[发明专利]线性放大器和电平移位方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有小电路面积和低电力消耗的具有电平移位功能的线性放大器。线性放大器还具有可变增益和低通滤波器功能。

背景技术

诸如图8中所示的电路是已知的，该电路在保持模拟信号的线性的同时执行电平移位。例如参见日本专利公开JP 2001-244760。在图6中所示的电平移位电路中，输入电压信号Vin是以第一电源电压VDD1操作的前级电路的输出信号。包括电压放大器或运算放大器11的后级电路以与VDD1不同的第二电源电压VDD2操作。

输入信号Vin经由输入电阻R1输入至电压放大器11的反相输入端子。此外，基准电压Vref输入至非反相输入端子，并且输出信号Vout经由反馈电阻R2反馈至电压放大器的反相输入端子。结果，假设电压放大器11的增益足够大，则反相输入端子处的电压成为等于基准电压Vref。因此，由以下等式定义的电流Ib流过输入电阻R1。

Ib＝(Vin-Vref)/R1

电流Ib还流过反馈电阻R2，并且输出信号电压Vout的电压被定义如下。

Vout＝Vref-R2·Ib

＝Vref-[R2·(Vin-Vref)/R1]

结果，可通过输入信号Vin和基准电压Vref的共模电压控制输出信号Vout的平均电压或共模电压。也就是，实现了信号的电平移位或电平降低。

例如，考虑以下情况：从具有3.3V电源电压的第一范围中的信号至具有1.2V电源电压的第二范围中的信号的电平移位，基准电压Vref=1.0V，输入共模电压Vin_common=1.5V，并且电阻R1=R2=500Ω。

在这种情况下，流过电阻R1和R2的平均电流或DC电流是1mA，并且输出共模电压Vout_common成为0.5V。也就是，执行了–1.0V的电平移位。假设电压放大器的增益足够大，则电路的增益Av被定义如下。

Av＝R2/R1＝1

因此，输入信号Vin的幅值维持为输出信号Vout。

通过想象从支点起分别具有R1和R2长度的臂的跷跷板的移动将容易理解图6中所示的线性放大器的操作。参见图7。当输入电阻R1端部处的输入信号Vin在较高共模电压周围移动时，反馈电阻R2端部处的输出信号Vout在较低共模电压Vout_common周围移动。

还可以从具有较低共模电压的输入信号产生具有较高共模电压的输出信号。在这种情况下，DC电流经由电阻R1和R2流向输入信号侧Vin。

图9示出日本专利公开JP-2002-344258中公开的另一种已知的电平移位电路。图9中所示电路除了与构成图6中所示的电路相同的电路部件之外还包括连接在电压放大器11的反相输入端子和接地之间的恒流源23。恒流源23引起电流Ic。

当没有连接恒流源23时，图9中所示电路的操作与图6中所示电路的操作相同。另一方面，当连接恒流源23时并且如果Vin_common=Vref，电流Ic流入反馈电阻R2。在这种情况下，如下确定输出共模电压Vout_common。

Vout_common＝Vref+Ic·R2

因此，图9中所示的电平移位电路执行电平移位或电平升高，以通过使用基准电压Vref从输入信号Vin产生输出信号Vout。

发明内容

要解决的问题

然而，在图6中所示的电平移位电路中，需要产生适用于输入共模电压Vin_common和输出共模电压Vout_common的基准电压Vref。此外，输入电阻R1和基准电压Vref确定附加电流Ib，需要附加电流Ib来驱动电压放大器11。因此，变得有必要当输入电阻R1和基准电压Vref中的一个改变时修改电压放大器11的结构。

此外，在图6中所示的电平移位电路中，难以提高电平移位量，这是因为基准电压被用作支点。例如，考虑从具有2.5V的共模电压的3.3V电源电压范围中的输入信号至1.2V电源电压范围中的输出信号的电平移位的情况。如果电压放大器11置于1.2V电源电压范围中，则基准电压Vref不能成为高于1.2V。结果，输出信号的共模电压Vout_common等于或小于-0.1V，这就不能通过常规方式实现。

因此有必要构造具有置于3.3V电源电压范围中的电压放大器的电平移位电路。例如当基准电压Vref被设置成1.5V时，输出共模电压Vout_common成为0.5V。