[发明专利]具有改良线性度以及低偏差的跨导放大器

说明书

本发明关于一种集成电路，特别是关于具有改良线性度以及低偏差的一跨导(transcondance)放大器。

跨导放大器将一输入电压信号转换成一输出电流信号，其中输出电流与输入电压成一比例。在某些应用中，跨导放大器需要有尽可能低的偏差(offseet)。传统上，以降低跨导放大器的偏流(bias current)以达到低偏差的要求。然而，降低偏流往往造成跨导放大器的线性度(linearity)变差。

图1表示一传统的集成电路MAX436，用以说明这个问题。在集成电路10中，一放大器的输入电压以输入电压源V_in+与V_in-表示。一输出端OUT的输出电压(V_out)连接晶体管q₁₀及q₁₂的集电极。简单地说，输入端IN+与IN-之间的一电压差，也就是Vi_n+-V_in-，通过配对的射极跟随器(emitterfollowers)，也就是q₁到q₈，施加到一电阻r₁，在这个例子中r₁为4千欧姆，所以通过r₁的电流为(V_in+-V_in-)/r₁。通过r₁的这个电流通过二电流反射镜，也就是电流反射镜q₉与q₁₀以及电流反射镜q₁₁与q₁₂，被转换到输出端OUT，变成一输出电流I_out。

若介于IN+与IN-之间的电压差为零，理想上晶体管q₁₀与q₁₂的静态(quiescent)电流为相等，且相互抵销使得输出电流I_out为零。这样的一个电路有二方面的好处。首先，在供电电压范围内可以自由选择输入信号与输出信号的静态电位。第二，因为仅使用局部的回馈(local feedback)，故此种电路的带宽(bandwidth)与稳定性较高。

然而，此一电路伴随有二个缺点。第一，与使用回馈的电路相比较，其输入线性度差，因为此电路没有从输出到输入的回馈。第二，因为此类型放大器中的各元件的不完善性，不可避免地有一大的偏差。其他缺点进一步在下面描述。

此类型电路的线性度之所以受到限制，因为晶体管q₃、q₄、q₇以及q₈的固有的发射极电阻(inherent emitter resistence)的变动。在静态下，电流源I₁到I₄，作为静态电路，在本例中各为8微安，。在I₁＝I₂＝I₃＝I₄＝I的条件下，q₁到q₈的固有的发射极电阻各为Vt/I，其中Vt＝k^*T/q为热电压(thermalvoltage)，在室温下约为26毫伏，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，且q为电荷量。在本例子中，静态状态下每一固有的发射极电阻为：

26毫伏/8微安＝3.25千欧。

晶体管q₁、q₂、q₅及q₆的跨导为常数，因为通过这些晶体管的电流由其所连接的电流源固定。然而，流经晶体管q₃、q₄、q₇及q₈的电流决定于输入信号。若是电路工作接近静态点，则互阻(transresistance)Rt，也就是跨导(transconductance)的倒数值，将会是r₁+Vt/Ie，在本例中为：

4千欧+3.25千欧＝7.25千欧。