專利名稱：利用輸入級使共模信號(hào)反相的差動(dòng)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差動(dòng)放大器、 一種包括差動(dòng)放大器的設(shè)備、 一種 差動(dòng)地放大差動(dòng)信號(hào)的方法、和一種用于執(zhí)行所述方法的步驟的計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品。
這樣的設(shè)備的例子有電視接收機(jī)、以及其它消費(fèi)類或非消費(fèi)類產(chǎn) 品、和用在消費(fèi)類或非消費(fèi)類產(chǎn)品中的電路，例如轉(zhuǎn)換器和調(diào)諧器。
背景技術(shù)：
從US6897726中知道一種現(xiàn)有設(shè)備，其公開了一種用于放大器電 路的差動(dòng)電路。該已知的差動(dòng)放大器包括基礎(chǔ)反饋回路，其為差動(dòng)輸 入信號(hào)提供從輸出到輸入的負(fù)反饋。如果這些差動(dòng)輸入信號(hào)包括共模 信號(hào)(共模成分)，則所述基礎(chǔ)反饋回路至少為某些共模信號(hào)提供了從 輸出到輸入的正反饋。該正反饋可能導(dǎo)致失真，因?yàn)椴顒?dòng)放大器中的 信號(hào)被箝位，和/或會(huì)使得差動(dòng)放大器開始振蕩。
第一現(xiàn)有解決方案試圖避免失真和/或振蕩，其中通過使用變壓器 來阻擋差動(dòng)輸入信號(hào)中的共模信號(hào)。該變壓器通常具有不足的帶寬。
在第二現(xiàn)有解決方案中，引入附加反饋回路，其只為共模信號(hào)提 供從輸出到輸入的附加負(fù)反饋，該反饋等于或大于共模信號(hào)的從輸出 到輸入的可能的正反饋。該附加反饋回路必須具有等于或大于基礎(chǔ)反
饋回路的帶寬的帶寬，這通常難以實(shí)現(xiàn)并且使得差動(dòng)放大器復(fù)雜且昂
蟲 貝。
所述已知設(shè)備具有缺點(diǎn)，特別是因?yàn)橛苫A(chǔ)反饋回路在為至少某 些共模信號(hào)提供正反饋時(shí)產(chǎn)生的失真和/或振蕩(其)只能通過較大程 度地降低帶寬和/或增加復(fù)雜性和成本才能避免
發(fā)明內(nèi)容
優(yōu)選地提供一種差動(dòng)放大器，其可以處理包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸 入信號(hào)，且無需為共模穩(wěn)定性而引入反饋回路。本發(fā)明另一 目的是提供一種包括差動(dòng)放大器的設(shè)備、 一種差動(dòng)地 放大差動(dòng)信號(hào)的方法、和一種用于執(zhí)行所述方法的步驟的計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品，它們可以處理包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)，且無需為共模穩(wěn) 定性而引入反饋回路。根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器包括-第一輸入級，用于接收包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)，并用于 輸出第一差動(dòng)中間信號(hào)，-第二輸入級，用于使所述共模信號(hào)反相，并用于將反相共模信 號(hào)和所述第一差動(dòng)中間信號(hào)合并成第二差動(dòng)中間信號(hào)，以及-輸出級，用于接收所述第二差動(dòng)中間信號(hào)，并用于輸出差動(dòng)輸 出信號(hào)。所述第一 (現(xiàn)有技術(shù))輸入級處理包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)， 并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生第一差動(dòng)中間信號(hào)。除了所述第一 (現(xiàn)有技術(shù)) 輸入級之外，通過引入第二輸入級，有害的共模信號(hào)在第二輸入級中 被很大程度地除去，所述第二輸入級只處理共模信號(hào)，使共模信號(hào)反 相，然后將這些反相共模信號(hào)和第一差動(dòng)中間信號(hào)合并成第二差動(dòng)中 間信號(hào)。從第二輸入級提供給輸出級的所述第二差動(dòng)中間信號(hào)包括減 少了的共模信號(hào)或者甚至根本沒有共模信號(hào)。因此，不再需要為了確 保共模穩(wěn)定性而引入從差動(dòng)輸出到差動(dòng)輸入的反饋回路。其結(jié)果是， 根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器可以處理包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)，且 無需為共模穩(wěn)定性而引入反饋回路。根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的另一優(yōu)點(diǎn)在于，所述第二輸入級在有 害的共模信號(hào)到達(dá)輸出級之前很大程度地去除了它們，而不依賴于是 否存在從差動(dòng)輸出到差動(dòng)輸入的基礎(chǔ)反饋回路。根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述第一輸入級包 括折疊共射共基極，所述第二輸入級包括鏡像級，所述輸出級包括共 主電極。不排除其它類型的級。根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述第一輸入級包括具有構(gòu)成差動(dòng)輸入的控制電極的第一和第二晶體管，所述第一和第 二晶體管還具有彼此耦合的第一主電極。經(jīng)由所述第一和第二晶體管 的第二主電極提供所述第一差動(dòng)中間信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述第二輸入級包 括具有分別耦合至所述第一和第二晶體管的控制電極的控制電極的第 三和第四晶體管，所述第三和第四晶體管還具有彼此耦合的第二主電 極。經(jīng)由所述第三和第四晶體管的第二主電極提供所述共模信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述第一和第二晶 體管的第一主電極還經(jīng)由第一電流源耦合至第一參考端，并且所述第 三和第四晶體管的第一主電極彼此耦合并經(jīng)由第二電流源耦合至所述 第一參考端。在此情況下，所述第一和第二輸入級各自具有耦合至第 一參考端的電流源，例如正電壓電源。分離的電流源改善了差動(dòng)放大 器的噪聲表現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述第一和第二晶 體管的第一主電極還耦合至所述第三和第四晶體管的第一主電極，并 經(jīng)由第一電流源耦合至所述第一參考端。在此情況下，所述第一和第 二輸入級具有耦合至第一參考端的公共的電流源，例如正電壓電源。 公共的電流源減少了差動(dòng)放大器中的元件數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述第二輸入級還 包括具有彼此耦合的控制電極的第五、第六和第七晶體管，所述第五、 第六和第七晶體管還具有彼此耦合并耦合至第二參考端的第一主電 極，第五和第七晶體管的第二主電極分別耦合至第一和第二晶體管的 第二主電極，而第六晶體管的第二主電極耦合至第三和第四晶體管的 第二主電極和第六晶體管的控制電極。所述第三和第四晶體管過濾來 自差動(dòng)輸入信號(hào)的共模信號(hào)，所述第五、第六和第七晶體管使該共模 信號(hào)反相并合并反相共模信號(hào)和第一中間信號(hào)。例如，所述第二參考 端對應(yīng)于地。
根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于它還包括具有彼此 耦合的控制電極的第八和第九晶體管，所述第八和第九晶體管還具有 分別耦合至第一和第二晶體管的第二電極的第一主電極。所述第八和第九晶體管耦合所述第二輸入級和輸出級，并且形成第二輸入級或輸 出級的一部分。所述第八和第九晶體管從第二輸入級接收第二差動(dòng)中 間信號(hào)，并將其提供給輸出級。
根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述第八和第九晶 體管的第一主電極還分別經(jīng)由第三和第四電流源耦合至第二參考端。 這些第三和第四電流源排除了適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)第五和第七晶體管大小的必 要性。
根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例的特征在于所述輸出級包括具 有分別耦合至所述第八和第九晶體管的第二主電極的控制電極的第十 和第十一晶體管，所述第十和第十一晶體管還具有耦合至第二參考端 以及第二主電極的第一主電極，其構(gòu)成差動(dòng)輸出并分別經(jīng)由第五和第 六電流源耦合至第一參考端，所述第十和第十一晶體管的控制電極還 分別經(jīng)由第七和第八電流源耦合至第一參考端，并經(jīng)由各電路耦合至 第十和第十一晶體管的第二主電極，所述各電路具有串行鏈接，每個(gè) 鏈接包括電阻器和電容器。這些串行鏈接穩(wěn)定了所述差動(dòng)放大器。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的實(shí)施例對應(yīng)于根據(jù) 本發(fā)明的差動(dòng)放大器的實(shí)施例。
本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)，即避免差動(dòng)放大器的差動(dòng)輸入處的變壓器 和/或差動(dòng)放大器中的雙反饋回路，并且基本理念是在差動(dòng)放大器中引 入第二輸入級，該第二輸入級使差動(dòng)輸入信號(hào)的共模信號(hào)反相，并將 反相共模信號(hào)和來自第一輸入級的第一差動(dòng)中間信號(hào)合并成第二差動(dòng) 中間信號(hào)，以提供給輸出級。
本發(fā)明解決的問題在于，它提供了一種差動(dòng)放大器，其可以處理 包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)，且無需為共模穩(wěn)定性而引入反饋回路。 根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的優(yōu)點(diǎn)在于所述第二輸入級在有害的共模信 號(hào)到達(dá)輸出級之前很大程度地去除了它們，而不依賴于是否存在從差 動(dòng)輸出到差動(dòng)輸入的基礎(chǔ)反饋回路。
下面參考實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將會(huì)明顯并得以闡明。


附圖中-圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器，圖2示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器根據(jù)本發(fā)明的 的設(shè)備，圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的第一實(shí)施例， 圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的第二實(shí)施例，以及圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖l所示的根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大器l包括第一輸入級ll，其 具有用于接收包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)并用于輸出第一差動(dòng)中間信號(hào)的差動(dòng)輸入21、 22;第二輸入級12，用于使所述共模信號(hào)反相，并用于將反相共模信號(hào)和所述第一差動(dòng)中間信號(hào)合并成第二差動(dòng)中間信號(hào)；以及輸出級13，用于接收所述第二差動(dòng)中間信號(hào)，并具有用于 輸出差動(dòng)輸出信號(hào)的差動(dòng)輸出23、 24。所述第一輸入級11包括例如折疊共射共基極，所述第二輸入級 12包括例如鏡像級，所述輸出級13包括例如共主電極級。圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備2包括根據(jù)本發(fā)明的差動(dòng)放大 器l;耦合至差動(dòng)輸入21、 22的用于將差動(dòng)輸入信號(hào)提供給差動(dòng)放大 器1的輸入電路3;和耦合至差動(dòng)輸出23、 24的用于接收來自差動(dòng)放 大器l的差動(dòng)輸出信號(hào)的輸出電路4。例如，所述設(shè)備是電視接收機(jī)、 以及其它消費(fèi)類或非消費(fèi)類產(chǎn)品、或用在消費(fèi)類或非消費(fèi)類產(chǎn)品中的 電路，例如轉(zhuǎn)換器和調(diào)諧器。圖3中示出的差動(dòng)放大器1的第一實(shí)施例包括第一和第二晶體管 31、 32，第一和第二晶體管31、 32具有構(gòu)成差動(dòng)輸入2K 22的控制 電極(柵極)、以及彼此耦合的第一主電極(源極)。該差動(dòng)放大器1 還包括第三和第四晶體管33、 34，第三和第四晶體管33、 34具有分 別耦合至第一和第二晶體管31、 32的控制電極的控制電極(柵極)、以及彼此耦合的第二主電極(漏極)。所述第一和第二晶體管31、 32的第一主電極還經(jīng)由第一電流源 51耦合至第一參考端61，例如正電壓電源，并且所述第三和第四晶體 管33、 34的第一主電極彼此耦合并經(jīng)由第二電流源52耦合至所述第 一參考端61 。差動(dòng)放大器1還包括具有彼此耦合的控制電極(柵極)的第五、 第六和第七晶體管35、 36、 37。所述第五、第六和第七晶體管35、 36、 37還具有彼此耦合并耦合至第二參考端62(例如地)的第一主電極(源 極)，第五和第七晶體管35、 37的第二主電極(漏極)分別耦合至第 一和第二晶體管31、 32的第二主電極(漏極)，而第六晶體管36的第 二主電極(漏極)耦合至第三和第四晶體管33、 34的第二主電極(漏 極)和第六晶體管36的控制電極。差動(dòng)放大器1還包括具有彼此耦合并耦合至第三參考端的控制電 極(柵極)的第八和第九晶體管38、 39。所述第八和第九晶體管38、 39還具有分別耦合至第一和第二晶體管31、 32的第二電極的第一主 電極(源極)。所述第八和第九晶體管38、39的第一主電極還分別經(jīng)由第三和第 四電流源53、 54耦合至第二參考端62。差動(dòng)放大器1還包括具有分 別耦合至所述第八和第九晶體管38、 39的第二主電極的控制電極(柵 極)的第十和第十一晶體管40、 41。所述第十和第十一晶體管40、 41 還具有耦合至第二參考端62以及第二主電極(漏極)的第一主電極(源 極)，其構(gòu)成差動(dòng)輸出23、 24并分別經(jīng)由第五和第六電流源55、 56 耦合至第一參考端61。所述第十和第十一晶體管40、 41的控制電極 還分別經(jīng)由第七和第八電流源57、 58耦合至第一參考端61，并分別 經(jīng)由電路59、 60耦合至第十和第十一晶體管40、 41的第二主電極。 所述電路59、 60具有串行鏈接，每個(gè)鏈接包括電阻器和電容器。第一和第二晶體管31、 32形成輸入級11的一部分。第三、第四、 第五、第六和第七晶體管33、 34、 35、 36、 37形成第二輸入級12的 一部分。第十和第十一晶體管40、 41形成輸出級13的一部分。第八 和第九晶體管38、39可形成第二輸入級12或部分輸出級13的一部分， 或者它們可以形成分離的緩沖級。第八和第九晶體管38、 39的控制電極從第三參考端接收用于調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器1的參考信號(hào)。第一和第二電流源51、52被示為理想的電流源和電阻器的并聯(lián)電 路。實(shí)際上，沒有電流源是理想的。之所以只有這兩個(gè)電流源與其非 理想(非無限)并聯(lián)電阻一起示出是因?yàn)檫@些電阻是造成差動(dòng)輸入信 號(hào)中的共模成分所導(dǎo)致的問題的原因。電路59、 60具有穩(wěn)定和頻率補(bǔ)償功能。圖4中示出的差動(dòng)放大器1的第二實(shí)施例對應(yīng)于圖3中的第一實(shí) 施例，除了去掉了第三和第四電流源53、 54。為此，以相應(yīng)方式設(shè)定 第五和第七晶體管55、 57的尺寸。圖5中示出的差動(dòng)放大器1的第三實(shí)施例對應(yīng)于圖3和4中的第 一和第二實(shí)施例，除了去掉了第二電流源52。為此，第一電流源51 還耦合至第三和第四晶體管33、 34的第一主電極(第一和第二晶體管 31、 32的第一主電極還耦合至第三和第四晶體管33、 34的第一主電 極)，并以相應(yīng)方式設(shè)定大小?？梢允褂闷渌愋偷木w管來代替FET晶體管，例如雙極型晶體 管，也不排除其它類型的晶體管。本發(fā)明總體上不排除反饋回路和變 壓器。信號(hào)的合并可以是未加權(quán)和/或加權(quán)合并。應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例的描述不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠設(shè)計(jì)出許多替換實(shí)施例，而不脫離所附權(quán)利要求的范圍。權(quán)利要求 中，括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記不構(gòu)成對權(quán)利要求的限制。使用詞語"包 括"及其變形不排除存在權(quán)利要求中所列以外的元素或步驟。元素前 面使用的"一"或"一個(gè)"不排除存在多個(gè)該元素的情況。本發(fā)明可 以通過包括多個(gè)分立元件的硬件和適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在列舉 出一些裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的一些可以由同一硬件項(xiàng) 來實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，彼此不同的從屬權(quán)利要求中列出的措施不意味著這 些措施的合并不能產(chǎn)生有益效果。
權(quán)利要求
1、一種差動(dòng)放大器(1)，包括-第一輸入級(11)，用于接收包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)，并用于輸出第一差動(dòng)中間信號(hào)，-第二輸入級(12)，用于使所述共模信號(hào)反相，并用于將反相共模信號(hào)和所述第一差動(dòng)中間信號(hào)合并成第二差動(dòng)中間信號(hào)，以及-輸出級(13)，用于接收所述第二差動(dòng)中間信號(hào)，并用于輸出差動(dòng)輸出信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的差動(dòng)放大器(1 )，其中所述第一輸入級(11 ) 包括折疊共射共基極，所述第二輸入級(12)包括鏡像級，所述輸出 級(13)包括共主電極級。
3、 如權(quán)利要求1所述的差動(dòng)放大器(1),所述第一輸入級(11) 包括具有構(gòu)成差動(dòng)輸入(21、22)的控制電極的第一和第二晶體管(31、 32)，所述第一和第二晶體管(31、 32)還具有彼此耦合的第一主電極。
4、 如權(quán)利要求3所述的差動(dòng)放大器(1)，所述第二輸入級(12) 包括具有分別耦合至所述第一和第二晶體管(31、 32)的控制電極的 控制電極的第三和第四晶體管(33、 34)，所述第三和第四晶體管(33、 34)還具有彼此耦合的第二主電極。
5、 如權(quán)利要求4所述的差動(dòng)放大器(1)，所述第一和第二晶體管 (31、 32)的第一主電極還經(jīng)由第一電流源(51)耦合至第一參考端 (61)，并且所述第三和第四晶體管(33、 34)的第一主電極彼此耦合并經(jīng)由第二電流源(52)耦合至所述第一參考端(61)。
6、 如權(quán)利要求4所述的差動(dòng)放大器(1)，所述第一和第二晶體管 (31、 32)的第一主電極還耦合至所述第三和第四晶體管(33、 34)的第一主電極并經(jīng)由第一電流源(51)耦合至所述第一參考端(61)。
7、 如權(quán)利要求4所述的差動(dòng)放大器(1)，所述第二輸入級(12) 還包括具有彼此耦合的控制電極的第五、第六和第七晶體管(35、 36、 37),所述第五、第六和第七晶體管(35、 36、 37)還具有彼此耦合并 耦合至第二參考端(62)的第一主電極，第五和第七晶體管(35、 37)的第二主電極分別耦合至第一和第二晶體管(31、 32)的第二主電極， 而第六晶體管(36)的第二主電極耦合至第三和第四晶體管(33、 34) 的第二主電極和第六晶體管(36)的控制電極。
8、 如權(quán)利要求7所述的差動(dòng)放大器(1),還包括具有彼此耦合的 控制電極的第八和第九晶體管(38、 39)，所述第八和第九晶體管(38、 39)還具有分別耦合至第一和第二晶體管(31、 32)的第二電極的第 一主電極。
9、 如權(quán)利要求8所述的差動(dòng)放大器(1),所述第八和第九晶體管 (38、 39)的第一主電極還分別經(jīng)由第三和第四電流源(53、 54)耦合至第二參考端(62)。
10、 如權(quán)利要求8所述的差動(dòng)放大器(1)，其中所述輸出級(13) 包括具有分別耦合至所述第八和第九晶體管(38、 39)的第二主電極 的控制電極的第十和第十一晶體管(40、 41)，所述第十和第十一晶體 管(40、 41)還具有耦合至第二參考端(62)以及第二主電極的第一 主電極，其構(gòu)成差動(dòng)輸出(23、24)并分別經(jīng)由第五和第六電流源(55、 56)耦合至第一參考端(61)，所述第十和第十一晶體管(40、 41)的 控制電極還分別經(jīng)由第七和第八電流源(57、 58)耦合至第一參考端(61)，并經(jīng)由各電路(59、 60)耦合至第十和第十一晶體管(40、 41) 的第二主電極，所述各電路(59、 60)具有串行鏈接，每個(gè)鏈接包括 電阻器和電容器。
11、 一種設(shè)備(2)，包括如權(quán)利要求1所述的差動(dòng)放大器(1)。
12、 一種差動(dòng)地放大差動(dòng)信號(hào)的方法，所述方法包括步驟-經(jīng)由第一輸入級(11)接收包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)，并 輸出第一差動(dòng)中間信號(hào)，-經(jīng)由第二輸入級(12)使所述共模信號(hào)反相，并將反相共模信 號(hào)和所述第一差動(dòng)中間信號(hào)合并成第二差動(dòng)中間信號(hào)，以及-經(jīng)由輸出級(13)接收所述第二差動(dòng)中間信號(hào)，并輸出差動(dòng)輸 出信號(hào)。
13、 一種用于執(zhí)行如權(quán)利要求12所述的方法的步驟的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品o
全文摘要
為了消除差動(dòng)輸入信號(hào)中的共模成分，而無需引入用于消除共模成分的變壓器和特殊反饋回路，差動(dòng)放大器(1)包括第一輸入級(11)，用于接收包括共模信號(hào)的差動(dòng)輸入信號(hào)，并用于輸出第一差動(dòng)中間信號(hào)；第二輸入級(12)，用于使所述共模信號(hào)反相，并用于將反相共模信號(hào)和所述第一差動(dòng)中間信號(hào)合并成第二差動(dòng)中間信號(hào)；以及輸出級(13)，用于接收所述第二差動(dòng)中間信號(hào)，并用于輸出差動(dòng)輸出信號(hào)。所述第一輸入級(11)包括具有第一和第二晶體管(31、32)的折疊共射共基極，所述第二輸入級(12)包括具有第三、第四、第五、第六和第七晶體管(33、34、35、36、37)的鏡像級，所述輸出級(13)包括具有第十和第十一晶體管(40、41)的共主電極級。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101405935SQ200780010096
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者亞得里亞內(nèi)斯·J·M·范吐伊 申請人:Nxp股份有限公司