專利名稱：具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到集成電路放大器性能的提高。更特別的是，本發(fā)明涉及到一個(gè)放大器的電平轉(zhuǎn)換級(jí)的提高。
背景技術(shù)：
在典型的電壓放大器中，幾個(gè)NPN共發(fā)射極通常串聯(lián)來得到一個(gè)高的電壓增益。在離散的放大器中，大額電容器可用于把來自一個(gè)增益階段的交流信號(hào)和下一個(gè)在放大器中沒有影響直流偏置的電平相結(jié)合。然而，在集成放大器中，大額電容器通常是不可利用的，因?yàn)樗鼈冃枰罅康男酒娣e。因此，為了確保有足夠的低頻響應(yīng)，集成放大器的增益級(jí)通常是直流耦合。然而，在一個(gè)NPN共發(fā)射極增益級(jí)的輸出直流電平比它的輸入直流電平高。因此，在一個(gè)如此增益級(jí)的級(jí)聯(lián)上，該直流電平遞增，并且它在最后一級(jí)的輸出上比第一級(jí)輸入要高出相當(dāng)多。因此輸出的直流電平接近真實(shí)的電源電壓，這樣減少了放大器輸出電壓可能的擺動(dòng)范圍。用互補(bǔ)的NPN和PNP增益級(jí)可以避免直流電平的增加，但是通常不使用這種方法，因?yàn)閱纹琍NP三極管的增益與頻率特性比較差。克服直流電平增益增加的一個(gè)更好的方式是在每一對(duì)增益級(jí)中插入一個(gè)電平轉(zhuǎn)換級(jí)。插入如此一個(gè)電平轉(zhuǎn)換級(jí)的目的是使直流電平減小，并且在同樣的時(shí)間里可以給交流信號(hào)提供統(tǒng)一的增益緩沖區(qū)去執(zhí)行。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)緩沖區(qū)所扮演的角色，同時(shí)為了擁有一個(gè)相對(duì)高的輸入阻抗和一個(gè)相對(duì)低的輸出阻抗，一個(gè)電平轉(zhuǎn)換級(jí)是必要的。各式的電路都提及到電平轉(zhuǎn)換級(jí)。一個(gè)普及常用的電平轉(zhuǎn)換電路是LMl 18運(yùn)算放大器，采用一個(gè)微分的PNP跨導(dǎo)級(jí)來驅(qū)動(dòng)一個(gè)差分的電流鏡。電平轉(zhuǎn)換級(jí)放在差分輸入級(jí)和一個(gè)主增益級(jí)之間。在這樣的設(shè)計(jì)中，電平轉(zhuǎn)換級(jí)的PNP三極管的有害的影響可以通過前饋補(bǔ)償?shù)氖褂玫玫綔p少。在放大電路中，前饋補(bǔ)償可以繞過緩慢的PNP電平轉(zhuǎn)換級(jí)，在高頻階段把差動(dòng)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換到單端信號(hào)提供的電平轉(zhuǎn)換級(jí)是可行的。這已經(jīng)在LM118里得到實(shí)現(xiàn)，比如，用一個(gè)旁路電容可以消除提供給電平轉(zhuǎn)換級(jí)的高頻信號(hào)的一半，并且它擴(kuò)展了運(yùn)算放大器的有用帶寬。但這個(gè)旁路電容可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)置時(shí)間的問題。申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)明了一種改良的方法從差動(dòng)輸入級(jí)提供一個(gè)單端信號(hào)給隨后沒有旁路電容的電平轉(zhuǎn)換級(jí)(或是其他類型的第二級(jí)電路)。這里通過直接耦合成功的只有輸入級(jí)的耦合到電平轉(zhuǎn)換級(jí)的一個(gè)端子，給輸入產(chǎn)生一個(gè)參考信號(hào)到電平轉(zhuǎn)換級(jí)的另一端來追蹤直接耦合的信號(hào)的無控直流組成部分。用在LM118常規(guī)的電平轉(zhuǎn)換級(jí)的類型有不足，因?yàn)樗鼫p少了放大器共模輸入電壓范圍的上限，導(dǎo)致這個(gè)值明顯低于正電源電壓。這是因?yàn)椋幸恍┫拗菩枰娖睫D(zhuǎn)換級(jí)的輸入直流電平要比放大器的正電源電壓低至少一個(gè)伏特。這種不利在放大器設(shè)計(jì)時(shí)或在低電源電壓工作時(shí)會(huì)特別明顯。電平轉(zhuǎn)換電路的LMl 18類型也有不足，差分PNP三極管和電流鏡相結(jié)合，會(huì)弓I入一個(gè)相位延遲，對(duì)于給定的帶寬，會(huì)削弱放大器的穩(wěn)定性。在LM118里，一半的高頻信號(hào)在進(jìn)入電平轉(zhuǎn)移級(jí)會(huì)被旁路電容消除，另一半的高頻信號(hào)在同一時(shí)間會(huì)被反饋到電平轉(zhuǎn)換級(jí)，它一直圍繞著這一級(jí)進(jìn)行反饋。該高頻信號(hào)通過電平轉(zhuǎn)換級(jí)出現(xiàn)在電平轉(zhuǎn)換級(jí)的輸出會(huì)異相端伴隨著前饋高頻信號(hào)。通過電平轉(zhuǎn)換級(jí)的產(chǎn)生相位轉(zhuǎn)移的一個(gè)主要原因是信號(hào)通過電流鏡的PNP三極管的需要進(jìn)行差分運(yùn)算。這個(gè)相位轉(zhuǎn)移導(dǎo)致信號(hào)通過電平轉(zhuǎn)換級(jí)來干預(yù)前饋信號(hào)，產(chǎn)生上述對(duì)于穩(wěn)定性的干擾。然而，電平轉(zhuǎn)換電路不需要高頻信號(hào)去通過電流鏡將會(huì)有相對(duì)較少的相位平移，為了用在電平轉(zhuǎn)換級(jí)前是單端的前饋補(bǔ)償放大器，我們將提供一個(gè)更合適的電平轉(zhuǎn)換電路。在其他已知的運(yùn)算放大電路中，LMlOlA和LM741，電平轉(zhuǎn)換和差分到單端的轉(zhuǎn)換在輸入級(jí)已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)了。該輸入級(jí)包括一對(duì)差分的NPN三極管，其發(fā)射級(jí)耦合到一對(duì)電平轉(zhuǎn)移的PNP三極管，從而驅(qū)動(dòng)電流鏡電路。該P(yáng)NP三極管通常由電流源驅(qū)動(dòng)連接到每個(gè)PNP三極管基極。被每個(gè)PNP三極管傳導(dǎo)的電流都是差分的，這樣在每一個(gè)差動(dòng)輸入的變化會(huì)讓PNP三極管傳導(dǎo)的電流產(chǎn)生變化，也會(huì)導(dǎo)致電流鏡每端傳導(dǎo)的電流產(chǎn)生變化。不利的是，PNP三極管的差分運(yùn)算和電流鏡在高頻信號(hào)上會(huì)產(chǎn)生顯著的相位延遲，類似于LM118的電平轉(zhuǎn)換級(jí)。鑒于上述情況，最好給電平轉(zhuǎn)換級(jí)提供一個(gè)不需要它的輸入電壓明顯比正電源電壓低的電路，從而避免該電平轉(zhuǎn)換級(jí)將限制共模輸入電壓的范圍和放大電路的在低壓情況下運(yùn)算的可能性。它最好還提供一個(gè)不需要單端高頻信號(hào)來通過電流鏡的電平轉(zhuǎn)換級(jí)，從而避免在電平轉(zhuǎn)換級(jí)上多余的相位延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)改進(jìn)的不會(huì)限制共模輸入電壓范圍以及集成電路差分放大器的低壓運(yùn)算的電平轉(zhuǎn)換級(jí)電路。提供一個(gè)改進(jìn)的電平轉(zhuǎn)換級(jí)，在不犧牲放大器的共模輸入電壓范圍的條件下可以控制其跨導(dǎo)，也是本發(fā)明的一個(gè)目的。提供一個(gè)在其中電流平衡用于得到增益的提高的電平轉(zhuǎn)換級(jí)是本發(fā)明進(jìn)一步的目的。提供一個(gè)改進(jìn)的電平轉(zhuǎn)換級(jí)，在其中電流鏡可以被提供，為了在沒有引入額外的相位延遲到送到該級(jí)的一條高頻單端信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換級(jí)的兩個(gè)電路支路之間得到直流平衡，這是本發(fā)明的另一個(gè)目的。本發(fā)明的技術(shù)解決方案上述和其他本發(fā)明的目的通過包括一對(duì)NPN三極管、一對(duì)電阻和一對(duì)PNP三極管的電平轉(zhuǎn)換級(jí)電路完成。該電平轉(zhuǎn)換級(jí)用NPN發(fā)射極跟隨器來跟蹤差分輸入級(jí)的輸出電壓。來自發(fā)射極的電壓輸出被通過一對(duì)連接到PNP三極管的發(fā)射極的電阻耦合到發(fā)射極的輸出端轉(zhuǎn)換成響應(yīng)電流。該P(yáng)NP三極管被偏置在一個(gè)控制電壓上，那么一個(gè)PNP三極管的基極-發(fā)射極電壓的變化不能導(dǎo)致另一個(gè)PNP三極管基極-發(fā)射極電壓的變化。從PNP三極管流出的無差分電流然后流入電流鏡電路來保證直流平衡。在一個(gè)優(yōu)先的實(shí)施方案中，電平轉(zhuǎn)移級(jí)的增益是通過增加三極管來配合流入電路兩邊的電流增加的。對(duì)比文獻(xiàn)，發(fā)明專利電平移位電路，申請(qǐng)?zhí)?00810189114.X。


上述和本發(fā)明的其他目的在下面將會(huì)結(jié)合具體電路圖進(jìn)行詳細(xì)描述，這會(huì)使本發(fā)明更加具體化，其中圖1是常規(guī)放大器的簡(jiǎn)化框圖。圖2是包括本發(fā)明電平轉(zhuǎn)移級(jí)的具體化表現(xiàn)的運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)化框圖。圖3是包括一個(gè)本發(fā)明電平轉(zhuǎn)換級(jí)優(yōu)先級(jí)的具體化表現(xiàn)的運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)化框圖。
具體實(shí)施例方式圖1表現(xiàn)的是一個(gè)簡(jiǎn)化的通用的運(yùn)算放大器100，包括一個(gè)差分輸入級(jí)IOOa和一個(gè)電平轉(zhuǎn)換級(jí)100b，三極管101和102，電流源103和104，和來自差分輸入級(jí)IOOa的電阻105、108和109。差分輸入電壓適用在同相輸入端106和放大器100的反相輸入端107之間產(chǎn)生一個(gè)放大的差分電壓出現(xiàn)在三極管101、102的集電極之間。在電平轉(zhuǎn)換級(jí)IOOb上該電壓施加在PNP三極管110和111的基極，并在PNP三極管110和111的集電極上轉(zhuǎn)換成差分電流。給PNP三極管110和111的靜態(tài)電流是由電阻112和113的阻值所決定的。該差分電流流入電流鏡100c，包括三極管115和116，把差分電流轉(zhuǎn)換到在三極管116集電極的單端電壓。三極管117和電阻118給三極管115和116提供基極電流。在三極管116的集電極上單端電壓是由增益級(jí)119和緩沖級(jí)120放大的。緩沖級(jí)120的輸出是耦合到放大器100的輸出端Vo上去的。窄帶和前饋頻率補(bǔ)償分別由電容器121和122提供。提供的旁路電容消除了提供到電平轉(zhuǎn)移級(jí)的一半的高頻信號(hào)。—個(gè)有通用的電平轉(zhuǎn)換級(jí)的運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)就像上述所描述的包括一些折中的方法，在其中共模輸入范圍在放大器增益的消耗下可以唯一地得到增加，放大器的轉(zhuǎn)換速率，或者是電平轉(zhuǎn)換級(jí)的跨導(dǎo)。這些折中的方法和在三極管101和102的偏置電壓的選擇是緊密相連的，這些在下面段落會(huì)更加全面地描述。差分輸入級(jí)的增益是和電阻108和109的阻值成比例的，因此是和這些電阻上的電壓成比例的。放大器的增益因此是在三極管101和102的集電極上影響偏置電壓的選擇的一個(gè)因素。放大器的轉(zhuǎn)換速率和由電流源103和104提供的電流除以電容器121的值成比例。最小容量是由頻率補(bǔ)償?shù)囊蛩厮拗频?，所以轉(zhuǎn)換速率可以通過增加由電流源103和104提供的電流得到增加，增加這些電流可以讓電阻108和109上的電壓得到增加。因此，轉(zhuǎn)換率的優(yōu)化會(huì)影響在三極管101和102的集電極上的偏置電壓的選擇。第三個(gè)參數(shù)值的影響和被三極管101和102的集電極電壓影響是由于PNP電平轉(zhuǎn)換的互導(dǎo)。PNP三極管110和111引入一個(gè)極點(diǎn)到放大器的轉(zhuǎn)移功能端，因此限制了放大器的帶寬。前饋電容的存在使轉(zhuǎn)換功能端引入一個(gè)零點(diǎn)。零點(diǎn)的頻率由前饋電容值和PNP電平轉(zhuǎn)換的互導(dǎo)所決定。因此，通過對(duì)這些參數(shù)的仔細(xì)調(diào)節(jié)，極點(diǎn)和零點(diǎn)可以互相抵消，這樣做時(shí)，放大器的帶寬也增加了。PNP的電平轉(zhuǎn)換的互導(dǎo)和三極管110和111發(fā)射極的電阻總值及電阻112和113的阻值成反比。三極管110和111的發(fā)射極電阻阻值反過來又和這些二極管的發(fā)射極電流成反比。該發(fā)射極電流的大小由在三極管114的負(fù)極電壓和三極管110和111的發(fā)射極電壓除以電阻112和113的值之間的差異所決定的。電平轉(zhuǎn)移的互導(dǎo)因此可以通過操控電阻112和113的阻值或者引入一個(gè)附加的電壓到三極管110和111的發(fā)射極電路中被設(shè)置成理想電平(比如，用三極管114)。這些操作影響在三極管101和102的集電極的偏置電壓的選擇。三極管101和102的集電極電壓直接影響共模輸入電壓的范圍。三極管101和102的集電極-基極接頭必須反向偏置，所以任何集電極電壓的減少會(huì)導(dǎo)致可以應(yīng)用于三極管101和102來阻止輸入級(jí)的飽和度的最大電壓的減小。因此在運(yùn)算放大器上用一個(gè)通用的電平轉(zhuǎn)移級(jí)就像在圖1上展現(xiàn)的一樣，共模輸入電壓范圍被增益、轉(zhuǎn)移速率和前饋補(bǔ)償?shù)目紤]所限制。如上述所描述的共模輸入電壓范圍的限制在圖2中本發(fā)明的具體化實(shí)施中消除了。在放大器電路200中，三極管110和111的基極不再由差分輸入級(jí)IlOa的輸出端所驅(qū)動(dòng)；反而，它們連接到一個(gè)偏置電壓電路203上，其中，比如，可能包括如圖所示的由三極管接法的晶體管204、205及連接在電源正極和三極管110和111基極之間的電阻206所組成的電壓設(shè)定串203a，和一個(gè)連接在三極管110和111及電源負(fù)極之間的電流源203b包括由偏置電壓VBIAS驅(qū)動(dòng)的晶體管207和一個(gè)發(fā)射極電阻208。差分輸入級(jí)的輸出端現(xiàn)在連接到NPN三極管201和202的基極上來作為發(fā)射極跟隨器。然而，因?yàn)镹PN三極管210和202在電平轉(zhuǎn)移級(jí)200b的每一邊增加了一個(gè)相位反轉(zhuǎn)不會(huì)存在在圖1通用的電平轉(zhuǎn)移級(jí)IOOb上。輸入級(jí)的輸出端在連接它們到電平轉(zhuǎn)移換是反相的。更特別的是，在三極管101的集電極的信號(hào)輸出端是連接在三極管202的基極上的(即來自輸入級(jí)的非反相端的差分輸出端連接到放大器的下一級(jí)119的電平轉(zhuǎn)移級(jí)的一側(cè))，在三極管102的集電極上被分流的輸出端連接在三極管201的基極(即來自輸入級(jí)的反相端的被分流的差分輸出端連接到放大器的下一級(jí)119的電平轉(zhuǎn)移級(jí)的另一側(cè))。三極管210和202，像圖1中的三極管110和111，在電平轉(zhuǎn)換級(jí)的輸入端提供一個(gè)有阻抗的緩沖區(qū)。三極管基極的高輸入阻抗會(huì)阻礙正在裝載輸入級(jí)的電平轉(zhuǎn)換級(jí)。三極管201和202的集電極是連接在正電源電壓上的，并且它們的發(fā)射極各自連接到通過電阻112和113的三極管110和111的發(fā)射極上。伴隨著使用本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換級(jí)200b，該要求通過電平轉(zhuǎn)換級(jí)加負(fù)擔(dān)于三極管101和102的集電極電壓被消除了。三極管201和202可以在很低的集電極-基極電壓下也能工作，所以三極管101和102的集電極電壓可以非常接近正電源電壓。三極管114上的電壓，電阻112和113，和三極管110和111的發(fā)射極-基極的結(jié)合點(diǎn)不再出現(xiàn)在三極管101和102和正電源電壓之間。因此，該共模輸入范圍的上限被拓寬，即在三極管101和102的集電極-基極結(jié)合點(diǎn)上共模輸入電壓成為正向偏置并增加了。上述如圖1所示的電平轉(zhuǎn)換級(jí)通常在正電源電壓和三極管101和102的集電極之間降低大約兩個(gè)伏特。與此相反，本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換級(jí)允許施加的電壓被減少了大約一伏特或是更少，這是可取的低電壓電路。除了增加共模輸入電壓范圍，本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換級(jí)也允許對(duì)電平轉(zhuǎn)換級(jí)采取更多靈活的控制。三極管201和202的發(fā)射極電壓比差分輸入級(jí)的集電極電壓低O. 7伏，并且三極管110和111的發(fā)射極電壓比由偏置電壓電路203提供的偏置電壓高O. 7伏。因此，電阻112和113上的電壓是確定的，并且流過它們的電流也更加好控制，通過改變電阻112和113的阻值或通過改變偏置電壓都可以實(shí)現(xiàn)。就這樣，電平轉(zhuǎn)換級(jí)的互導(dǎo)可以在沒有危及放大器的共模輸入電壓范圍得到控制。偏置電壓電路203保持三極管110和111的基極在一個(gè)穩(wěn)定的電壓，如此在輸入端對(duì)于三極管201或者202的一個(gè)變化會(huì)導(dǎo)致在電平轉(zhuǎn)換級(jí)各自的一邊由PNP三極管傳導(dǎo)的電流發(fā)生變化。被另外一個(gè)PNP三極管傳導(dǎo)的電流不會(huì)變化(假設(shè)它這邊的輸入不會(huì)變化)，因?yàn)樵揚(yáng)NP三極管的基極-發(fā)射極的偏置沒有發(fā)生變化。因此由PNP三極管110和111任意一個(gè)傳導(dǎo)的電流是非差分的，因?yàn)樗怯煞糯笃?19傳導(dǎo)的輸出電流。由于該非差分的運(yùn)算，一個(gè)單端高頻輸入信號(hào)施加到三極管202的基極上不會(huì)通過電平轉(zhuǎn)換級(jí)的電流鏡電路，但是相反它通過NPN三極管202、電阻113和PNP三極管111直接耦合到放大器119上，和通過電容122的前饋是一樣的。因此通過電平轉(zhuǎn)換級(jí)的高頻信號(hào)通路的相位轉(zhuǎn)移被最小化了。在圖2中電路的一個(gè)輕微的不足(和圖1中電路一樣)是由流過放大器119的(非理想)輸入端的電流導(dǎo)致的增益缺失。該電流的流動(dòng)導(dǎo)致在電流流動(dòng)時(shí)在電平轉(zhuǎn)換級(jí)200b的兩個(gè)支路不平衡。額外的差分輸入電壓必須加到放大器上來補(bǔ)償這個(gè)不平衡。因此，該電流的不平衡減少了放大器的凈增益。圖3展示了一個(gè)放大器300簡(jiǎn)化的框圖，利用本發(fā)明電平轉(zhuǎn)換級(jí)的一個(gè)合適的具體化措施300b，300b包括一個(gè)可以用來消除由電流不平衡引起的增益缺失的提高增益的電路。放大器119和120是由零件303通過308表現(xiàn)出來的，并且三極管303的基極電流代表著在圖2中流進(jìn)放大器119的不平衡電流。電流的平衡根本上是由三極管302完成的。假設(shè)暫時(shí)的集電極電流和發(fā)射極電流大體上是相同的，任意集電極電流流進(jìn)三極管303也會(huì)流進(jìn)三極管302。因此這兩個(gè)三極管的基極電流也基本上是一樣的。三極管303的基極電流是通過三極管202提供的。因此，來自互導(dǎo)級(jí)兩邊的同等增量的電流，導(dǎo)致在一個(gè)平衡的電流中耗盡。電流的平衡伴隨著三極管301的加入得到了更好的改善。該三極管的基極電流等同于三極管117的基極電流，因?yàn)檫@兩個(gè)三極管的集電極-發(fā)射極電路是串聯(lián)的。因此，來自三極管117的基極電流是通過來自三極管301的基極電流來保持平衡的。電流的平衡導(dǎo)致來自互導(dǎo)級(jí)兩端的電流都相同，不管由放大器提供多大的輸出電流。因此，為了平衡電流附加的差分輸入電壓沒有必要了，并且放大器的增益因此增加了。本發(fā)明特別適合用在一個(gè)前饋補(bǔ)償?shù)姆糯笃魃?，在里面該信?hào)通道是單端的在高頻時(shí)優(yōu)先到達(dá)電平轉(zhuǎn)換級(jí)，比如通過一個(gè)旁路電容，或者，更合適的，通過用相關(guān)的電壓發(fā)生器電路取代并聯(lián)的通路來跟隨輸入級(jí)的單端輸出的無控直流成分。就如先前所討論的，本發(fā)明允許一個(gè)單端高頻信號(hào)加到三極管202的基極在沒有通過電平轉(zhuǎn)移級(jí)的電流鏡的負(fù)荷就被電平轉(zhuǎn)換了。因此，一個(gè)改善過的電平轉(zhuǎn)移級(jí)的具體化措施已經(jīng)被描述了。盡管本發(fā)明的具體化措施是結(jié)合和其他具體參數(shù)被描述的，但圖解是為了說明本發(fā)明的目的，而不是局限本發(fā)明，并且本發(fā)明只有通過以上權(quán)利要求才會(huì)被限制。
權(quán)利要求
1.一種具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是電平轉(zhuǎn)換級(jí)有第一和第二輸入端子及一個(gè)第三端子，該階段包括 電壓跟隨器連接到第一及第二輸入端來提供高輸入阻抗，電源信號(hào)提供的低輸出阻抗的整體增益放大分別適用于第一及第二輸入端，電壓跟隨器提供電壓信號(hào)給第一及第二電壓跟隨器的輸出端子； 互導(dǎo)的裝置連接到第一及第二電壓跟隨器的輸出端子用來傳導(dǎo)，在電壓跟隨器的輸出端和互導(dǎo)裝置的第一及第二輸出端之間，第一和第二電流大小不同的非差異很大的比例變化的電壓信號(hào)分別在第一和第二電壓跟隨器的輸出端；一個(gè)電流鏡像具有把第一個(gè)電流輸入耦合到互導(dǎo)裝置的第二個(gè)輸出端和第三個(gè)端子，使輸出電流產(chǎn)生在第三個(gè)端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是其中，互導(dǎo)裝置包括第一和第二互導(dǎo)電路，每個(gè)電路包括 一個(gè)電阻有第一和第二端子，第一個(gè)端子被耦合到電壓跟隨器的輸出端；一個(gè)PNP三極管的發(fā)射極耦合到電阻器的第二個(gè)端子，并且集電極被耦合到互導(dǎo)裝置的一個(gè)輸出端，即電流是由電壓跟隨器的輸出端產(chǎn)生的，該電流實(shí)質(zhì)上和一個(gè)應(yīng)用在輸入端的電壓和偏置電壓之間的差值成比例； 其中電壓跟隨器包括第一和第二電壓跟隨電路，每個(gè)電路包括一個(gè)集電極耦合到電源電壓，基極耦合到一個(gè)輸入端并且發(fā)射極耦合到電壓跟隨器輸出端的NPN三極管； 其中鏡像電流源包括第一個(gè)NPN三極管的集電極耦合到第一個(gè)鏡像電流源的第一個(gè)電流輸入端；第二個(gè)NPN三極管的基極耦合到第一個(gè)NPN三極管的基極，它的發(fā)射極耦合到第一個(gè)NPN三極管的發(fā)射極，并且它的集電極耦合到鏡像電流源的第二個(gè)電流輸入端；該裝置耦合到第一和第二 NPN三極管的基極，從而偏置鏡像電流源的第一和第二 NPN三極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是其中一個(gè)共同的預(yù)定偏置電壓加載到第一和第二導(dǎo)電路的PNP三極管的基極； 其中該偏移裝置包括一個(gè)并聯(lián)稱合在第一個(gè)和第二個(gè)NPN三極管基極-射極電路的電阻，和一個(gè)其基極耦合到第一個(gè)NPN三極管的集電極，其集電極與電源相連，并且它的發(fā)射極與第一個(gè)和第二個(gè)NPN三極管的基極相連的第三個(gè)NPN三極管； 其中偏移裝置包括一個(gè)并聯(lián)稱合在第一個(gè)和第二個(gè)NPN三極管基極-射極電路的電阻，基極與第一個(gè)NPN三極管的集電極相連，發(fā)射極與第一個(gè)和第二個(gè)NPN三極管的基極相連的第三個(gè)NPN三極管；發(fā)射極和第三個(gè)三極管的集電極相連，集電極與電源電壓相連并且基極耦合到跨導(dǎo)電路的第四個(gè)NPN三極管，其中第三個(gè)和第四個(gè)三極管傳導(dǎo)電流用來去除通過跨導(dǎo)裝置傳導(dǎo)的第一級(jí)和第二級(jí)電流中過量的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是 一對(duì)NPN三極管，其中一個(gè)的基極與第三個(gè)端子相連用來在其發(fā)射極提供一個(gè)輸出信號(hào)，另外一個(gè)的基極與跨導(dǎo)電路相連，其中這對(duì)NPN三極管傳導(dǎo)電流用來去除通過跨導(dǎo)裝置傳導(dǎo)的第一級(jí)和第二級(jí)電流中過量的電流； 在一個(gè)單片集成的電路里具有差分輸入級(jí)，其中一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路擁有第一個(gè)、第二個(gè)及第三個(gè)端口，有一個(gè)方法把在第一個(gè)和第二個(gè)端口不同電壓的直流電平轉(zhuǎn)換成一個(gè)單端的電壓，這個(gè)方法包括以下步驟 第一個(gè)端子的跟隨電壓的變化和第一個(gè)低阻抗電壓源來提供其變化能夠重復(fù)第一個(gè)端子的電壓變化的中間段的電壓；第二個(gè)端子的跟隨電壓的變化和第二個(gè)低阻抗電壓源來提供其變化能夠重復(fù)第二個(gè)端子的電壓變化的中間段的電壓；產(chǎn)生的第一個(gè)差分電流大體上和第一個(gè)中頻電壓成比例；產(chǎn)生的第二個(gè)差分電流和第二個(gè)中頻電壓成比例；并且在第三個(gè)端子產(chǎn)生的電流大體上等同于在第一個(gè)電流和第二個(gè)電路之間的差異。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是其中分別由第一個(gè)和第二個(gè)NPN三極管產(chǎn)生到各自基極的第一個(gè)和第二個(gè)無差別電流應(yīng)用于預(yù)定的偏置電壓； 其中差分電流是在第一個(gè)PNP三極管的集電極上產(chǎn)生的，第二個(gè)差分電流是在第二個(gè)PNP三極管上產(chǎn)生的，該方法進(jìn)一步包括減去的第一個(gè)PNP三極管的一個(gè)平衡電流傳導(dǎo)的發(fā)射極電流等同于由第三個(gè)端子產(chǎn)生的電流，其中轉(zhuǎn)換的增益可以得到增加； 其中第一個(gè)差分電流是在第一個(gè)PNP三極管的集電極上產(chǎn)生的并且其大小由于第一個(gè)鏡像電流源晶體管而降低，第二個(gè)差分電流是在第二個(gè)PNP三極管的集電極上產(chǎn)生的并且其大小部分由于第二個(gè)鏡像電流源晶體管而降低并且由第三個(gè)端子傳導(dǎo)，該方法進(jìn)一步包括去除第一個(gè)和第二個(gè)差分電流中的一種來控制鏡像電流晶體管的電流，并去除來自兩種中的另外一種的平衡電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是其中預(yù)定的偏置電壓加載到第一個(gè)PNP三極管的基極，大體上等同于預(yù)定偏置電壓加載到第二個(gè)PNP三極管的基極上； 其中平衡電流是第二個(gè)PNP三極管發(fā)射極被去除的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是其中控制電流和平衡電流分別由NPN三極管的基極電流除去。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是該電路是為了提高一個(gè)放大器的電平轉(zhuǎn)換級(jí)的增益，該級(jí)包括一個(gè)擁有兩個(gè)分支和一個(gè)提供給每個(gè)分支電流的鏡像電流電路的差分電平轉(zhuǎn)移電路，電平轉(zhuǎn)移電路的兩個(gè)分支產(chǎn)生第一個(gè)和第二個(gè)電流各自給第一個(gè)和第二個(gè)輸入信號(hào)適應(yīng)該級(jí)做出響應(yīng)的獨(dú)立性，鏡像電流源電路產(chǎn)生相應(yīng)第一和第二個(gè)電流的單端輸出電流，該輸出電流提供給在放大器增益級(jí)的一個(gè)三極管的基極，并且該增益級(jí)的三極管擁有一個(gè)引導(dǎo)電流響應(yīng)輸出電流的集電極-發(fā)射極電路，該改善電路包括 一個(gè)擁有基極連在電平轉(zhuǎn)換級(jí)的三極管，一個(gè)連接到可以基本上傳導(dǎo)所有被增益級(jí)三極管的集電極-發(fā)射極電路傳導(dǎo)的電流的集電極-發(fā)射極電路，其中第一個(gè)平衡三極管的基極引出的電流大體上等同于通過補(bǔ)償給在通過增益級(jí)三極管的基極引出的輸出電流引起的第一和第二個(gè)電流平靜電平的不平衡增加電平轉(zhuǎn)移級(jí)的輸出電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，其特征是該增益提高的電路進(jìn)一步包括 一個(gè)擁有連接在電平轉(zhuǎn)換級(jí)的基極的第二個(gè)平衡晶體管，和一個(gè)連接到大體上傳導(dǎo)所有通過控制三極管的集電極-發(fā)射極電路傳導(dǎo)的電流的集電極-發(fā)射極電路，其中第二個(gè)平衡三極管的基極引出的電流大體上等同于通過補(bǔ)償給在通過增益級(jí)三極管的基極引出的輸出電流引起的第一和第二個(gè)電流平靜電平的不平衡增加電平轉(zhuǎn)換級(jí)的輸出電流。
全文摘要
一種具有高增益的電平轉(zhuǎn)換電路，它不限制運(yùn)算放大器共模輸入范圍的上限。當(dāng)運(yùn)算放大器在指定的低電源電壓下運(yùn)行時(shí)，共模輸入范圍的上限是特別重要的。運(yùn)算放大器的重要參數(shù)，如該放大器的增益和轉(zhuǎn)換速率，可以在不影響共模輸入電壓范圍的情況下被控制。電平轉(zhuǎn)換級(jí)電路工作在非差分方式以避免差分電路的穩(wěn)定性問題。進(jìn)一步的改進(jìn)是使用電流的平衡來實(shí)現(xiàn)增益的增強(qiáng)。
文檔編號(hào)H03F3/45GK103066935SQ201210567900
公開日2013年4月24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