專利名稱：前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及改進(jìn)性能的集成電路放大器，更特別地是本發(fā)明涉及改進(jìn)集成電路放大器的輸入級(jí)，使放大器的帶寬和穩(wěn)定性得以改善。
背景技術(shù)：
:高性能集成電路運(yùn)算放大器通常被電路元件在信號(hào)路徑中引入的相位延遲所限制。例如，一個(gè)重要的限制因素是由于信號(hào)路徑中橫向PNP三極管的糟糕的頻率特性。在傳統(tǒng)的多級(jí)集成運(yùn)算放大器中，例如LM118，橫向PNP三極管用于電平轉(zhuǎn)換級(jí)和差分輸入級(jí)與主增益級(jí)之間的差分-單端轉(zhuǎn)化級(jí)。橫向PNP三極管的低頻特性引入一個(gè)極，該極為運(yùn)算放大器的開環(huán)傳遞函數(shù)。該極限制了放大器的整體增益頻率，且引入的相位移降低了放大器的穩(wěn)定性。減小PNP三極管上該限制的一種普遍方法是利用前饋補(bǔ)償。這種類型補(bǔ)償?shù)哪康氖鞘骨梆侂娙萜骼@過高頻率的電平轉(zhuǎn)移器。電平轉(zhuǎn)換器很適合這個(gè)過程，因?yàn)樗妮敵鍪且粋€(gè)高阻抗結(jié)點(diǎn)。前饋電容的使用，例如，在前面提到的LM118電路中，在高頻信號(hào)差分輸入級(jí)中，同相輸入的輸出端通過前饋電容耦合到電平轉(zhuǎn)換器的單端輸出。此外，傳統(tǒng)的前饋放大器，如LM118，通過橫向PNP緩慢地消除一半的高頻信號(hào)，該放大器是“單端”的并聯(lián)電容，該并聯(lián)電容耦合到差分輸入級(jí)的反相輸入的輸出端。結(jié)合前饋補(bǔ)償，大大延長(zhǎng)了常規(guī)運(yùn)算放大器的帶寬。在傳統(tǒng)的電路上使用上述并聯(lián)電容器，差分輸入級(jí)的分流輸出提供給電平轉(zhuǎn)移級(jí)，作為一個(gè)參考電壓源來保持差分電平轉(zhuǎn)換器的偏置平衡。眾所周知，提供給電平轉(zhuǎn)換器的差分輸入?yún)⒖茧妷菏侵匾?，為了保持放大器的輸入偏移電壓盡可能小，應(yīng)該跟蹤電平轉(zhuǎn)換器的其它差分輸入的“直流分量”。在相同的共模輸入放大器的應(yīng)用中(即假設(shè)放大器電路的差分輸入端被捆綁在一起)以及在共模輸入放大器運(yùn)行范圍內(nèi)，本文中所指的放大器電路中將出現(xiàn)電壓或電流組成的“直流分量”。當(dāng)提供差分輸入信號(hào)時(shí)，電流或電壓可進(jìn)一步包括一個(gè)“信號(hào)成分”。然而，并聯(lián)電容器對(duì)運(yùn)算放大器的性能有不利的影響。并聯(lián)電容在放大器的開環(huán)響應(yīng)處形成一個(gè)偶極子。偶極子的極點(diǎn)和零點(diǎn)被柵極所隔開，使放大器具有較差的調(diào)整時(shí)間的特性，即在輸入改變后，在一定的極值范圍之內(nèi)，放大器的輸出所占的時(shí)間提高了。在放大器的輸入級(jí)提供一個(gè)新的參考電壓發(fā)生器，使前饋補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)放大器的特性得到改善。參考電壓跟蹤差分輸入級(jí)的輸出電壓中的直流分量，因?yàn)闆]有差分信號(hào)，所以不需要并聯(lián)電容器。這消除了來自并聯(lián)電容器產(chǎn)生的放大器傳遞函數(shù)的偶極子。改善的放大器提供無穩(wěn)定時(shí)間問題的更大帶寬。申請(qǐng)人進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到其他類型集成放大器的特性，如儀表放大器可以用類似的方式進(jìn)行改進(jìn)。另一個(gè)對(duì)常規(guī)集成電路放大器高頻性能限制的是由差分至單端信號(hào)轉(zhuǎn)換的電流鏡像電路引入的相移。電流鏡像電路到在放大器中引入一個(gè)極，削弱了放大器帶寬的穩(wěn)定性。在常規(guī)集成電路運(yùn)算放大器中，并沒有減少鏡像電流延遲的影響。
鑒于上述情況，提供一個(gè)參考電壓發(fā)生器，跟蹤差分輸入級(jí)輸出的直流分量，并提供一個(gè)參考電壓到電平轉(zhuǎn)換器，以致前饋補(bǔ)償可以用來提供一個(gè)無穩(wěn)定時(shí)間問題的擴(kuò)展帶寬。本發(fā)明的技術(shù)解決方案:參考電壓發(fā)生器跟蹤差分輸入級(jí)輸出的無信號(hào)直流成分，并為差分放大器的第二級(jí)提供參考電壓。為了優(yōu)化它的跟蹤能力，參考電壓發(fā)生器的元件最好與差分輸入級(jí)某一側(cè)的相應(yīng)元件一致且特性匹配
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的參考電壓發(fā)生器體現(xiàn)在集成電路運(yùn)算放大器中。在具體的體現(xiàn)中，參考電壓發(fā)生器包括一個(gè)NPN三極管，一個(gè)電流源和一個(gè)負(fù)載電阻。三極管的發(fā)射極由電流源和集電極通過負(fù)載電阻連接到放大器的正極。通過負(fù)載電阻產(chǎn)生的電流保持三極管集電極電壓。因此，一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓不需要旁路電容獲得。參考電壓發(fā)生器是通過三極管的基極耦合到一側(cè)的差分輸入級(jí)中相應(yīng)三極管的基極，來追蹤輸入級(jí)輸出電壓中的直流分量。進(jìn)一步的追蹤可以使用常規(guī)設(shè)計(jì)、布局和修剪技術(shù)的電壓發(fā)生器電路來獲得參考電壓發(fā)生器和差分輸入級(jí)之間相匹配的精度。本發(fā)明的參考電壓發(fā)生器的體現(xiàn)，在集成電路儀表放大器中也作了描述。對(duì)比文獻(xiàn)，發(fā)明專利:采用MOS器件實(shí)現(xiàn)的低功耗帶寬倍增運(yùn)算放大器，申請(qǐng)?zhí)?201110061084.6 ；發(fā)明專利:高帶寬低功耗頻率補(bǔ)償三級(jí)運(yùn)算放大器，申請(qǐng)?zhí)?201010245853.3。


:根據(jù)下面相應(yīng)圖紙的詳細(xì)說明，上述的和其他發(fā)明對(duì)象的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。部分器件的參考字符已在圖中標(biāo)明。圖1為一個(gè)前饋補(bǔ)償電路的傳統(tǒng)運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)化框圖。圖2為一個(gè)采用前饋補(bǔ)償和一個(gè)獨(dú)立的參考電壓源的運(yùn)算放大器簡(jiǎn)化框圖，為本發(fā)明作更詳盡的說明。圖3為一個(gè)運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)化框圖，包括本發(fā)明的參考電壓發(fā)生器和常規(guī)的電平轉(zhuǎn)換器。圖4為一個(gè)采用前饋補(bǔ)償?shù)某Ｒ?guī)儀表放大器的簡(jiǎn)化框圖。圖5為在圖4的儀表放大器中的本發(fā)明的參考電壓發(fā)生器的簡(jiǎn)化框圖。
具體實(shí)施方式
:圖1顯示了一個(gè)采用前饋補(bǔ)償?shù)某Ｒ?guī)多級(jí)運(yùn)算放大器100的簡(jiǎn)化框圖。三極管101和102，電阻器105、108和109，電流源103和104形成一個(gè)常規(guī)差分輸入級(jí)116。三極管101和102的發(fā)射極通過電阻105連接在一起，是差分輸入電壓在差分輸入級(jí)116的同相輸入116和反相輸入107之間，導(dǎo)致電流流向電阻105。該電流與三極管101和102的集電極電流不同。集電極通過具有相同電阻的負(fù)載108和109連接到正電源電壓。因此，不同的集電極電流導(dǎo)致兩個(gè)集電極之間出現(xiàn)了差分輸出電壓。這種差異電壓反饋到電平轉(zhuǎn)換器110的輸入端。電平轉(zhuǎn)換器110包括一個(gè)PNP型電平轉(zhuǎn)換級(jí)I IOa驅(qū)動(dòng)一個(gè)NPN電流鏡像110b，作為圖1所示的典型常規(guī)運(yùn)算放大器電路。PNP型三極管IlOc和110d，以及二極管110e、電阻器IlOf和IlOg組成PNP型電平轉(zhuǎn)換級(jí)110a，放大器的傳遞函數(shù)中引入了一個(gè)極，導(dǎo)致過剩的相移，產(chǎn)生了對(duì)放大器穩(wěn)定性不利的影響。因此，頻率補(bǔ)償是需要的。這就是傳統(tǒng)的技術(shù)，被稱“窄帶”，當(dāng)放大器的增益越來越大，單位增益頻率是安全的相位幅度。如圖所示的運(yùn)算器放大器100，是一種傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器電路，高頻率負(fù)反饋是通過一個(gè)“米勒效應(yīng)”電容器111從增益級(jí)112的輸出端113反饋到電平轉(zhuǎn)換器110的輸入端。窄帶嚴(yán)重限制了運(yùn)算放大器的帶寬。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)放大器被很寬的帶寬使用時(shí)，簡(jiǎn)單的窄帶補(bǔ)償是不能令人滿意的。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的同時(shí)，最大限度地提高帶寬，除了窄帶，往往使用前饋補(bǔ)償。這種類型的補(bǔ)償，不僅僅去除高頻率的增益而且相位移的電流源也被去除。窄帶被用來保持穩(wěn)定，增益的頻率卻大幅度的增加，例如通過減少電容器111的電容。在圖1中，電容器114顯示了一個(gè)典型的常規(guī)前饋補(bǔ)償方案。在電平轉(zhuǎn)換器110處PNP三極管IlOc和IlOd的低頻特性通過電平轉(zhuǎn)換器的高頻信號(hào)被抵消。電容器114的作用是增加主導(dǎo)極點(diǎn)的頻率，從而增加放大器的增益帶寬。如前所述，電平轉(zhuǎn)換器110包括一個(gè)實(shí)現(xiàn)差分-單端信號(hào)轉(zhuǎn)換的電流鏡像電路110b。高頻的差分-單端轉(zhuǎn)換由電容器115實(shí)現(xiàn)。該電容器有效地分流了三極管102集電極上的交流信號(hào)成分，使該信號(hào)作為參考電壓應(yīng)用到電平轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輸入端y。三極管101集電極的信號(hào)可以被視為一個(gè)被應(yīng)用到電平轉(zhuǎn)換器的第二輸入端X的單端信號(hào)。為了減少通過三極管IlOd上的信號(hào)量，三極管102的集電極電壓應(yīng)包含盡可能少的交流信號(hào)。在傳統(tǒng)的電路中，采用盡可能大的并聯(lián)電容器。大電容值往往是通過片外分立電容器的集成電容器115獲得。然而，即使它有一個(gè)非常大的值，但電容器115的缺點(diǎn)在于引入了一個(gè)零極點(diǎn)對(duì)到放大器的開環(huán)傳遞函數(shù)中。電容器115對(duì)小信號(hào)特性有較小的影響，但它增加了放大器的穩(wěn)定時(shí)間。因此，一種新的方式，即為前饋補(bǔ)償提供大的寬帶來增加的穩(wěn)定性。而在同一時(shí)間，消除與由電容器引入的偶極子有關(guān)的較長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間的問題。具體來說，提供電平轉(zhuǎn)換器110的參考電壓來改善電路是必要的。圖2顯示了具有一個(gè)參考電壓發(fā)生器電路200a的前饋補(bǔ)償放大器200的一個(gè)原理框圖，旨在根據(jù)本發(fā)明的原則滿足要求。放大器200的目的是介紹和說明在圖3中本發(fā)明首選的體現(xiàn)。在放大器200中，一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓從新的電壓發(fā)生器200a供應(yīng)給電平轉(zhuǎn)換器110，而不是從三極管102的集電極提供。電流源103和201基本上是相同的，負(fù)載電阻108和202也大致相同。因此，忽略基極電流和電流源的缺陷，在節(jié)點(diǎn)203處穩(wěn)定的參考電壓Vkef跟蹤三極管101的集電極電壓的無直流成分。從而不再需要三極管102集電極上的分流信號(hào)，電容器115可以被去除。從一個(gè)單獨(dú)的電流源驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的參考電壓消除了開環(huán)偶極子，也解決了穩(wěn)定時(shí)間問題。重要的是，參考電壓跟蹤單端信號(hào)的直流分量。如果這些電壓不同，電平轉(zhuǎn)換可以用來解釋放大的輸入信號(hào)的差異。這種差異的影響必須通過在放大器的輸入端輸入一個(gè)非零電壓來去除。在運(yùn)算放大器中輸入偏置電壓的一個(gè)重要參數(shù)要求是盡可能的小。因此，重要的是盡量減少直流失調(diào)。在實(shí)踐中，圖2電路的缺點(diǎn)在于，提供給電平轉(zhuǎn)換級(jí)的電壓會(huì)阻止它最大限度地減少直流失衡。首先，三極管101的集電極電流小于它的發(fā)射極電流，即發(fā)射極電流等于其基極電流。其次，由于電流源103的有限輸出阻抗，共模輸入電壓引起三極管101和102的集電極電流改變。這些影響無法彌補(bǔ)圖2電路。因此，在實(shí)踐中，電壓Vkef可能和三極管101的集電極電壓的無直流成分不一樣。圖2電路的缺點(diǎn)在圖3電路中的常規(guī)運(yùn)算放大器100的簡(jiǎn)化框圖中被消除。運(yùn)算放大器300包括一個(gè)輸入級(jí)316的精確參考電壓發(fā)生器300a，輸入級(jí)316跟蹤三極管101集電極電壓的直流分量。該電路來源于圖2，包含三極管301。三極管301、負(fù)載電阻202和電流源201組成精確的參考電壓發(fā)生器電路300a。這些成分是最好的設(shè)計(jì)和布局來匹配裝置的特點(diǎn)并各自連接相同的結(jié)構(gòu)如元件101、108和103。電流源103、104和201包括三個(gè)基本相同的NPN三極管302、304和306，完美地連接到一個(gè)共同的偏置電SVbias來提供與之匹配的電流源偏置。偏置電SVbias以任何常規(guī)方式產(chǎn)生。在圖3的電路中，三極管101的基極和301的基極連接在一起。這可以消除圖2電路的缺點(diǎn)。在圖3的電路中，三極管101和301有相同的基極、發(fā)射極和集電極電流。此夕卜，假設(shè)相應(yīng)的電路元件以精確的匹配為首選時(shí)，任何共模輸入信號(hào)會(huì)影響電流源103和201的輸出。因此，三極管301的集電極電壓準(zhǔn)確地跟蹤三極管101集電極電壓的直流分量。然而，作為充分的解釋，從電阻105到三極管101的集電極電壓中三極管301的集電極電壓的成分不遵循波動(dòng)性。當(dāng)差分輸入應(yīng)用到端子106和107上時(shí)，由于差分電流流過發(fā)射極電阻105，電壓信號(hào)成分出現(xiàn)在三極管101的集電極上。沒有電阻連接到三極管301的發(fā)射極，所以沒有電流流過集電極，也沒有電壓成分。因此，三極管301的集電極作為一個(gè)參考電壓源與三極管101集電極電壓的直流分量有相同的值。這為電平轉(zhuǎn)換器110提供均衡的輸入。提供給電平轉(zhuǎn)換器110的理想?yún)⒖夹盘?hào)的跟蹤能力可以通過正在執(zhí)行的運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)，集成電路的參考電壓發(fā)生器電路與圖3的輸入級(jí)316的差分部分一側(cè)的元件基本相同。當(dāng)然，放大器電路中的差分輸入級(jí)與圖3使用的不同，參考電壓發(fā)生器可以設(shè)定為相同的特定輸入級(jí)。很明顯，本發(fā)明的參考電壓發(fā)生器可用于各種常規(guī)差分電平轉(zhuǎn)換級(jí)。首選是在放大器的集成電路實(shí)施中，設(shè)計(jì)和布局參考電壓發(fā)生器電路300a的元件，以致參考電壓發(fā)生器電路300a的溫度系數(shù)和其他相關(guān)特性被精確的匹配到相應(yīng)輸入級(jí)316 —側(cè)的差分部分的設(shè)備中。這可以通過使用已知的常規(guī)集成電路器件的設(shè)計(jì)和布局技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。外部可調(diào)零電阻網(wǎng)絡(luò)、電阻可調(diào)網(wǎng)絡(luò)和輸入偏置電流補(bǔ)償，所有可實(shí)施使用的傳統(tǒng)技術(shù)，也可以用來進(jìn)一步減少在輸入級(jí)的直流失調(diào)和偏差錯(cuò)誤。另一方面，參考電壓的跟蹤能力是可以被接受的，本發(fā)明極少的精確方法可以被使用。例如，使用電流源和參考電壓發(fā)生器電路300a上的電阻，可能產(chǎn)生一個(gè)跟蹤參考電壓。但對(duì)那些輸入級(jí)差分部分的比例，三極管301集電極上的直流電壓仍然可以跟蹤三極管101集電極電壓的無直流成分。此外，參考電壓發(fā)生器電路300a可以被使用，以致它連接到圖3所示的輸入級(jí)300a差分部分的反相一側(cè)而不是正相一側(cè)。
本發(fā)明精確的參考電壓發(fā)生器可以用于各種電路中，除了圖1到3所示的運(yùn)算放大器電路，且需要一個(gè)參考電壓跟蹤第二電壓的直流分量。下面討論的一個(gè)例子是前饋補(bǔ)償?shù)膬x表放大器。儀表放大器被設(shè)計(jì)為具有很高的共模抑制比，處理預(yù)定的增益，并在反相和非反相輸入處具有較高的輸入阻抗。圖4為一個(gè)前饋補(bǔ)償?shù)某Ｒ?guī)儀表放大器400的簡(jiǎn)化示意圖。該電路包括:兩個(gè)反饋負(fù)載電阻108和109的差分跨導(dǎo)級(jí)413和414 ;一個(gè)包含電平轉(zhuǎn)換級(jí)110、主增益級(jí)112和前饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電壓增益模塊403，前饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包含電容器111和114 ;還有包含電阻406和407的反饋網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用于跨導(dǎo)級(jí)413的反相106和同相107輸入端的差分輸入電壓，引起差分電流流入負(fù)載電阻108和109，并導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)401和402處的電壓不同。然而，增益模塊403連接在負(fù)反饋回路上，以平衡在結(jié)點(diǎn)401和402處的電壓。這個(gè)等式是由結(jié)點(diǎn)404和405間的差分電壓基本相等和結(jié)點(diǎn)106和107間的極性相反來實(shí)現(xiàn)的。這會(huì)導(dǎo)致流過三極管408和409的電流來平衡三極管101和102的電流，使流過電阻108和109的電流與之相等。電阻406和407設(shè)定儀表放大器的增益。前饋補(bǔ)償儀表放大器工作在相同的方式下，即圖1是使用電容器111、114和115的運(yùn)算放大器。在這之前，電容器115引起一個(gè)偶極子出現(xiàn)在傳遞函數(shù)處，這導(dǎo)致了很長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。圖5所示的儀表放大器500中，穩(wěn)定時(shí)間問題通過使用本發(fā)明的前饋參考電壓發(fā)生器500a被消除。在這個(gè)電路中，增益模塊403中的電平轉(zhuǎn)換器110的參考電壓來自參考電壓發(fā)生器500a而不是被電容器115并聯(lián)的三極管102和409的集電極所提供。因此，電容器115對(duì)放大器傳遞函數(shù)的影響被消除，且引起很長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間的偶極子也被消除。如圖5所示，參考電壓發(fā)生器500a包括含有NPN三極管301和與負(fù)載電阻202串聯(lián)的電流源201的第一電路分支。在圖3的運(yùn)算放大器電路中，NPN三極管301和電流源201被設(shè)計(jì)為配合差分跨導(dǎo)級(jí)413的相應(yīng)元件。又如圖3所示，電流源103、104和201可以組成圖5所示的三個(gè)有著相同的電阻303、305和307，三個(gè)有著相同的三極管302、304和306,它們由一個(gè)共同偏置電壓Vbias驅(qū)動(dòng)。由于負(fù)載電阻108控制三極管101和408相結(jié)合的集電極電流，負(fù)載電阻109控制三極管102和409相結(jié)合的集電極電流，在圖3中，負(fù)載電阻108和109的電阻值從各自放大器的負(fù)載電阻108和109上被減小，這是理想的，在圖5的電阻上產(chǎn)生同一個(gè)直流偏置電壓，如在圖3電路。例如，圖5的直流電源103、104、410和411被設(shè)計(jì)為有額定電流值，每個(gè)大約相當(dāng)于圖3電流源103和104的值，然后，圖5中負(fù)載電阻108和109的電阻值應(yīng)該大約是圖3各自電阻值的一半，得到相同的直流偏置電壓。此外，如果參考電壓發(fā)生器電路500a只包括上述的連接到負(fù)載電阻202的第一分支——本發(fā)明在儀表放大器中的一個(gè)簡(jiǎn)單而有用的實(shí)施，負(fù)載電阻202的電阻值將是電阻108或109的兩倍，產(chǎn)生一個(gè)參考電壓Veef跟蹤三極管101和408集電極電壓的無直流成分。然而，如圖5所示的集成電路儀表放大器的共模抑制比可以通過連接到跨導(dǎo)級(jí)414上額外電路分支的參考電壓發(fā)生器電路500a所提供。額外的電路分支包括NPN三極管502和電流源504，相同的三極管408和電流源410以及負(fù)載電阻202上的傳導(dǎo)電流。電流源504、410和411可能組成大量相同的電路，每個(gè)電路包括一個(gè)三極管(506、508和510)和一個(gè)發(fā)射極電阻(507、509和511)并可能由一個(gè)共同的偏置電壓驅(qū)動(dòng)(如圖5所不,相同的偏置電壓Vbias適合于電流源201、103和104)。電流源504、410和411可能與電流源201、103和104發(fā)射極電阻不同，輸入跨導(dǎo)級(jí)413和反饋跨導(dǎo)級(jí)電流的相對(duì)量是不同的。本發(fā)明的參考電壓發(fā)生器的電路500a的一個(gè)電路分支連接到跨導(dǎo)級(jí)413和414，如圖5所示，負(fù)載電阻202的電阻值大體上等于負(fù)載電阻108和109，因?yàn)樨?fù)載電阻202傳導(dǎo)電阻108和109相結(jié)合的電流。如圖3的放大器，已知的常規(guī)集成電路器件的設(shè)計(jì)和布局技術(shù)可以被用來匹配裝置和溫度系數(shù)。外部可調(diào)零網(wǎng)絡(luò)可以用于平衡輸入跨導(dǎo)級(jí)413，電阻可調(diào)網(wǎng)絡(luò)和偏置電流補(bǔ)償也可以用來進(jìn)一步減少輸入和反饋跨導(dǎo)級(jí)的直流失調(diào)和偏置錯(cuò)誤。如圖5所不,儀表放大器500的共模抑制比,可以由放大器的同相輸入端106與輸入跨導(dǎo)級(jí)413的電流源103中的三極管304發(fā)射極之間耦合的小容量(例如0.75pF)的電容器上增加的頻率所增大。該電容器是最好的一個(gè)集成裝置，在三極管304中，通過傳導(dǎo)電流提供共模抑制對(duì)基極-集電極和集電極-襯底電容進(jìn)行充電和放電，電容的充電和放電是作為對(duì)高頻共模輸入變化的響應(yīng)，不會(huì)對(duì)電流源103傳導(dǎo)的電流產(chǎn)生重大的變化。如果需要的話，一個(gè)類似的電容器也可能在端子106和參考電壓電路500a的三極管302發(fā)射極之間耦合。因此，差分放大器產(chǎn)生參考電壓。參考電壓發(fā)生器精確地跟蹤差分放大器的直流非信號(hào)分量，并結(jié)合差分輸入級(jí)的輸出來提供一個(gè)單端輸入電壓給電平轉(zhuǎn)換器，這樣可以前饋補(bǔ)償而避免了使用并聯(lián)電容器的缺點(diǎn)。盡管在示意圖中表示出了本發(fā)明的元件連接的優(yōu)先實(shí)現(xiàn)方案，但對(duì)這個(gè)技術(shù)有一定理解的人員可以看出這樣的連接不是必須的而且在不違背本發(fā)明精神的條件下可以連接附加的元件。對(duì)相關(guān)技術(shù)有深入理解的人員可以看出本發(fā)明可以利用與本文所述不同的方案實(shí)現(xiàn)，本文所述方案僅是說明性質(zhì)的而不具有限定性，此發(fā)明僅被其后的權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:一個(gè)放大器電路包括一個(gè)具有輸出端的差分輸入級(jí)和一個(gè)具有輸入端和輸出端的二階差分輸入級(jí)，該差分輸入級(jí)的輸出端子耦合到二階輸入級(jí)的輸入端來提供一個(gè)無直流成分的輸入電壓給二階差分輸入級(jí)，參考電壓電路包含:首先，一個(gè)輸入端連接到差分輸入級(jí)的輸入端，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)參考電壓，該參考電壓大約等于無直流成分的輸入電壓，且將其提供給二階差分輸入級(jí)的第一輸入端和第二輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:二階差分輸入級(jí)包括一個(gè)運(yùn)算放大器電路的電平轉(zhuǎn)移級(jí)；差分輸入級(jí)的第一和第二電路分別率禹合到差分輸入級(jí)的第一和第二輸入端，第一和第二電路包括一個(gè)三極管，電流源稱合到三極管發(fā)射極，電流-電壓轉(zhuǎn)換器耦合在三極管的集電極和第一電源電壓之間，差分輸入級(jí)還包括一個(gè)發(fā)射極電阻，耦合在第一電路三極管的發(fā)射極和第二電路三極管的發(fā)射極之間；參考電壓電路中一個(gè)三極管的基極稱合到差分輸入級(jí)的第一個(gè)輸入端，一個(gè)電流源率禹合到三極管的發(fā)射極，電流-電壓轉(zhuǎn)換器耦合在三極管的集電極和電源電壓之間，以及三極管的集電極耦合到參考電壓電路的輸出端；參考電壓電路的電流-電壓轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)電阻器；差分輸入級(jí)的第一電路中電流-電壓轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)電阻值，一個(gè)電阻與參考電壓電路的電流-電壓轉(zhuǎn)換器的電阻值基本相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:差分輸入級(jí)的第一和第二輸入端，分別包括放大器的同相和反相輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:參考電壓電路三極管的基極耦合到差分輸入級(jí)的第一電路三極管的基極，從而導(dǎo)致參考電壓電路三極管的集電極電壓跟蹤第一電路三極管集電極上的電壓無直流成分的波動(dòng)，對(duì)輸入共模電壓變化作出響應(yīng)；跟蹤第一電路三極管的集電極電壓上無直流成分的波動(dòng)包括在第一電路電流源中限定的輸出阻抗所產(chǎn)生的波動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:參考電壓的電流源和差分輸入級(jí)的第一電路都包括一個(gè)電流源三極管，一個(gè)電阻耦合在電流源三極管的發(fā)射極與二階電源電壓之間；參考電壓電路的電流源三極管的基極和差分輸入級(jí)的第一電路被一個(gè)共同的偏置電壓所偏置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:儀表放大器電路中的一個(gè)差分跨導(dǎo)輸入級(jí)具有一個(gè)輸出端子，一個(gè)差分跨導(dǎo)反饋級(jí)具有一個(gè)輸出端子，且其第二級(jí)具有第一與第二輸入端子和輸出端子，差分輸入的輸出端子和反饋級(jí)的輸出端子分別耦合到電流-電壓轉(zhuǎn)換器和第二級(jí)的第一輸入端子來供應(yīng)一個(gè)無直流成分的輸入電壓給第二級(jí)，參考電壓電路包括:首先，一個(gè)輸入端連接到一個(gè)差分輸入級(jí)的輸入端，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)參考電壓，該參考電壓大約等于輸入無直流成分的電壓，以提供給二階差分輸入級(jí)的第一輸入端；且為二階差分輸入級(jí)的第二輸入端提供一個(gè)參考電壓；儀表放大器電路中的第二級(jí)包括一個(gè)電平轉(zhuǎn)移級(jí)；儀表放大器電路的參考電壓電路中第一級(jí)二階輸入端連接到差分反饋級(jí)的一個(gè)輸入端；儀表放大器電路中的差分輸入級(jí)包括第一和第二電路，第一和第二電路分別稱合到差分輸入級(jí)的第一和第二輸入端，第一和第二電路包括一個(gè)三極管和一個(gè)耦合到三極管的發(fā)射極的電流源，其中，電流-電壓轉(zhuǎn)換器耦合在三極管的集電極和一個(gè)電源電壓之間，儀表放大器電路還包括一個(gè)發(fā)射極電阻，且發(fā)射極電阻耦合在第一電路三極管的發(fā)射極和第二電路三極管的發(fā)射極之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:儀表放大器電路中的參考電壓電路的一個(gè)分支電路包含一個(gè)三極管，三極管基極稱合到差分輸入級(jí)的第一個(gè)輸入端，電流源耦合到三極管的發(fā)射極，電流-電壓轉(zhuǎn)換器耦合在三極管的集電極和電源電壓之間，三極管集電極耦合到參考電壓電路的輸出端；儀表放大器電路中的差分跨導(dǎo)反饋級(jí)包括第三和第四電路，且其分別耦合到差分反饋級(jí)的參考和反饋輸入端，第三和第四電路包括一個(gè)三極管和一個(gè)耦合到三極管發(fā)射極的電流源，其中，差分輸入級(jí)的電流-電壓轉(zhuǎn)換器耦合在三極管的集電極和第一電源電壓之間，儀表放大器電路還包括一個(gè)發(fā)射極電阻，且發(fā)射極電阻耦合在第三電路三極管的發(fā)射極和第四電路三極管的發(fā)射極之間；儀表放大器電路中的參考電壓電路還包括另一分支電路，該分支電路包含一個(gè)三極管，該三極管的基極耦合到差分反饋跨導(dǎo)級(jí)的參考輸入端，一個(gè)電流源耦合到三極管的發(fā)射極，電流-電壓轉(zhuǎn)換器耦合到第一分支電路的參考電壓電路，該參考電壓電路耦合在三極管的集電極和電源電壓之間，且三極管的集電極耦合到參考電壓電路的輸出端；儀表放大器電路的參考電壓電路中第一和第二分支電路電流-電壓轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)共同的電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:儀表放大器中第一電路中差分輸入級(jí)的電流-電壓轉(zhuǎn)換器和第三電路中差分跨導(dǎo)反饋級(jí)包括一個(gè)具有相同阻值的電阻器，且該電阻阻值與參考電壓電路的第一和第二分支電路的電流-電壓轉(zhuǎn)化器的電阻值大約相等；儀表放大器電路中第一分支參考電壓電路中三極管的基極耦合到第一電路差分輸入級(jí)中三極管的基極；儀表放大器電路中參考電壓電路第二分支三極管的基極耦合到第三電路差分反饋跨導(dǎo)級(jí)中三極管的基極；儀表放大器電路中，參考電壓電路中電流源三極管的基極、差分跨導(dǎo)輸入級(jí)的第一、第二、第三和第四電路和差分跨導(dǎo)的反饋級(jí)被同一個(gè)偏執(zhí)電壓所偏置；儀表放大器電路中差分輸入級(jí)的第一輸入端包括一個(gè)儀表放大器的反相輸入端；儀表放大器電路中的差分輸入級(jí)包括第一和第二電路，第一和第二電路分別I禹合到儀表放大器的正向和反向輸入端，第一和第二電路包括一個(gè)三極管和耦合到三極管發(fā)射極的電流源，第一電路的電流源包括一個(gè)具有集電極-基極電容和集電極-襯底電容的電流源三極 管，儀表放大器電路還包括一個(gè)電容，該電容耦合在儀表放大器同相輸入端和第一電路電流源三極管的發(fā)射極之間，來導(dǎo)通電流，且對(duì)第一電路電流源三極管的基極-集電極和集電極-襯底電容上充電和放電的電壓變化做出響應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，其特征是:在集成電路中，差分放大器電路包括一個(gè)差分輸入級(jí)，一個(gè)具有第一和第二差分輸入的第二級(jí)，該第二級(jí)接收第一和第二電壓信號(hào)分別耦合到差分輸入級(jí)的同相和反相輸入端以驅(qū)動(dòng)第二級(jí)，連接外部元件來實(shí)現(xiàn)放大器電路，且提供第一和第二驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)給第二級(jí)的第一和第二輸入，步驟包括: a、在差分輸入級(jí)上產(chǎn)生的第一和第二差分集電極電流對(duì)同相和反相集成電路上的電壓做出相應(yīng)； b、提供差分集電極電流給相應(yīng)的電流-電壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)和無直流成分的第一和第二差分電壓； C、提供第一差分電壓給第二級(jí)的第一輸入端作為第一驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，以產(chǎn)生一個(gè)參考電流對(duì)集成電路同相輸入端的電壓做出響應(yīng)； d、提供參考電流給電流-電壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生一個(gè)大小基本等于第二差分電壓的無直流成分的參考電壓； e、提供參考電壓給第二級(jí)的二階輸入作為二階驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。
全文摘要
前饋補(bǔ)償放大器中的精確參考電壓發(fā)生器，用于差分放大器的一種參考電壓發(fā)生器。參考電壓發(fā)生器提供的參考電壓追蹤差分輸入級(jí)的直流非信號(hào)成分，并提供一個(gè)參考電壓給電平轉(zhuǎn)換級(jí)，這樣前饋補(bǔ)償可以用來提供擴(kuò)展帶寬而不會(huì)引起穩(wěn)定時(shí)間方面的問題。
文檔編號(hào)H03F1/42GK103117719SQ201210567899
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者包興坤 申請(qǐng)人:蘇州硅智源微電子有限公司