V等)的第一供應(yīng)電壓軌，一個頂柵極作為電路700的輸入端，一個背柵極耦合接地，一個源極作為電路700的輸出端。
JFET J1源極處的偏置電流由一對配對的NPN雙極晶體管對產(chǎn)生，該晶體管對包括一個第一雙極晶體管Q1和一個第二雙級晶體管Q2。雙極晶體管Q1，Q2共用一個公共基極和一個接地的發(fā)射極節(jié)點(diǎn)，因此，兩者集電極電流相等。同時，第二雙極晶體管Q2的集電極電流由一個伺服放大器A1驅(qū)動，以設(shè)置第二匹配N溝道JFET J2的源極為基準(zhǔn)電壓Vref(例如+2V等)。如圖所示，這個第二JFET J2包括一個漏極耦合到第一供應(yīng)電壓軌，一個頂柵極和背柵極雙雙耦合接地。
由于第二JFET J2設(shè)計(jì)成與第一JFET J1匹配，JFET J1和J2的柵極-源極電壓相等。因此，第一JFET J1源極的電壓恰好為Vref，高于第一JFET J1的柵極電壓(即輸入端)。對于第一JFET J1的柵極的輸入信號在低于地約Vref到低于第一供應(yīng)電壓軌約Vref范圍上，保持該關(guān)系。
在運(yùn)行中，可以無失真地處理的最大負(fù)值輸入信號受第一雙極晶體管Q1的集電極飽和的限制。另外，可以無失真地處理的最大正值輸入信號受第一JFET J1的夾斷電壓的限制(也就是當(dāng)?shù)谝籎FET J1偏離飽和區(qū)的時候，等)。
圖8A為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，采用MOSFET的電平移動放大器電路800。如圖所示，電路800包括一個信號放大器電路801，該電路包括一個第一N溝道MOSFET MN1和一個第二N溝道MOSFETMN2。出于那些如下所述的原因，流經(jīng)第一N溝道MOSFET MN1的電流比流經(jīng)第二N溝道MOSFET MN2的電流按比例增大(例如2倍)。當(dāng)然，這種增大可以通過設(shè)置每個晶體管的合適的尺寸來控制(例如將晶體管制作成不同的尺寸大小，使得一個大于另一個，等)。
如圖所示，第一N溝道MOSFET MN1包括一個漏極耦合到提供預(yù)定電壓(例如+5V)的第一供應(yīng)電壓軌，一個背柵極作為輸入端Vin能夠接收輸入信號，一個頂柵極同時耦合第二N溝道MOSFET MN2的頂柵極和漏極。這個第二N溝道MOSFET MN2還包括一個背柵極同時耦合到MOSFET MN1和MN2的源極，作為一個輸出端Vout。出于那些如下所述的原因，第二N溝道MOSFET MN2的頂柵極-源極電壓構(gòu)成V1，信號放大器電路801作為一個電壓跟隨器運(yùn)行。
另外還包括一個P溝道電流鏡802，該電流鏡包括一個第一P溝道MOSFET MP1，其源極耦合到第一供應(yīng)電壓軌，漏極耦合到第二N溝道MOSFET MN2的漏極，柵極耦合到第二和第三P溝道MOSFET MP11和MP12的柵極，后兩者的源極分別耦合到第一供應(yīng)電壓軌。雖然圖中未顯示，P溝道電流鏡晶體管的背柵極可以耦合到供應(yīng)電壓軌。在運(yùn)行中，第二N溝道MOSFET MN2的偏置電流由P溝道電流鏡802提供。
一個N溝道電流鏡804也包括一個第一N溝道MOSFET MN3，后者的漏極耦合到輸出端Vout，源極接地，柵極與第二和第三N溝道MOSFET MN13和MN23的柵極共同連接到一個節(jié)點(diǎn)，后兩者的源極都接地。雖然圖中沒有顯示，N溝道電流鏡晶體管的背柵極可以接地。
在運(yùn)行中，N溝道電流鏡804的輸入端是由P溝道電流鏡802的第三個P溝道MOSFET MP12的漏極提供的。為此，N溝道電流鏡804的輸出端提供電流I1。另外，通過合理運(yùn)用不同尺寸的N溝道電流鏡晶體管，P溝道電流鏡802的電流在N溝道電流鏡804的輸出端反射成2倍。
另外還有匹配的放大器電路806，包括一個第一N溝道MOSFETMN11和一個第二N溝道MOSFET MN12。第一N溝道MOSFET MN11包括一個漏極耦合到第一供應(yīng)電壓軌，一個背柵極接地，一個源極耦合到N溝道電流鏡804中第二N溝道MOSFET MN13的漏極，一個頂柵極耦合到匹配放大器電路806中第二N溝道MOSFET MN12的頂柵極。第二N溝道MOSFET MN12包括一個漏極耦合到P溝道電流鏡802中的P溝道MOSFET MP1，MP2和MP3的柵極，一個背柵極和源極各自耦合到匹配放大器電路806的第一N溝道MOSFET MN11的源極。
在該實(shí)施例中，匹配放大器電路806的N溝道MOSFET MN11和MN12分別與信號放大器電路801的N溝道MOSFET MN1和MN2匹配。因此，根據(jù)上述原因，N溝道MOSFET MN1和MN11的電流強(qiáng)度大于MOSFET MN2和MN12。
在運(yùn)行過程中，匹配放大器電路806中的偏置電流由N溝道電流鏡804提供。另外，由于N溝道電流鏡804中適當(dāng)電流的倍增，匹配放大器電路806中N溝道MOSFET MN11和MN12都被有效偏置。同時，P溝道電流鏡802的輸入端由匹配放大器電路806的第二N溝道MOSFEET MN12的漏極提供。
繼續(xù)參考圖8A，提供一個伺服放大器A1，在如圖所示的方式中呈伺服環(huán)路結(jié)構(gòu)。具體地，放大器A1的輸出端耦合到匹配放大器電路806中N溝道MOSFET MN11和MN12的柵極。伺服放大器A1的反相輸入端還以如圖所示的方式耦合到N溝道MOSFET MN11和MN12的源極。另外，在伺服放大器A1的同相輸入端設(shè)立補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓(例如+2V等)。
在運(yùn)行中，電流I1和電壓V1由一個包括伺服放大器A1的伺服環(huán)路同時設(shè)定。伺服環(huán)路用于驅(qū)動匹配放大器電路806的N溝道MOSFETMN11和MN12的柵極，電壓為正，直到匹配放大器電路806的源極電壓等于補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓(例如+2V)。由此設(shè)定匹配放大器電路806中第二N溝道MOSFET MN12的電流。這種電流由P溝道電流鏡802反射。
如上所述，P溝道電流鏡802中的這種電流在N溝道電流鏡804的輸出端反射成2倍。該運(yùn)行同時設(shè)定匹配放大器電路806的第一N溝道MOSFET MN11的源極-背柵極電壓為補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓(例如+2V等)，同時該晶體管的漏極電流等于匹配放大器電路806的第二N溝道MOSFET MN12的漏極電流。為此，電壓V1變?yōu)槠ヅ浞糯笃麟娐?06的第二N溝道MOSFET MN12的頂柵極-源極電壓。另外，電流I1變?yōu)镹溝道電流鏡804的第二N溝道MOSFET MN13的電流的一半。因此，第一N溝道MOSFET MN1的源極-背柵極電壓在電流鏡的輸出范圍內(nèi)保持等于補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓。
為了確保電路800在一個合適的狀態(tài)下工作，可以包含一個電流源810，如圖，用于提供一部分啟動電流(例如0.1*11，等)。雖然這導(dǎo)致了額外的電流流經(jīng)MOSFET MN1和MN11，但是并不會對電路800的運(yùn)行造成不良影響，因?yàn)檫@些晶體管的工作狀態(tài)是匹配的。
因此，第一和第二N溝道MOSFET MN1和MN2的源極的范圍可以是從稍高于地到第一供應(yīng)電壓軌預(yù)定的大小內(nèi)(例如1V或2V等)。另外，輸入信號的范圍可以是從稍低于地以下的補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓到第一電壓供應(yīng)軌預(yù)定的大小內(nèi)(例如1V或2V減去補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓)。
表1為示例性的輸出電壓，假設(shè)補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓為+2V，MOSFETMN11的背柵極耦合接地。當(dāng)然，這些電壓僅僅出于舉例的目的設(shè)置的，不能將其以任何方式解釋為對發(fā)明的限制。
表1VinVout-2V0.2V
-1.5V+0.5V-1V +1V0V +2V可以注意到的是，當(dāng)Vin為-2V時Vout為0.2V，而不是0V，因?yàn)镸OSFET MN3在這種運(yùn)行中漏極電壓崩潰，所以不太能作為一個理想的電流源運(yùn)作。如果在更高的電壓下工作，將會有額外的限制。
圖8B為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，另一個采用MOSFET的電平移動放大器電路。跟上面提到的實(shí)施例相似，電路850包括一個放大器電路852，具有一對N溝道MOSFET MN1和MN2，還包括一個匹配放大器電路854，包括一對N溝道MOSFET MN11和MN12。如圖，這種N溝道MOSFET MN1和MN2以及N溝道MOSFET MN11和MN12是匹配的。不像圖8A中電路800那樣，N溝道MOSFET MN2和MN12相對較弱。
該圖還包括一個放大器A1，其負(fù)輸入端連接到一個基準(zhǔn)電壓，正輸入端耦合到匹配放大器電路854的N溝道MOSFET MN11和MN12的源極。另外，放大器A1的輸出端耦合到另一個N溝道MOSFET MN3的柵極。這種N溝道MOSFET MN3包括一個耦合接地的源極，一個漏極耦合到放大器電路852中N溝道MOSFET MN1和MN2的源極。
一個匹配的N溝道MOSFET MN13同樣具有一個柵極，耦合到放大器A1的輸出端。該匹配的N溝道MOSFET MN13包括一個源極耦合接地，一個漏極耦合到匹配放大器電路854的N溝道MOSFET MN11和MN12的源極。一個串連的補(bǔ)償電阻R和電容C耦合連接在放大器A1的輸出端和匹配放大器電路854的N溝道MOSFET MN11和MN12的源極之間。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的其他另外的實(shí)施例，又一個采用MOSFET的電平移動放大器電路。作為一個選擇，該電路900可以在圖8A中電路800的情況下實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，電路900可以在任何理想的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，電路900中顯示的相關(guān)的值僅僅出于舉例的目的呈現(xiàn)的，不能將其以任何方式解釋為對發(fā)明的限制。
與圖8A中電路800相似，一個信號放大器電路901，一個P溝道電流鏡902，一個N溝道電流鏡904，和一個匹配放大器電路906與其他圖中所示的器件一起提供。如圖，P溝道電流鏡902和N溝道電流鏡904可以各自包括以圖示的方式配置的晶體管對。在另一個選擇中，可以提供偽電路(dummy circuit)(參見晶體管MNC03和MNB03)，用于允許使用測試探針TestPt。
如圖，流經(jīng)N溝道MOSFET MN00和MN01的偏置電流約為1μA。在運(yùn)行中，帶寬約為1MHz。在本具體實(shí)施例中，輸入信號的范圍從約-1.3V左右到地，電路900的線性范圍從-1.8V左右到+1.3V左右。在一個實(shí)施例中，補(bǔ)償可以少于5mV，線性度可以好于5mV。一些對線性度的改善可以在以在犧牲正信號范圍的代價下通過級聯(lián)一個目標(biāo)晶體管(MN00)口匹配晶體管(MN10)實(shí)現(xiàn)。
通過以圖中所示方法匹配相關(guān)設(shè)備，同時在相同偏置狀態(tài)下工作，這些設(shè)備具有相同的相對電極電勢。這為改善精確度提供了基礎(chǔ)。在各種實(shí)施例中，匹配器件可以在共同的矩心上布局?？蛇x地使用大的柵極區(qū)域，從而最小化對正常工藝幾何圖形變化的影響。
類似地，器件的偏置電流可以在輸入信號的整個范圍內(nèi)匹配。這可能需要鏡電路或者級聯(lián)拓?fù)渲械拈L溝道器件，使得電流源的輸出阻抗最大化。對于如圖9中電路900所示的器件尺寸，輸入電壓從約-1.6V到約+1.6V時可以獲得好于5mV的匹配和好于5mV的增益線性。另外N溝道MOSFET MN00和MN01分別可以偏置到約1μA左右，電壓跟隨器具有足夠的帶寬可以準(zhǔn)確跟隨100KHz的信號。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，一種可以實(shí)現(xiàn)各種電平移動的電路1000。應(yīng)該注意到，該電路1000示出了其中可以使用本發(fā)明公開的電平移動器電路的眾多應(yīng)用中的一種。因此，必須明確注意的是，電路1000僅僅是出于示例性目的而提出的，不能將其以任何方式解釋為對發(fā)明的限制。
如圖所示，電路1000包括一個全橋系統(tǒng)1002，該全橋系統(tǒng)的左右輸出端L和R諧振驅(qū)動一個變壓器T1。在運(yùn)行中，L和R的電壓水平導(dǎo)致耦合電容C1兩端的大的脈沖。另外，根據(jù)對電容C1的尺寸、工作頻率等的掌握，電壓VL的負(fù)部分可以用于確定變壓器T1的電流。
此外還提供一個電阻分壓器，包括一對電阻R1，R2和一個連接到放大器A1的輸入端，該放大器可以包括上述所提到的任一種。為了確保只有電壓VL的負(fù)部分供應(yīng)給放大器A1，提供一個鉗位二極管D1。
為了測試故障狀態(tài)等，有時候使用帶夾導(dǎo)線1004把電容C1短路。由于帶夾導(dǎo)線1004的長度，產(chǎn)生一個電感導(dǎo)致電壓VL負(fù)尖峰。注意到尖峰1006。作為一個選擇，電阻分壓器(參見電阻R1，R2)表現(xiàn)出高阻抗使得分布寄生電容C2以如圖所示的方式接入，用于過濾這種負(fù)尖峰1006。在另一個實(shí)施例中，出于功率效率目的，電阻R1和R2的尺寸可以增大，從而不再需要電容C2。
在這種設(shè)計(jì)中，放大器A1可以用于從電壓VL的負(fù)部分提取信息。放大器A1的高的輸入阻抗確保了輸入信號可以通過電阻分壓器觀測到。另外，放大器A1的電平移動能力確保了輸出信號在全橋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1002的供電電壓范圍內(nèi)。
雖然上面描述了各種實(shí)施例，但是必須理解這些實(shí)施例僅僅是出于舉例的目的呈現(xiàn)的，而不是限制。例如，通過僅僅反轉(zhuǎn)每一個晶體管的極性(例如交換NMOS和PMOS等)，本文中所討論的各種實(shí)施例可以被實(shí)施為適合于大于正軌的輸入信號。當(dāng)然，可以采用任何集成電路有關(guān)的特征、技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)本文所描述的各種實(shí)施例。因此，所選擇的實(shí)施例的廣度和范圍不被任何一個上述描述的示例性實(shí)施例所限制，而是該范圍應(yīng)該由下列權(quán)利要求和權(quán)利要求等同的技術(shù)來確定。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括一個電平移動放大器，用于對電壓幅值大于放大器的供電電壓的輸入信號進(jìn)行電平移動；其中電平移動放大器的輸入阻抗大于100M歐姆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電平移動放大器包括一個電壓跟隨器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中電壓跟隨器電路包括一個晶體管，該晶體管的源極作為電平移動放大器器的輸出端，并且背柵極作為電平移動放大器器的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中電壓跟隨器電路包括另一個晶體管，該另一個晶體管的源極和背柵極連接到輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電壓跟隨器電路包括至少一個MOSFET。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中電壓跟隨器電路包括一個N溝道的MOSFET。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電壓跟隨器電路包括至少一個JFET。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中電壓跟隨器電路包括一個N溝道JFET。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電壓跟隨器電路包括一個第一晶體管和一個第二晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中第一晶體管與第二晶體管的大小不同。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括一個匹配電路，該匹配電路包括與電壓跟隨器的多個晶體管匹配的多個晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括一個運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器包括一個輸出端連接到匹配電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，所述運(yùn)算放大器的第一輸入端接收反饋信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，所述運(yùn)算放大器的第二輸入端接收基準(zhǔn)補(bǔ)償電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中電平移動放大器對輸入信號進(jìn)行電平移動的量為基準(zhǔn)補(bǔ)償電壓的函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一個電流源。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中電流源包括至少一個電流鏡。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述至少一個電流鏡包括一對雙極晶體管。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中雙極晶體管包括NPN雙極晶體管。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述至少一個電流鏡包括一對電流鏡。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中一對電流鏡包括一個P溝道電流鏡和一個N溝道電流鏡。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述至少一個電流鏡包括多個晶體管，其中第一晶體管與第二晶體管的尺寸不同。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電平移動放大器的輸入阻抗大于1G歐姆。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電平移動放大器的輸入阻抗大于10G歐姆。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中與輸入信號相關(guān)的輸入偏置電流小于1飛安培。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電平移動放大器是一個全橋系統(tǒng)的組成部分。
27.一種方法，包括使用一個電平移動放大器接收一個輸入信號，其中該輸入信號的電壓幅值大于放大器的供電電壓；并且使用電平移動放大器對輸入信號進(jìn)行電平移動；其中電平移動放大器的輸入阻抗大于100M歐姆。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中電平移動放大器包括一個電壓跟隨器電路。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中電壓跟隨器電路包括一個晶體管，該晶體管的源極作為電平移動放大器的輸入端，背柵極作為電平移動放大器的輸入端。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中電壓跟隨器電路包括另一個晶體管，該另一個晶體管的源極和背柵極連接到輸出端。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中電壓跟隨器電路包括至少一個MOSFET。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中電壓跟隨器電路包括一個N溝道的MOSFET。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中電壓跟隨器電路包括至少一個JFET。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中電壓跟隨器電路包括一個N溝道JFET。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中電壓跟隨器電路包括一個第一晶體管和一個第二晶體管。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中第一晶體管與第二晶體管的大小不同。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中包括一個匹配電路，該匹配電路包括與電壓跟隨器的多個晶體管匹配的多個晶體管。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中包括一個運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器的輸出端連接到匹配電路。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，所述運(yùn)算放大器的第一輸入端接收反饋信號。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，所述運(yùn)算放大器的第二輸入端接收基準(zhǔn)補(bǔ)償電壓。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中電平移動放大器對輸入信號進(jìn)行電平移動的量是基準(zhǔn)補(bǔ)償電壓的函數(shù)。
42.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括一個電流源。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中電流源包括至少一個電流鏡。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述至少一個電流鏡包括一對雙極晶體管。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中雙極晶體管包括NPN雙極晶體管。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述至少一個電流鏡包括一對電流鏡。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中一對電流鏡包括一個P溝道電流鏡和一個N溝道電流鏡。
48.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述至少一個電流鏡包括多個晶體管，其中第一晶體管與第二晶體管的尺寸不同。
49.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中電平移動放大器的輸入阻抗大于1G歐姆。
50.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中電平移動放大器的輸入阻抗大于10G歐姆。
51.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中與輸入信號相關(guān)的輸入偏置電流小于1飛安培。
52.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中電平移動放大器是一個全橋系統(tǒng)的組成部分。
53.一種裝置，包括一個電平移動放大器，用于對電壓幅值大于放大器的供電電壓的輸入信號進(jìn)行電平移動；其中電平移動放大器包括一個晶體管，該晶體管的背柵極作為電平移動器的輸入端。
54.一個系統(tǒng)，包括一個集成電路；一個在集成電路上實(shí)施的電平移動放大器，用于對電壓幅值大于放大器的供電電壓的輸入信號進(jìn)行電平移動；其中電平移動放大器的輸入阻抗大于100M歐姆。
全文摘要
一種電平移動放大器，用于對電壓幅值大于放大器的供電電壓的輸入信號進(jìn)行電平移動。在運(yùn)行中，放大器的輸入阻抗大于100M歐姆。
文檔編號H03F3/50GK101090256SQ20071011032
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者詹姆斯·科普蘭·莫耶 申請人:美國芯源系統(tǒng)股份有限公司