專利名稱：用于獲得跨導放大器的增益線性變化的驅動方法和相對應的驅動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于獲得跨導放大器的線性增益變化的驅動方法。本發(fā)明進一步涉及一種用于跨導放大器的驅動電路，該跨導放大器為包括至少一個晶體管差分單元的類型，并且僅為簡化本發(fā)明的描述而參考應用領域進行以下描述。
背景技術：
如已知的，為了進行例如電流驅動，跨導放大器被廣泛使用，這是能夠接收輸入電壓并且提供實質上與所接收的輸入電壓成比例的輸出電流的設備?？鐚Х糯笃鞅举|上包括具有鏡像負載和適當偏置的差分對，特別是雙極或場效應晶體管(JFET 和 M0SFET)。圖I中示出了跨導放大器的簡化視圖，其總體上以附圖標記I所指示。特別地，放大器I包括第一晶體管Tl和第二晶體管T2，在該示例中為雙極晶體管，插入在鏡像負載塊2和偏置塊3之間，該鏡像負載塊2進而連接至第一電壓參考，特別是正電源VDD，偏置塊3進而連接至第二電壓參考，特別是負電源VSS。更特別地，第一雙極晶體管Tl插入在第一鏡像電路節(jié)點XSl和第一負反饋電路節(jié)點XDl之間，并且具有連接到輸入端子IN的控制端子或基極，而第二雙極晶體管T2插入在第二鏡像電路節(jié)點XS2和第二負反饋電路節(jié)點XD2之間，并且具有連接到特別為接地GND的又一電壓參考的控制端子或基極，第二鏡像電路節(jié)點XS2進一步連接到放大器I的輸出端子OUT。此外,鏡像負載塊2包括第一鏡像晶體管MSl,其插入在第一正電源電壓參考VDD和第一鏡像電路節(jié)點XSl之間并且具有控制端子或柵極，該第一鏡像晶體管MSl 二極管連接(diode-connected)到第一鏡像電路節(jié)點XSl以及第二鏡像晶體管MS2的控制端子或柵極，該第二鏡像晶體管MS2插入在第一正電源電壓參考VDD和第二鏡像電路節(jié)點XS2之間，也就是說，至放大器I的輸出端子OUT。此外，偏置塊3包括第一偏置晶體管MB1，其插入在第一負反饋電路節(jié)點XDl和第二負電源電壓參考VSS之間并且具有連接到偏置端子XB并連接到第二偏置晶體管MB2的控制端子或柵極的控制端子或柵極，第一偏置晶體管MBl從該偏置端子XB接收偏置電壓Vbias,上述第二偏置晶體管MB2進而插入在第二負反饋電路節(jié)點XD2和第二負電源電壓參考VSS之間。該偏置電壓Vbias施加在偏置晶體管MBl和MB2中流動的期望電流，并且該電流取決于放大器I意在的應用類型。放大器I進一步包括插入在第一負反饋電路節(jié)點XDl和第二負反饋電路節(jié)點XD2之間的負反饋電阻Rdeg，以及與負反饋電阻Rdeg并聯(lián)插入在第一負反饋電路節(jié)點XDl和第二負反饋電路節(jié)點XD2之間的負反饋驅動晶體管MD，并且負反饋驅動晶體管MD具有連接到柵極驅動端子XG并且從那里接收柵極驅動電壓Vtgc的控制端子或柵極。特別地，負反饋驅動晶體管MD允許修改放大器I的等效電阻或負反饋電阻并且相應地改變跨導增益。更具體地，當負反饋驅動晶體管MD加電時，其電阻值Ron相對于與之并聯(lián)的負反饋電阻Rdeg占據(jù)優(yōu)勢。特別地，驅動晶體管MD的導通電阻值Ron通常等于負反饋電阻Rdeg的值的1/100，它們的并聯(lián)連接允許在負反饋驅動晶體管MD導通時獲得放大器I的高跨導增益。另一方面，當負反饋驅動晶體管MD截止時，負反饋電阻Rdeg占據(jù)優(yōu)勢并且建立了放大器I的跨導增益。然而，雖然圖I所示的放大器結構由柵極驅動電壓Vtgc所控制，其通過修改負反饋驅動晶體管MD的等效電阻來修改其負反饋電阻，但是這在柵極驅動電壓Vtgc和放大器I的跨導增益gm之間表現(xiàn)出高度非線性的聯(lián)系。實際上，線性地移動柵極驅動電壓Vtgc，負反饋驅動晶體管MD的等效電阻以非線性的方式變化，并且因此放大器I的跨導增益存在整體非線性的變化。本發(fā)明的技術問題在于提供一種具有如下功能和結構特征的跨導放大器的驅動 方法，這種功能和結構允許在控制電壓和放大器自身的跨導增益之間獲得線性聯(lián)系，因此克服仍然對根據(jù)現(xiàn)有技術所制造的放大器有所影響的限制和缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
基于本發(fā)明的解決方案的思想是使用放大器自身的基本差分單元的拷貝來向要施加至跨導放大器的負反饋晶體管的控制電壓提供一種控制回路，以便生成與這樣的跨導成比例的電流，由此對放大器自身的跨導增益的非線性變化進行補償?；谠摻鉀Q方案的思想，該技術問題通過一種利用跨導放大器的負反饋驅動晶體管的驅動電壓值的調(diào)整獲得所述跨導放大器的線性增益變化的驅動方法而得以解決，該跨導放大器為包括至少一個差分晶體管單元的類型，其特征在于，其包括以下步驟-生成作為所述跨導放大器的所述差分晶體管單元的拷貝的差分單元的輸出電流信號，隨著所述驅動電壓變化，所述輸出電流信號與所述拷貝差分單元的跨導值具有線性關系;-生成與差分輸入電壓具有線性關系的參考電流信號；-將所述輸出電流信號和所述參考電流信號進行比較以便調(diào)整所述驅動電壓值并且修改所述拷貝差分單元的所述跨導值直至所述電流信號平衡。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個方面，所述生成所述拷貝差分單元的輸出電流信號的步驟可以包括偏移所述拷貝差分單元中所包括的一對晶體管的步驟。該問題還通過一種跨導系統(tǒng)得以解決，其包括連接到為包括至少一個差分晶體管單元的類型的跨導放大器的驅動電路，其特征在于，驅動電路包括-差分單元，其作為所述跨導放大器的所述差分單元的拷貝并且包括插入在進而連接到第一電壓參考的反饋塊的相應反饋電路節(jié)點和進而連接到第二電壓參考的偏置塊的相應負反饋電路節(jié)點之間的至少一個第一晶體管和一個第二晶體管，彼此并聯(lián)地插入在所述負反饋電路節(jié)點之間的負反饋電阻和負反饋驅動晶體管，所述負反饋驅動晶體管具有連接到驅動端子的控制端子；以及-比較塊，其插入在所述第一電壓參考和第二電壓參考之間并且連接到所述驅動端子，所述比較塊向該驅動端子提供受控驅動電壓值。
所述差分單元在所述驅動端子上提供與其跨導值成比例的輸出電流值，并且所述比較塊在所述驅動端子上提供與到所述比較塊的輸入電壓具有線性關系的參考電流值。更特別地，本發(fā)明包括按照需要單獨或相接合采用的以下附加和任選特征。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，驅動電路可以進一步包括輸出晶體管，其插入在所述第一電壓參考和所述驅動端子之間并且連接至第一反饋電路節(jié)點。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述反饋塊可以包括分別插入在所述第一電壓參考和所述反饋電路節(jié)點之間的至少一個第一反饋晶體管和一個第二反饋晶體管，所述第二反饋晶、體管是二極管連接的并且所述第一反饋晶體管具有連接至所述輸出晶體管的控制端子的控制端子。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述比較塊可以包括-差分晶體管對，其插入在內(nèi)部偏置節(jié)點與相應的第一內(nèi)部鏡像節(jié)點和第二內(nèi)部鏡像節(jié)點之間，并且具有連接到一對差分輸入的相應的控制端子；以及-多個鏡像晶體管，分別連接到所述第一內(nèi)部鏡像節(jié)點和第二內(nèi)部鏡像節(jié)點以及所述驅動端子，并連接到所述第二電壓參考。根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述多個鏡像晶體管可以至少包括-第一鏡像晶體管，其插入在所述第二內(nèi)部鏡像節(jié)點和所述第二電壓參考之間，其是二極管配置的(diode-configured)并且具有連接到所述第二內(nèi)部鏡像節(jié)點的控制端子;-第二鏡像晶體管，其進而插入在所述驅動端子和所述第二電壓參考之間，并且具有連接到所述第一鏡像晶體管的所述控制端子的控制端子；以及-第三鏡像晶體管，其插入在所述第一內(nèi)部鏡像節(jié)點和所述第二電壓參考之間，并且是二極管配置的且其控制端子連接到所述第一內(nèi)部鏡像節(jié)點。此外，根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述比較塊可以進一步包括偏置晶體管，其插入在所述第一電壓參考和所述內(nèi)部偏置節(jié)點之間，并且具有連接到其從那里接收又一偏置電壓的又一偏置端子的控制端子。特別地，根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述差分晶體管對可以包括P溝道MOS晶體管，并且所述多個鏡像晶體管可以包括N溝道MOS晶體管。此外，偏置晶體管可以是P溝道MOS晶體管。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，所述差分晶體管對可以根據(jù)以下關系向所述第一鏡像晶體管提供鏡像電流Is = gmin* (VINp-VINn)其中Is是所述鏡像電流的值。gmin是所述差分晶體管對的跨導值；并且VINp-VINn是施加到所述差分輸入對的差分電壓值。根據(jù)本發(fā)明的該方面，根據(jù)所述第一鏡像晶體管和第二鏡像晶體管的鏡像比，參考電流在所述第二鏡像晶體管中流動且與所述鏡像電流成比例。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述拷貝差分單元的所述第一晶體管和第二晶體管可以偏移。根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述第一雙極晶體管可以具有連接到又一電壓參考的控制端子，并且所述第二晶體管可以具有連接到電壓塊的控制端子，該電壓塊進而連接到所述又一電壓參考并且適于向所述控制端子提供能夠偏移所述拷貝差分單元的所述第一晶體管和第二晶體管的恒定電壓信號。根據(jù)本發(fā)明的可替換實施例，所述拷貝差分單元的所述第一晶體管和第二晶體管可以具有連接到又一電壓參考的控制端子并且在面積方面有所偏移。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，所述偏置塊可以包括分別插入在所述負反饋電路節(jié)點和所述第二電壓參考之間的第一偏置晶體管和第二偏置晶體管，并且具有相互連接并且 連接到它們從那里接收偏置電壓的偏置端子的控制端子。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，所述跨導放大器的所述差分晶體管單元可以包括從雙極晶體管和場效應晶體管中選擇的晶體管，其優(yōu)選為雙極晶體管，并且所述拷貝差分單元的所述第一晶體管和第二晶體管可以是從雙極晶體管和場效應晶體管中選擇的晶體管，其優(yōu)選為雙極晶體管。根據(jù)本發(fā)明的可替換實施例，所述比較塊可以包括輸入電流發(fā)生器，其由差分輸入電壓所控制并且通過至少一個運算放大器連接到第一反饋電路節(jié)點，該運算放大器進而具有連接到所述驅動端子的輸出端子。根據(jù)本發(fā)明的該方面，驅動電路可以進一步包括第一電阻性元件和第二電阻性元件，它們插入在所述第一電源電壓參考和所述運算放大器相應的第一輸入端子和第二輸入端子之間，所述第二輸入端子進一步連接到所述第一反饋電路節(jié)點。此外，根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述反饋塊可以包括第一反饋晶體管，其插入在所述第一電源電壓參考和所述第一反饋電路節(jié)點之間并且具有連接到第二反饋晶體管的控制端子的控制端子，該第二反饋晶體管是二極管連接的并且進而插入在所述第一電源電壓參考和第二反饋電路節(jié)點之間。根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述偏置塊可以進一步包括第一偏置電流發(fā)生器和第二偏置電流發(fā)生器，它們分別插入在所述第一負反饋電路節(jié)點和第二負反饋電路節(jié)點與所述第二電壓參考之間。最后，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，驅動電路可以進一步包括電壓緩沖器，其插入在所述驅動節(jié)點和所要驅動的跨導放大器的多個差分晶體管單元之間。根據(jù)本發(fā)明的驅動方法和跨導系統(tǒng)的特征和優(yōu)勢將從以下參考附圖通過指示性的非限定示例對本發(fā)明的實施例所進行的描述而更為清楚地顯現(xiàn)。


在這些附圖中圖I示意性示出了根據(jù)現(xiàn)有技術所實現(xiàn)的跨導放大器；圖2和圖3示意性示出了連接到根據(jù)本發(fā)明所實現(xiàn)的跨導系統(tǒng)中的跨導放大器的驅動電路的工作原理；圖4示意性示出了用于根據(jù)本發(fā)明的驅動電路的參考電流發(fā)生器；圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的驅動電路；圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的驅動電路的可替換實施例；圖7A示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的控制多個跨導放大器的驅動電路的可替換實施例；以及圖7B示意性示出了圖7A的驅動電路的拷貝差分單元隨跨導增益變化的基于差分對的偏移電壓的輸出電流模式。
具體實施例方式參考這樣的附圖，附圖標記10總體上且示意性地指示連接到根據(jù)本發(fā)明的跨導系統(tǒng)中的跨導放大器的驅動電路。參考圖2和圖3來說明根據(jù)本發(fā)明的驅動電路10的原理，而該電路作為整體圖示在圖5之中。該電路適于實施一種用于通過調(diào)整跨導放大器的負反饋驅動晶體管MD的驅動電壓值Vtgcl來獲得所述跨導放大器的線性增益變化的驅動方法，上述跨導放大器為包括至少一個差分晶體管單元的類型。 特別地，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟-生成作為跨導放大器的差分晶體管單元的拷貝的差分單元11的輸出電流信號Ioutl，隨著所述驅動電壓Vtgcl變化，該輸出電流信號Ioutl與拷貝差分單元11的跨導值gml具有線性關系；-生成與差分輸入電壓具有線性關系的參考電流信號Iref；-將輸出電流信號Ioutl和參考電流信號Iref進行比較以調(diào)整驅動電壓值Vtgcl并且修改拷貝差分單元11的跨導值gml直至所述電流信號Ioutl和Iref平衡。根據(jù)本發(fā)明的實施例，生成跨導放大器的差分雙極晶體管單元的拷貝差分單元11的輸出電流信號Ioutl的步驟包括偏移拷貝差分單元11中所包括的晶體管對的步驟。 特別地，如圖2、圖3和圖5所示，適于實施該方法的驅動電路10包括差分單元11，其是包括連接到跨導放大器的驅動電路10的跨導系統(tǒng)的跨導放大器基本結構的拷貝，上述跨導放大器諸如參考現(xiàn)有技術所描述并且在圖I中示出的包括差分雙極晶體管單元的放大器I。特別地，差分單元11包括從雙極晶體管或場效應晶體管中所選擇的第一晶體管Tl和第二晶體管T2，在圖中的示例中為雙極晶體管，它們插入在反饋塊12和偏置塊13之間，反饋塊12進而連接到第一電壓參考，特別是正電源VDD，偏置塊13進而連接到第二電壓參考，特別是負電源VSS。更特別地，第一雙極晶體管Tl插入在第一反饋電路節(jié)點XSll和第一負反饋電路節(jié)點XDll之間，并且具有連接到特別是接地GND的又一電壓參考的控制端子或基極，而第二雙極晶體管T12插入在第二反饋電路節(jié)點XS12和第二負反饋電路節(jié)點XD12之間，并且具有連接到電壓塊14的控制端子或基極，該電壓塊14的目的將在隨后明確。電壓塊14進而連接到接地GND并且適用于向第二雙極晶體管T12的控制端子或基極提供恒定電壓信號Vos0此外，反饋塊12包括第一反饋晶體管MSl I和第二反饋晶體管MS12，該第一反饋晶體管MSll插入在第一正電源電壓參考VDD和第一反饋電路節(jié)點XSll之間，該第二反饋晶體管MS12插入在第一正電源電壓參考VDD和第二反饋電路節(jié)點XS12之間。此外，偏置塊13包括第一偏置晶體管MB11,其插入在第一負反饋電路節(jié)點XDll和第二負電源電壓參考VSS之間，并且具有連接到偏置端子XBl并連接到第二偏置晶體管MB12的控制端子或柵極的控制端子或柵極，第一偏置晶體管MBll從上述偏置端子XBl接收偏置電壓Vbiasl，上述第二偏置晶體管MB12進而插入在第二負反饋電路節(jié)點XD12和第二負電源電壓參考VSS之間。差分單元11進一步包括插入在第一負反饋電路節(jié)點XDll和第二負反饋電路節(jié)點XD12之間的負反饋電阻Rdegl，以及負反饋驅動晶體管MD1，其與負反饋電阻Rdegl并聯(lián)插入在在第一負反饋電路節(jié)點XDll和第二負反饋電路節(jié)點XD12之間，并且具有連接到驅動端子XGl并且從那里接收驅動電壓Vtgcl的控制端子或柵極，該驅動端子XGl特別是柵極驅動端子XGl,該驅動電壓Vtgcl特別是柵極驅動電壓Vtgcl。根據(jù)本發(fā)明又一實施例，第二反饋晶體管MS12是二極管連接的并且具有連接到第二反饋電路節(jié)點XS12的控制端子或柵極，而第一反饋晶體管MSll則具有連接到又一輸出晶體管MOUTl的控制端子或柵極，該又一輸出晶體管MOUTl進而插入在第一正電源電壓參考VDD和輸出端子OUTl之間，如圖2所示。 在輸出端子OUTl上，驅動電路10提供電流值Ioutl，其根據(jù)以下關系與差分單元11的跨導值gm成比例Ioutl = gm*VosVos是電壓塊14提供至第二雙極晶體管T12的基極端子的恒定電壓值。實質上，包括差分單元11的驅動電路10的配置允許隨著施加至負反饋驅動晶體管MDl的柵極端子的柵極驅動電壓Vtgcl的變化而獲得與差分單元11自身的跨導gm具有線性關系的輸出電流值Ioutl，這是因為第二反饋晶體管MS12的二極管配置，差分雙極晶體管對Tll和T12適當偏移，特別是因為電壓塊14所提供的恒定電壓信號Vos。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖3所示，驅動電路10進一步包括由輸出晶體管MOUTl在輸出端子OUTl上提供的輸出電流值Iout與參考電流Iref的比較塊15。如隨后將進行解釋的，該參考電流Iref適當表現(xiàn)出與施加至比較塊15的差分輸入電壓的線性關系。該比較的結果對柵極驅動端子XGl進行驅動，這樣設置受控的驅動電壓Vtgcl。實際上，由于驅動電路10的布置，參考電流Iref的變化使得受控的驅動電壓Vtgcl至少在電流平衡之前，也就是滿足以下關系之前修改差分單元11的跨導值gml gml*Vos = Ioutl = Iref應當理解的是，無論驅動電壓Vtgcl和跨導gm之間的關系如何，由于反饋塊12、輸出晶體管MOUTl和比較塊15所形成的控制回路，差分單元11都允許獲得驅動電路10的跨導增益與參考電流Iref的線性相關性。特別地，比較塊15被配置為生成與輸入信號具有線性相關性的參考電流Iref。在其最為簡單的形式中，根據(jù)本發(fā)明的驅動電路10包括-差分單元11，其作為預期要驅動的所述跨導放大器的差分單元的拷貝并且包括插入在反饋塊12的反饋電路節(jié)點XSll和XS12與偏置塊13相應的負反饋電路節(jié)點XDll和XD12之間的至少一個第一晶體管Tll和一個第二晶體管T12，反饋塊12進而連接到第一正電源電壓參考VDD，偏置塊13進而連接到第二負電源電壓參考VSS，彼此并聯(lián)地插入在負反饋電路節(jié)點XDll和XD12之間的負反饋電阻Rdegl和負反饋驅動晶體管MD1，負反饋驅動晶體管MDl具有連接到驅動端子XGl的控制端子；以及
-比較塊15，其插入在第一電壓參考VDD和第二電壓參考VSS之間并且連接到驅動端子XG1，其向該驅動端子XGl提供受控的驅動電壓值Vtgcl。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，拷貝差分單元11在驅動端子XGl上提供與其跨導值gml成比例的輸出電流值Ioutl。此外，比較塊15在驅動端子XGl上提供與到比較塊15自身的輸入電壓具有線性關系的參考電流值Iref。該比較塊15的優(yōu)選實施例在圖4中示意性地示出。特別地，比較塊15包括第一差分晶體管對Ml和M2，在該示例中為P溝道MOS晶體管，第一差分晶體管對Ml和M2插入在內(nèi)部偏置節(jié)點YB和相應的第一內(nèi)部鏡像節(jié)點YSl和第二內(nèi)部鏡像節(jié)點YS2之間，并且具有連接到比較塊15自身的一對差分輸入INp和INn的相應的控制端子或柵極。內(nèi)部偏置節(jié)點YB通過在該示例中為P溝道MOS晶體管的又一偏置晶體管MOB進一步連接到第一正電源電壓參考VDD，該又一偏置晶體管MOB具有連接到其從那里接收又一偏置電壓Vbias2 的又一偏置端子XB2的控制端子或柵極。特別地，又一偏置電壓Vbias2施加在又一偏置晶體管MOB中流動并且分離到第一差分晶體管對Ml和M2中的電流。比較塊15進一步包括多個鏡像晶體管，特別是第一鏡像晶體管M3、第二鏡像晶體管M4和第三鏡像晶體管M5,它們在該示例中為N溝道MOS晶體管。第一鏡像晶體管M3插入在第二內(nèi)部鏡像節(jié)點YS2和第二負電源電壓參考VSS之間，是二極管配置的并且具有連接到第二內(nèi)部鏡像節(jié)點YS2并連接到第二鏡像晶體管M4的控制端子或柵極的控制端子或柵極，第二鏡像晶體管M4進而插入在柵極驅動端子XGl和第二負電源電壓參考VSS之間。此外，第三鏡像晶體管M5插入在第一內(nèi)部鏡像節(jié)點YSl和第二負電源電壓參考VSS之間，并且是二極管配置的且第三鏡像晶體管M5的控制端子或柵極連接到第一內(nèi)部鏡像節(jié)點YSI。特別地，在差分輸入電壓VINp和VINn處于輸入端子INp和INn上的情況下，差分晶體管對Ml和M2根據(jù)以下關系向第一鏡像晶體管M3提供鏡像電流Is Is = gmin* (VINp-VINn)gmin是差分晶體管Ml和M2所形成的差分單元的跨導值。因此獲得了參考電流Iref，其在第二鏡像晶體管M4中流動并且根據(jù)晶體管M3和M4的鏡像關系而與鏡像電流Is成比例。輸入電流被用于差分晶體管對Ml和M2，其與驅動電路10的差分單元11的輸出電流Iout不相關，參考電流Iref與差分輸入電壓VINp-VINn 直接成比例(或線性相關)。因此獲得了如圖5所示的驅動電路10。特別地，驅動電路10包括之前參考圖2、圖3和圖4所示的差分單元11和比較塊15。注意到，驅動電路10將電流Iout與對應于輸出端子OUTl的驅動端子XGl中的Iref進行比較，因為差分單元11的輸出晶體管MOUTl和比較塊15的第二鏡像晶體管M4的串聯(lián)連接，無需使用運算放大器而直接以電流工作。特別地，直接驗證出在輸出電流Iout增加時，柵極驅動端子XG電壓增加，但接近比較塊15的第二鏡像晶體管M4和參考電流Iref，特別地進行定位以使得lout = Iref，也就是調(diào)整差分單元11。
應當注意的是，為了差分單元11正常工作，使用如電壓塊14所提供并且被施加于第二雙極晶體管T12的控制端子或基極的、具有數(shù)毫伏的寬度的恒定電壓信號Vos就足以使得差分單元11的雙極晶體管發(fā)生偏移。在可替換實施例中，可能在不使用電壓塊14的情況下確保差分單元11的正確工作。在這種情況下，差分單元11的雙極晶體管Tll和T12在面積(area) Al和A2方面適當偏移。特別地，如圖6所示，第二雙極二極管T12的尺寸被確定成使得其具有是第一雙極晶體管Tll的面積Al的三倍的面積A2。差分單元11的這種配置允許保持雙極晶體管對的跨導gm不變，這是因為gm = Ic/VT其中Vt是等于kT/q的熱電壓，其中k是波爾茲曼(Boltzmann)常數(shù)，T是開爾文(Kelvin)溫度,而q是電子電荷；并且‘Ic是在第一雙極晶體管T11和第二雙極晶體管T12的集電極端子中流動的偏置電流。同時為每個雙極晶體管創(chuàng)建電壓差，等于Vbe = VT*ln(Ic/ISAT)其中Vbe是雙極晶體管的基極端子和發(fā)射極端子之間的電壓差；Vt是熱電壓；并且Isat是晶體管的飽和電流，其取決于晶體管自身的面積。雙極晶體管Tll和T12的面積偏移導致它們基極-發(fā)射極電壓之間的差異。以這種方式，由于這些晶體管的控制端子或基極連接到接地GND，所以負反饋電路節(jié)點XDll和XD12處于不同的電壓值。負反饋電路節(jié)點XD11和XD12之間的該電壓差異導致了通過負反饋電阻Rdegl和負反饋晶體管MDl的并聯(lián)的電流。該電流接近反饋晶體管MSll和MS12，并且第一反饋晶體管MSll的電流被輸出靜態(tài)MOUTl所鏡像，確保了電路整體的正確工作。根據(jù)本發(fā)明的該實施例，驅動電路10因此提供了要施加至負反饋驅動晶體管MDl的柵極端子的柵極驅動電壓值Vtgcl，從而獲得差分單元11的可控制且隨時間為線性的跨
導變化。根據(jù)本發(fā)明的驅動電路10可以被用于通過驅動電壓Vtgcl來驅動跨導系統(tǒng)的多個差分單元，該驅動電壓Vtgcl由于驅動電路10自身內(nèi)的回路而被自行控制。特別地，在甚至有2000-3000個單元的標準應用中，驅動電路10連接到大量差分單元LNA。為了確保所有差分單元的正確驅動，電壓緩沖器特別是運算放大器(由于其是常規(guī)的所以沒有示出)被插入在驅動節(jié)點XGl與到跨導系統(tǒng)中所要驅動的跨導放大器的差分晶體管單元的連接器之間，從而復制驅動電壓Vtgcl并且不給如以上所指出的那樣實現(xiàn)的控制回路增加過大的負載。也可以通過如圖7A中示意性示出的受電壓控制的驅動電路來實施根據(jù)本發(fā)明的方法。
在這種情況下，驅動電路10包括運算放大器OA并且直接連接到驅動電路10向它們提供驅動電壓值Vtgcl的多個單元，特別是2500個單元LNA1. . . LNA2500。如之前在圖2、圖3和圖5所示的實施例中所看到的，驅動電路10包括差分單元11，其是驅動電路10意在進行驅動的跨導放大器的基本結構的拷貝。特別地，差分單元11包括第一晶體管Tll和第二晶體管T12，在該示例中為雙極晶體管，第一晶體管Tll和第二晶體管T12插入在反饋塊12和偏置塊13之間，反饋塊12進而連接到第一電壓參考，特別是電源VDD，偏置塊13進而連接到第二電壓參考，特別是接地GND。電壓發(fā)生器Voff連接到雙極晶體管Tl I和T12的控制端子或基極，以用于使得差分單元發(fā)生偏移并獲得電流信號Idiff。如之前所看到的，第一雙極晶體管Tll插入在第一反饋電路節(jié)點XSll和第一負反饋電路節(jié)點XDll之間，而第二雙極晶體管T12插入在第二反饋電路節(jié)點XS12和第二負反饋電路節(jié)點XD12之間。特別地，反饋塊12包括第一反饋晶體管MS11，其插入在第一正電源電壓參考VDD和第一反饋電路節(jié)點XSll之間，并且具有連接到第二反饋晶體管MS12的控制端子或柵極的控制端子或柵極，該第二反饋晶體管MS12是二極管連接的并且進而插入在第一正電源電壓參考VDD和第二反饋電路節(jié)點XS12之間。此外，偏置塊13包括第一偏置電流發(fā)生器Gl和第二偏置電流發(fā)生器G2，它們被特別選擇為彼此相等，它們分別插入在第一負反饋電路節(jié)點XDll和第二負反饋電路節(jié)點XD12與接地GND之間。如前，差分單元11進一步包括插入在第一負反饋電路節(jié)點XDll和第二負反饋電路節(jié)點XD12之間的負反饋電阻Rdegl，以及與負反饋電阻Rdegl并聯(lián)插入在第一負反饋電路節(jié)點XDll和第二負反饋電路節(jié)點XD12之間，并且具有連接到驅動端子XGl特別是柵極驅動端子XGl并且從那里接收柵極驅動電壓Vtgcl特別是柵極驅動電壓Vtgcl的控制端子或柵極的負反饋驅動晶體管MD1。根據(jù)該可替換實施例，驅動電路10進一步包括運算放大器0A，其具有連接到驅動端子XGl的輸出端子。該運算放大器OA的存在允許直接驅動所要驅動的跨導放大器的多個差分晶體管單元。驅動電路10因此包括連接在正電源電壓參考VDD和節(jié)點Xref之間的第一電阻性元件R1。輸入電流發(fā)生器Gin連接到差分輸入端子IN+和IN-并且被其中的電壓所控制，其具有與圖5的比較塊15相同的功能。節(jié)點Xref連接到電流發(fā)生器Gin的輸出端子。在這種情況下，使得輸入電流發(fā)生器Gin的電流在第一電阻性元件Rl中流動，參考電壓VA被設置在節(jié)點Xref上并且因此被設置在運算放大器OA的第一輸入端子A上，從而允許進行電壓比較。特別地，參考電流Iref在第一電阻性元件Rl中流動，其與施加至輸入端子IN+和IN-的差分電壓信號成比例。
此外，第一電阻性元件Rl連接至運算放大器OA第一輸入端子A特別是反相輸入端子(_)，該運算放大器OA進而具有通過第二電阻性元件R2連接至正電源電壓參考VDD的第二輸入端子B，特別是非反相輸入端子(+)。運算放大器OA的第二輸入端子B進一步連接到第一反饋電路節(jié)點XSlI。
特別地，第一電阻性元件Rl和第二電阻性元件R2被選擇為彼此相等。應當注意的是，在第一反饋電路節(jié)點XSll處來自差分單元11的輸出電流Ioutl與其實際為控制參數(shù)的跨導成比例。特別地，輸出電流Ioutl等于第一電流Il和第二電流12之間的差，上述第一電流Il在第一雙極晶體管Tll中流動，上述第二電流12在第二反饋晶體管MS12(來自于第二雙極晶體管T12)中流動，并且因此在第一反饋晶體管MSll中流動，該第一反饋晶體管MSll與該第二反饋晶體管MS12在鏡像配置中。由于第二電阻性元件R2，這樣的輸出電流Ioutl生成了施加至運算放大器OA的第二輸入端子B的電壓值VB，上述運算放大器OA由于其自身的虛擬接地原理而趨向于使電壓值VB等于施加至其第一輸入端子A的電壓值VA，該電壓值VA進而由于電流Iref所獲得。以這種方式，改變參考電流Iref，運算放大器OA發(fā)生偏移，導致其輸出端子上的 驅動電壓Vtgcl的變化，結果導致差分單元11的等效電阻Req的變化。特別地，根據(jù)適用于第一反饋電路節(jié)點XSll的Kirchhoff法則，電流Iref在該等效電阻Req中流動，等于輸出電流Ioutl的一半。特別地，由于通過第一雙極晶體管Tll的電流Il等于第一偏置電流發(fā)生器Gl所提供的偏置電流Ibias加上在等效電阻Req中流動的電流Ireq(Il =Ibias+Ireq)，并且通過第二雙極晶體管T12的電流12等于第二偏置電流發(fā)生器G2所提供的偏置電流Ibias (并且等于第一偏置電流發(fā)生器所提供的偏置電流Ibias)減去在等效電阻Req中流動的電流Ireq (12 = Ibias-Ireq),所以在該第一反饋電路節(jié)點XSll中，具有Ioutl+12-Il = O,也就是 Ioutl = Ibias+Ireq-Ibias+Ireq = 2*Ireq實際上，包括驅動電路10和運算放大器OA的回路改變了驅動電路10自身的差分單元11的跨導，并且由于最終比較電壓而不是電流結果改變了要施加至單元LNA1. . . LNA2500的驅動電壓值Vtgcl，但是無論如何都實施了根據(jù)本發(fā)明的驅動方法。特別地，根據(jù)該可替換實施例，驅動電路10包括比較塊15，比較塊15連接至節(jié)點Xref并且通過連接到差分輸入端子IN+、IN-且由其中的電壓控制的輸入發(fā)生器Gin所實現(xiàn)。此外，驅動電路10包括運算放大器OA以及第一電阻性元件Rl和第二電阻性元件R2，這樣的比較塊15因此通過運算放大器OA以及第一電阻性元件Rl和第二電阻性元件R2而與第一反饋電路節(jié)點XSll相關聯(lián)。在這種情況下，進行電壓比較，參考電流VA被設置在節(jié)點Xref上并且因此被設置在運算放大器OA的第一輸入端子上，使得輸入發(fā)生器Gin所提供的電流在第一電阻性元件Rl中流動。應當注意的是，如圖7B所示，隨著偏移電壓值Voff變化，可能從驅動電路10的差分單元11獲得差分輸出電流Ioutl。差分對的偏移電壓Voff的值在設計步驟中建立?？傊?，根據(jù)本發(fā)明實施例的驅動方法提供了能夠獲得可控制的且隨時間為線性的跨導變化的驅動電壓值，該驅動電壓由于驅動電路自身內(nèi)的回路而實際上是自行控制的。特別地，驅動電路提供了能夠對這樣的驅動電路所連接的放大器的非線性增益變化進行補償?shù)尿寗与妷?。根?jù)本發(fā)明的實施例，實施這樣的方法的驅動電路能夠通過使用單個回路所獲得的受控的驅動電壓來驅動跨導系統(tǒng)中的多個跨導單元，這些單元甚至任選地為大的數(shù)目。顯然，旨在滿足偶然和特殊需求的本領域技術人員將會對以上所描述的驅動方法和電路進行若干修改，這些全部處于如以下權利要求所限定的本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種利用跨導放大器的負反饋驅動晶體管(MDl)的驅動電壓值(Vtgcl)的調(diào)整獲得所述跨導放大器的線性增益變化的驅動方法，該跨導放大器為包括至少一個差分晶體管單元的類型，所述方法特征在于，其包括以下步驟 -生成作為所述跨導放大器的所述差分晶體管單元的拷貝的差分單元(11)的輸出電流信號(Ioutl)，隨著所述驅動電壓(Vtgcl)變化，所述輸出電流信號(Ioutl)與所述拷貝差分單元(11)的跨導值(gml)具有線性關系； -生成與差分輸入電壓具有線性關系的參考電流信號(Iref)； -將所述輸出電流信號(Ioutl)和所述參考電流信號(Iref)進行比較以便調(diào)整所述驅動電壓值(Vtgcl)并且修改所述拷貝差分單元(11)的所述跨導值(gml)直至所述電流信號(Ioutl, Iref)平衡。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述生成所述拷貝差分單元(Ioutl)的輸出電流信號(Ioutl)的步驟包括偏移所述拷貝差分單元(11)中所包括的一對晶體管(T11，T12)的步驟。
3.一種跨導系統(tǒng)，包括連接到進而包括至少一個差分晶體管單元的跨導放大器的驅動電路(10)，其特征在于，所述驅動電路(10)包括 -差分單元(11)，其作為所述跨導放大器的所述差分單元的拷貝并且包括插入在進而連接到第一電壓參考(VDD)的反饋塊(12)的相應的反饋電路節(jié)點(XSlI，XS12)和進而連接到第二電壓參考(VSS)的偏置塊(13)的相應的負反饋電路節(jié)點(XD11，XD12)之間的至少一個第一晶體管和一個第二晶體管(Tll，T12)，彼此并聯(lián)地插入在所述負反饋電路節(jié)點(XD1LXD12)之間的負反饋電阻(Rdegl)和負反饋驅動晶體管(MDl)，所述負反饋驅動晶體管(MDl)具有連接到驅動端子(XGl)的控制端子；以及 -比較塊(15)，其插入在所述第一電壓參考和第二電壓參考(VDD，VSS)之間并且連接到所述驅動端子(XG1)，所述比較快(15)向所述驅動端子(XGl)提供受控驅動電壓值(Vtgcl)； 所述拷貝差分單元(11)在所述驅動端子(XGl)上提供與其跨導值(gml)成比例的輸出電流值(Ioutl)，并且所述比較塊(15)在所述驅動端子(XGl)上提供與到所述比較塊(15)的輸入電壓具有線性關系的參考電流值(Iref)。
4.根據(jù)權利要求3所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述驅動電路(10)進一步包括輸出晶體管(MOUTl)，其插入在所述第一電壓參考(VDD)和所述驅動端子(XGl)之間并且連接至第一反饋電路節(jié)點(XSll)。
5.根據(jù)權利要求3所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋塊(12)包括分別插入在所述第一電壓參考(VDD)和所述反饋電路節(jié)點(XS11，XS12)之間的至少一個第一反饋晶體管和一個第二反饋晶體管(MS11，MS12)，所述第二反饋晶體管(MS12)是二極管連接的并且所述第一反饋晶體管(MSll)具有連接至所述輸出晶體管(MOUTl)的控制端子的控制端子。
6.根據(jù)權利要求3所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述比較塊(15)包括 -差分晶體管對(Ml，M2)，其插入在內(nèi)部偏置節(jié)點(YB)和相應的第一內(nèi)部鏡像節(jié)點和第二內(nèi)部鏡像節(jié)點(YS1，YS2)之間，并且具有連接到一對差分輸入(INp，INn)的相應的控制端子；以及 -多個鏡像晶體管(M3，M4，M5)，分別連接到所述第一內(nèi)部鏡像節(jié)點和第二內(nèi)部鏡像節(jié)點(YS1，YS2)以及到所述驅動端子(XGl)，還到所述第二電壓參考(VSS)。
7.根據(jù)權利要求6所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述多個鏡像晶體管(M3，M4，M5)至少包括 -第一鏡像晶體管(M3)，其插入在所述第二內(nèi)部鏡像節(jié)點(YS2)和所述第二電壓參考(VSS)之間，其是二極管配置的并且具有連接到所述第二內(nèi)部鏡像節(jié)點(YS2)的控制端子； -第二鏡像晶體管(M4)，其進而插入在所述驅動端子(XGl)和所述第二電壓參考(VSS)之間，并且具有連接到所述第一鏡像晶體管(M3)的所述控制端子的控制端子；以及 -第三鏡像晶體管(M5)，其插入在所述第一內(nèi)部鏡像節(jié)點(YSl)和所述第二電壓參考(VSS)之間，并且是二極管配置的且所述第三鏡像晶體管(M5)的控制端子連接到所述第一內(nèi)部鏡像節(jié)點(YSl)。
8.根據(jù)權利要求7所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述比較塊(15)進一步包括偏置晶體管(MOB)，所述偏置晶體管(MOB)插入在所述第一電壓參考(VDD)和所述內(nèi)部偏置節(jié)點(YB)之間，并且具有連接到其從那里接收又一偏置電壓(Vbias2)的又一偏置端子(XB2)的控制端子。
9.根據(jù)權利要求3所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述拷貝差分單元(11)的第一晶體管和第二晶體管(T11，T12)被偏移。
10.根據(jù)權利要求9所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述第一晶體管(Tll)具有連接到又一電壓參考(GND)的控制端子，并且所述第二晶體管(T12)具有連接到電壓塊(14)的控制端子，該電壓塊(14)進而連接到所述又一電壓參考(GND)并且適于向所述控制端子提供能夠偏移所述拷貝差分單元(11)的所述第一晶體管和第二晶體管(Tll，T12)的恒定電壓信號(Vos)。
11.根據(jù)權利要求9所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述拷貝差分單元(11)的所述第一晶體管和第二晶體管(T11，T12)具有連接到又一電壓參考(GND)的控制端子并且在面積(A1，A2)方面有所偏移。
12.根據(jù)權利要求3所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述偏置塊(13)包括分別插入在所述負反饋電路節(jié)點(XD11，XD12)和所述第二電壓參考(VSS)之間的第一偏置晶體管和第二偏置晶體管(MB11，MB12)，并且所述第一偏置晶體管和第二偏置晶體管(MB11，MB12)具有相互連接并且連接到它們從那里接收偏置電壓(Vbiasl)的偏置端子(XBl)的控制端子。
13.根據(jù)權利要求3所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述比較塊(15)包括輸入電流發(fā)生器(GIN)，其由差分輸入電壓所控制并且通過至少一個運算放大器(OA)連接到第一反饋電路節(jié)點(XSll)，所述運算放大器(OA)進而具有連接到所述驅動端子(XGl)的輸出端子。
14.根據(jù)權利要求13所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述驅動電路(10)進一步包括第一電阻性元件和第二電阻性元件(Rl，R2)，其插入在所述第一電源電壓參考(VDD)和所述運算放大器(OA)的相應的第一輸入端子和第二輸入端子(A，B)之間，所述第二輸入端子(B)進一步連接到所述第一反饋電路節(jié)點(XSll)。
15.根據(jù)權利要求14所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋塊(12)包括第一反饋晶體管(MSll)，其插入在所述第一電源電壓參考(VDD)和所述第一反饋電路節(jié)點(XSll)之間并且具有連接到第二反饋晶體管(MS12)的控制端子的控制端子，所述第二反饋晶體管(MS12)是二極管連接的并且進而插入在所述第一電源電壓參考(VDD)和第二反饋電路節(jié)點(XS12)之間。
16.根據(jù)權利要求15所述的跨導系統(tǒng)，其特征在于，所述偏置塊(13)包括分別插入在所述第一負反饋電路節(jié)點和第二負反饋電路節(jié)點(XD11，XD12)與所述第二電壓參考(GND)之間的第一偏置電流發(fā)生器和第二偏置電流發(fā)生器(Gl，G2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用跨導放大器的負反饋驅動晶體管(MD1)的驅動電壓值(Vtgc1)的調(diào)整獲得所述跨導放大器的線性增益變化的驅動方法，該跨導放大器為包括至少一個差分晶體管單元的類型，該方法包括以下步驟生成作為所述跨導放大器的所述差分晶體管單元的拷貝的差分單元(11)的輸出電流信號，隨著所述驅動電壓(Vtgc1)變化，所述輸出電流信號與所述拷貝差分單元(11)的跨導值具有線性關系；生成與差分輸入電壓具有線性關系的參考電流信號；將所述輸出電流信號和所述參考電流信號進行比較以便調(diào)整所述驅動電壓值(Vtgc1)并且修改所述拷貝差分單元(11)的所述跨導值直至所述電流信號平衡。
文檔編號H03G1/00GK102668373SQ201080051802
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2009年11月30日
發(fā)明者D·榮奇, G·里科蒂, M·阿爾伯蒂尼, S·羅西 申請人:意法半導體股份有限公司