專利名稱：應用于接收器的前置放大器及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種前置放大器及其方法，且特別是涉及一種應用于接收器 的前置放大器及其方法。
背景技術：
圖1示出了應用于接收器的傳統(tǒng)的軌對軌(rail-to-rail )前置放大器 的電路圖。請參考圖1,傳統(tǒng)的軌對軌前置放大器100包括放大器110、 120 及一反相器130。放大器110及120各用以放大差動電壓對VN及VP,以分 別產生的放大后的差動電壓對的其中之一電壓，并將其傳送至反相器130。 反相器130基于此些輸入電壓，以拉高或拉低其輸出電壓Vo。由于放大器 110及120的晶體管的架構為互補，故前置放大器100能夠放大具有高共同 電壓范圍的差動電壓VN及VP。
放大器110及120由用于模擬電源的一高供應電壓HVDD所供電，而反 相器130由用于數(shù)字電源的一低供應電壓LVDD所供電。高供應電壓HVDD約 為3. 3伏特，而低供應電壓LVDD約為1. 8伏特。高供應電壓HVDD即使減去 放大器120的晶體管121的閾值(threshold)電壓，仍高于低供應電壓LVDD。 如此，反相器130的晶體管131會被截止，導致此軌對軌前置放大器無法正 常動作。
發(fā)明內容
本發(fā)明有關于一種應用于接收器的前置放大器及其方法，能前置放大具 有高共同電壓范圍的輸入差動電壓對。
根據(jù)本發(fā)明的一技術態(tài)樣，提出一種前置放大器，應用于一接收器中， 前置放大器包括一輸入電路及一輸出電路。輸入電路接收一輸入差動電壓 對。當輸入差動電壓對的共同電壓高于一參考電壓時，輸入電路拉低輸入差 動電壓對。輸出電路接收從輸入電路而來的輸入差動電壓對，以對應地拉高 或拉低一輸出電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一技術態(tài)樣，提出一種前置放大器，應用于一接收器， 前置放大器包括一輸入電路及一放大電路。輸入電路用以接收一輸入差動電 壓對，當輸入差動電壓對的共同電壓高于一參考電壓時，輸入電路拉低輸入 差動電壓對。當輸入差動電壓對的共同電壓不高于參考電壓時，輸入電路保 持輸入差動電壓對不變。放大電路包括一第一級放大器及一第二級放大器。 第一級放大器由一高供應電壓所供電，用以接收從輸入電路而來的輸入差動 電壓對，并》文大輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電壓對。第二級方文大器 由一低供應電壓所供電，用以放大內部差動電壓對，以拉高或拉低一第一輸 出電壓。
根據(jù)本發(fā)明的再一技術態(tài)樣，提出一種用以前置放大一輸入差動電壓對 的方法，應用于一接收器。此方法包括下列步驟。當輸入差動電壓對的共同
電壓高于一參考電壓時，拉低輸入差動電壓對；放大輸入差動電壓對，以輸 出一內部差動電壓對；放大內部差動電壓對，以拉高或拉低一第一輸出電壓。 為使本發(fā)明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并結合 附圖詳細"^兌明如下。
圖1示出了應用于接收器的傳統(tǒng)的軌對軌前置放大器的電路圖。 圖2示出了依照本發(fā)明的 一 第 一 實施例的前置放大器的電路圖。 圖3示出了依照本發(fā)明的一第二實施例的前置放大器的電路圖。
附圖符號說明100:軌對軌前置放大器
110、120:放大器
m、131:晶體管
130:反相器
200:前置ii大器
210、310:輸入電路
220、320:輸出電路
230、330:比較器
240、340:電平調整器241、 242、 341、 342:源極跟隨器
243、 244、 245、 246、 271、 272、 273、 281、 282、 283、 284、 343、 344、 345、 346、 371、 372、 373、 381、 382、 383、 384:晶體管
250、 350:電壓分壓器
251、 252、 351、 352:電阻
261、 262、 263、 264、 361、 362、 363、 364:開關
270、 370:第一級放大器
280、 380:第二級放大器
290、 390:反相器
HVDD:高供應電壓
LVDD:低供應電壓
Vcom、 Vcom':共同電壓
Vin、 Vip、 Din、 Dip:內部差動電壓只十
VIN、 VIP、 DIN、 DIP:輸入差動電壓對
VIN' 、 VIP' 、 DIN' 、 DIP':差動電壓只十
VN、 VP:電壓
Vo、 Vol、 Vol':輸出電壓 Vo2、 Vo2':反相輸出電壓 Vr:參考電壓
具體實施方式
第一實施例
請參考圖2,其示出了依照本發(fā)明的一第一實施例的前置放大器的電路 圖。前置放大器200用以前置放大一輸入差動電壓對VIN及VIP,以拉高或 拉低用于接收器的一輸出電壓Vo 1 。
前置放大器200包括一輸入電i 各210及一輸出電路220。輸入電路210 接收輸入差動電壓對VIN及VIP。在第一實施例中，當輸入差動電壓對VIN 及VIP的共同電壓Vcom高于一參考電壓Vr時，輸入電路210拉低輸入差動 電壓對VIN及VIP，以產生一差動電壓對VIN'及VIP',并傳送此差動電壓 對VIN'及VIP'至輸出電路220。
當輸入差動電壓對VIN及VIP的共同電壓Vcora不高于參考電壓Vr時，輸入電路210不拉低輸入差動電壓對VIN及VIP,而是將輸入差動電壓對VIN 及VIP作為差動電壓對VIN'及VIP',并直接傳送至輸出電路220。輸出電 路220接收差動電壓對VIN'及VIP',并拉高或拉低輸出電壓Vol。
現(xiàn)將輸入電路210說明如下。輸入電路210包括一比較器230、 一電平 調整器240及多個開關261、 262、 263及264。比較器230比較輸入差動電 壓對VIN及VIP的共同電壓Vcom與參考電壓Vr。開關261至264基于比較 器230的比較結果，予以對應地導通或關閉。
當共同電壓Vcora高于參考電壓Vr時，開關263及264被導通，以傳送 輸入差動電壓對VIN及VIP至電平調整器240。此時，開關261及262被關 閉，故輸入差動電壓對VIN及VIP不直接傳送至輸出電路220。電平調整電 路240拉低輸入差動電壓對VIN及VIP。拉低后的輸入差動電壓對VIN及VIP 接著傳送至輸出電路220的第一級放大器270。
在本實施例中，電平調整器240包括源極跟隨器241及242。當共同電 壓Vcom高于參考電壓Vr時，源極跟隨器241及2"分別用以拉低輸入差動 電壓對VIN及VIP的其中之一電壓。源極跟隨器241包括晶體管243及244。 當共同電壓Vcom高于參考電壓Vr時，晶體管243的柵極用以接收電壓VIP。 晶體管243的漏極接收高供應電壓HVDD,且其源極連接至晶體管2"的漏極。 晶體管244的源極耦接至地。
當晶體管243接收電壓VIP時，晶體管243根據(jù)等同于其柵極與源極間 的跨壓值，來拉低電壓VIP，以于其源極產生電壓VIP',此源極連接至輸 出電3各220。
相似地，當共同電壓Vcom高于參考電壓Vr時，晶體管245的柵極接收 電壓VIN。接著，晶體管245根據(jù)等同于其柵極與源極間的跨壓值，來拉低 電壓VIN，以于其源極產生電壓VIN'，此源4及連接至輸出電路220。
當共同電壓Vcom不高于參考電壓Vr時，開關261及262被導通，以分 別將輸入差動電壓對VIN及VIP作為差動電壓對VIN'及VIP',并傳送至 輸出電路220。此時，開關263及264被關閉，故電平調整器240不接收輸 入差動電壓對VIN及VIP。因此，當共同電壓Vcom不高于參考電壓Vr時， 輸入差動電壓對VIN及VIP不被拉低，而是直接傳送至輸出電路220。
在本實施例中，輸入電路21Q還包括一電壓分壓器250，用以產生用于 比較器230的輸入差動電壓對VIN及VIP的共同電壓Vcom。在第一實施例中，電壓分壓器250為一電阻串(resistor string),此電阻串包括串聯(lián)連接的 電阻251及252。電壓分壓器250耦接于電壓VIN及電壓VIP之間，以分壓 其間的電壓。在第一實施例中，電阻251及252的電阻值為相同。因此，輸 入差動電壓對VIN及VIP的共同電壓Vcom位于串聯(lián)連^矣的電阻251及252 的共同節(jié)點上。
在此詳細說明輸出電路220。在第一實施例中，輸出電路220為一放大 電路。輸出電路220包括一第一級放大器270及一第二級放大器280。在第 一實施例中，第一級放大器270由用于模擬電源的高供應電壓HVDD所供電， 而第二級放大器由用于數(shù)字電源的低供應電壓LVDD所供電。第一級放大器 270接收且放大輸入電路210所產生的差動電壓對VIN'及VIP',并產生一 內部差動電壓對Vin及Vip。第二級放大器280接收且i文大內部差動電壓對 Vin及Vip，以拉高或拉低第一輸出電壓Vol。
第一級放大器270包括晶體管271、 271及273。晶體管271用以接收高 供應電壓HVDD,并提供一偏壓電流至第一級放大器270。晶體管272及273 分別用以接收差動電壓對VIN'及VIP'。晶體管271的源極與漏極間的跨 壓值為Vsd。各晶體管272及273的源極與柵極間的跨壓值為Vsg。
第二級放大器280包括晶體管281、 282、 283及284。晶體管2S1及282 形成一電流鏡。晶體管283及284分別接收內部差動電壓對的一電壓Vip及 Vin。
在第一實施例中，輸出電路220還包括一反相器290，用以放大輸出電 壓Vol,以產生一反相輸出電壓Vo2。
當電壓VIP高于電壓VIN時，意即電壓VIP'高于VIN'時，放大器280 拉低輸出電壓Vol,而反相器290拉高輸出電壓Vo2。當電壓VIP低于電壓 VIN時，意即電壓VIP'低于VIN'時，放大器280拉高輸出電壓Vo1,而反 相器290拉低輸出電壓Vo2。
因此，前置放大器200接收輸入差動電壓對VIN及VIP，并根據(jù)輸入差 動電壓對VIN及VIP來拉高或拉低輸出電壓Vol及Vo2。
然而，當差動電壓對VIN，及VIP'的共同電壓Vcom高于電壓值HVDD -Vsd-Vsg時，晶體管272及273將會被截止，使得輸出電路220無法正常 動作。因此，當共同電壓的輸入差動電壓對VIN及VIP過高時，通過輸入電 路210拉低輸入差動電壓對VIN及VIP，可使晶體管272及273保持導通而
10能正常地動作，以接收拉低后的差動電壓對VIN，及VIN'。
在第一實施例中，參考電壓Vr設定成約為HVDD/2,以確保晶體管272 及273不會被拉低后的差動電壓對VIN'及VIP'所截止。
反而言之，當輸入差動電壓對VIN及VIP的共同電壓Vcom不高于參考 電壓Vr時，輸入電路210直接重生電壓VIN及VIP，并將電壓VIN及VIP 作為輸入電路210所輸出的差動電壓對VIN'及VIP'。此情況下，晶體管 272及273不會被關閉。
因此，即使輸入差動電壓對VIN及VIP的共同電壓Vcom很高，輸入電 路210產生的差動電壓對VIN，及VIP'的共同電壓不會高于電壓值HVDD-Vsd-Vsg,所以輸出電路220能正常地動作。如此一來，即使輸入差動電壓 對具有高范圍的共同電壓，第一實施例的前置放大器200也能正確地前置放 大此輸入差動電壓對。
第二實施例
請參考圖3,其示出了依照本發(fā)明的一第二實施例的前置放大器電路圖。 在第二實施例中，當輸入差動電壓對DIN及DIP的共同電壓Vcom'低于參考 電壓Vr'時，輸入電路310拉高輸入差動電壓對DIN及DIP,以產生一差動 電壓對DIN'及DIP',且傳送此差動電壓對DIN'及DIP'至輸出電路320。
當輸入差動電壓對DIN及DIP的共同電壓Vcom'不低于參考電壓Vr' 時，輸入電路310不拉高輸入差動電壓對VIN及VIP,而是將輸入差動電壓 對DIN及DIP作為差動電壓對DIN'及DIP',并直接傳送至輸出電路320。 輸出電路320接收差動電壓對DIN'及DIP',并拉高或^i低輸出電壓Vol'。
現(xiàn)將輸入電路310詳細說明如下。在輸入電路310中，當共同電壓Vcom' 低于參考電壓Vr'時，開關363及364被導通，以分別傳送輸入差動電壓對 DIN及DIP至電平調整器340的源極跟隨器342及341。此時，開關361及 362被關閉。源極跟隨器342及341的晶體管346及344根據(jù)等同于其柵極 與漏極間的跨壓值，以分別拉高電壓DIN及DIP。拉高后的差動電壓對DIN' 及DIP'被傳送至輸出電路320的第一級放大器370。
在輸入電路310中，當共同電壓Vcora'不低于參考電壓Vr'時，開關 361及362被導通，以將輸入差動電壓對DIN及DIP作為差動電壓對DIN' 及DIP',并直接傳送至輸出電路320。此時，開關363及364被關閉，故 電平調整器340將不會接收輸入差動電壓對DIN及DIP。在輸出電路320中，第一級放大器370與第二級放大器380都由相同的 供應電壓所供電，例如是高供應電壓HVDD及低供應電壓LVDD的其中之一。 在圖3中，第一級放大器370的晶體管371至373的功能，分別相似于圖2 中的第一級放大器270的晶體管271至273。而晶體管381至384的功能分 別相似于晶體管281至284的功能。輸出電路320與220的對應的晶體管的 架構為互補。舉例來說，晶體管371為N型金屬氧化物半導體(麗OS),而其 對應的晶體管271為P型金屬氧化物半導體(PMOS)。反相器390的功能也相 似于反相器290。
在輸出電路320中，晶體管371的漏極與源極的跨壓值為Vds,而各晶 體管372及373的柵極與源極的跨壓值為Vgs。當差動電壓對DIN'及DIP' 低于電壓值Vds + Vgs時，晶體管372及373將會被截止，使得輸出電路320 無法正常工作。因此，當共同電壓的輸入差動電壓對DIN及DIP過低時，通 過輸入電路310拉高輸入差動電壓對DIN及DIP,可使晶體管372及373保 持導通，以接收拉高后的差動電壓對DIN'及DIP'。
因此，即使輸入差動電壓對DIN及DIP的共同電壓Vcom'過低時，輸入 電路310產生的差動電壓對DIN'及DIP'的共同電壓不低于電壓值Vds + Vgs，所以輸出電路320能正常地動作。如此一來，即使輸入差動電壓對具 有高范圍的共同電壓，第二實施例的前置放大器300也能正確地前置放大此 輸入差動電壓對。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實施例披露如上，但其并非用以限定 本發(fā)明。本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，當可作 若干的更改與修飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應以本發(fā)明的權利要求為準。
1權利要求
1.一種前置放大器，應用于一接收器中，該前置放大器包括一輸入電路，用以接收一輸入差動電壓對，當該輸入差動電壓對的共同電壓高于一參考電壓時，該輸入電路拉低該輸入差動電壓對；以及一輸出電路，用以接收從該輸入電路傳送而來的該輸入差動電壓對，以對應地拉高或拉低一輸出電壓。
2. 如權利要求1所述的前置放大器，其中當該輸入差動電壓對的共同電 壓不高于該參考電壓時，該輸入電路保持該輸入差動電壓對不變。
3. 如權利要求1所述的前置放大器，其中該輸入電路包括 一比較器，用以比較該輸入差動電壓對的共同電壓與該參考電壓；以及 一電平調整器，用以當該輸入差動電壓對的共同電壓高于該參考電壓時，4^[氐該，lr入差動電壓只于。
4. 如權利要求3所述的前置放大器，其中該電平調整器包括兩個源極跟 隨器，各用以當該共享電壓高于該參考電壓時，拉低該輸入差動電壓對的其 中之一的電壓。
5. 如權利要求3所述的前置放大器，其中該輸入電路包括一電壓分壓器， 用以產生用于該比較器的該輸入差動電壓對的共同電壓。
6. 如權利要求3所述的前置放大器，其中該輸入電路包括一第一開關、 一第二開關、 一第三開關及一第四開關，當該輸入差動電壓對的共同電壓高 于該參考電壓時，該第一開關及該第二開關傳送該輸入差動電壓對至該電平 調整器，當該輸入差動電壓對的共同電壓不高于該參考電壓時，該第三開關 及該第四開關直接傳送該輸入差動電壓對至該輸出電路。
7. 如權利要求1所述的前置放大器，其中該輸出電路包括 一第一級放大器，由一高供應電壓所供電，用以接收從該輸入電路傳遞而來的該輸入差動電壓對，并放大該輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電 壓對；以及一第二級》文大器，由一《氐供應電壓所供電，用以方文大該內部差動電壓對， 以拉高或拉低一第 一輸出電壓。
8. 如權利要求1所述的前置放大器，其中該輸出電路還包括 一反相器，用以基于該第一輸出電壓，拉高或拉低一第二輸出電壓。
9. 一種前置放大器，應用于一接收器，該前置放大器包括 一輸入電路，用以接收一輸入差動電壓對，當該輸入差動電壓對的共同電壓高于一參考電壓時，該輸入電路拉低該輸入差動電壓對，當該輸入差動 電壓對的共同電壓不高于該參考電壓時，該輸入電路保持該輸入差動電壓對 不變；以及一方文大電路，包括一第一級放大器，由一高供應電壓所供電，用以接收并放大從該輸入 電^各傳送而來的該輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電壓對；及一第二級放大器，由一低供應電壓所供電，用以接收并放大該內部差 動電壓對，以拉高或4立j氐一輸出電壓。
10. 如權利要求9所述的前置放大器，其中該輸入電路包括 一比較器，用以比較該輸入差動電壓對的共同電壓與該參考電壓；以及 一電平調整器，用以當該輸入差動電壓對的共同電壓高于該參考電壓時，拉低該輸入差動電壓對。
11. 如權利要求IO所述的前置放大器，其中該電平調整器包括兩個源極 跟隨器，各用以當該輸入差動電壓對的共享電壓高于該參考電壓時，拉低該 輸入差動電壓對的其中之一的電壓。
12. 如權利要求10所述的前置放大器，其中該輸入電路包括一電壓分壓 器，用以產生用于該比較器的該輸入差動電壓對的該共同電壓。
13. 如權利要求10所述的前置放大器，其中該輸入電路包括一第一開關、 一第二開關、 一第三開關及一第四開關，當該輸入差動電壓對的共同電壓高 于該參考電壓時，該第一開關及該第二開關傳送該輸入差動電壓對至該電平 調整器，當該輸入差動電壓對的共同電壓不高于該參考電壓時，該第三開關 及該第四開關直接傳送該輸入差動電壓對至該輸出電路。
14. 如權利要求9所述的前置放大器，其中該放大電路還包括 一反相器，用以基于該第一輸出電壓，拉高或拉低一第二輸出電壓。
15. —種用以前置放大一輸入差動電壓對的方法，應用于一接收器，該 方法包括當該輸入差動電壓對的共同電壓高于一參考電壓時，拉低該輸入差動電 壓對；放大該輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電壓對；以及放大該內部差動電壓對，以拉高或拉低一第一輸出電壓。
16. 如權利要求15所述的方法，其中放大該輸入差動電壓對的步驟前， 該方法還包才舌當該輸入差動電壓對的共同電壓不高于該參考電壓時，保持該輸入差動 電壓》于不變。
17. 如權利要求15所述的方法，其中放大該輸入差動電壓對的步驟中， 由一第一級放大器放大該輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電壓對，該第 一級放大器由一高供應電壓供電。
18. 如權利要求15所述的方法，其中放大該內部差動電壓對的步驟中， 由一第二級放大器放大該內部差動電壓對，該第二級放大器由一低供應電壓供電。
19. 如權利要求15所述的方法，還包括 放大該第一輸出電壓，以拉高或拉低一第二輸出電壓。
20. —種前置放大器，應用于一接收器中，該前置放大器包括 一輸入電路，用以接收一輸入差動電壓對，當該輸入差動電壓對的共同電壓低于一參考電壓時，該輸入電路拉高該輸入差動電壓對；以及一輸出電路，用以接收從該輸入電路傳送而來的該輸入差動電壓對，以 對應地4立高或拉低一輸出電壓。
21. 如權利要求20所述的前置放大器，其中當該輸入差動電壓對的共同 電壓不低于該參考電壓時，該輸入電路保持該輸入差動電壓對不變。
22. 如權利要求20所述的前置放大器，其中該輸入電路包括 一比較器，用以比較該輸入差動電壓對的共同電壓與該參考電壓；以及 一電平調整器，用以當該輸入差動電壓對的共同電壓低于該參考電壓時，拉高該輸入差動電壓對。
23. 如權利要求22所述的前置放大器，其中該電平調整器包括兩個源極 跟隨器，各用以當該共享電壓低于該參考電壓時，拉高該輸入差動電壓對的 其中之一的電壓。
24. 如權利要求22所述的前置放大器，其中該輸入電路包括一電壓分壓 器，用以產生用于該比較器的該輸入差動電壓對的共同電壓。
25. 如權利要求22所述的前置放大器，其中該輸入電路包括一第一開關、 一第二開關、 一第三開關及一第四開關，當該輸入差動電壓對的共同電壓低于該參考電壓時，該第一開關及該第二開關傳送該輸入差動電壓對至該電平 調整器，當該輸入差動電壓對的共同電壓不低于該參考電壓時，該第三開關 及該第四開關直接傳送該輸入差動電壓對至該輸出電路。
26. 如權利要求20所述的前置放大器，其中該輸出電路包括 一第一級放大器，用以接收從該輸入電路傳遞而來的該輸入差動電壓對，并放大該輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電壓對；以及一第二級放大器，用以放大該內部差動電壓對，以拉高或拉低一第一輸 出電壓。
27. 如權利要求20所述的前置放大器，其中該輸出電路還包括 一反相器，用以基于該第一輸出電壓，拉高或拉低一第二輸出電壓。
28. —種用以前置放大一輸入差動電壓對的方法，應用于一接收器，該 方法包括當該輸入差動電壓對的共同電壓低于一參考電壓時，拉高該輸入差動電 壓對；放大該輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電壓對；以及 放大該內部差動電壓對，以拉高或拉低一第一輸出電壓。
29. 如權利要求28所述的方法，其中放大該輸入差動電壓對的步驟前， 該方法還包括當該輸入差動電壓對的共同電壓不低于該參考電壓時，保持該輸入差動 電壓7于不變。
30. 如權利要求28所述的方法，其中放大該輸入差動電壓對的步驟中， 由一第一級放大器放大該輸入差動電壓對，以輸出一內部差動電壓對。
31. 如權利要求28所述的方法，其中放大該內部差動電壓對的步驟中， 由一第二級放大器放大該內部差動電壓對。
32. 如權利要求28所述的方法，還包括 》文大該第一輸出電壓，以拉高或拉低一第二輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明關于應用于接收器的前置放大器及其方法。其中該前置放大器，應用于一接收器中，前置放大器包括一輸入電路及一輸出電路。輸入電路用以接收一輸入差動電壓對，當輸入差動電壓對的共同電壓高于一參考電壓時，輸入電路拉低輸入差動電壓對。輸出電路用以接收從輸入電路而來的輸入差動電壓對，以對應地拉高或拉低一輸出電壓。
文檔編號H04B1/16GK101515789SQ200810137738
公開日2009年8月26日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權日2008年2月21日
發(fā)明者黃崇銘, 黃志豪 申請人:奇景光電股份有限公司