[发明专利]一种对控制输出级无功电流产生偏置电压的电路

说明书

技术领域：

本发明涉及到提供轨对轨输出级的电路和方法。更特别的是，本发明涉及到轨对轨输出级的电路和方法，该输出级能够在不使用反馈的情况下提供高线性度，在其跨导中提供高线性度，能考虑到由设计者控制的无功电流，并且能提供那些由设计者控制的，不受制造工艺、温度和电源电压影响的无功电流。 

背景技术：

轨对轨输出级在现有技术中被广泛熟知。典型的轨对轨输出级将两个极性互补的共源极（或是共射极）晶体管组合在一起，晶体管的漏极（或是集电极）连接在一起，组成一个连接到负载的输出节点，晶体管的源极（或是发射极）连接在一个正向和反向电源电压上，晶体管的栅极（或是基极）连接在两个交替来自外部输入信号的驱动信号上。这些输出级十分有用，它们最大化电路输出信号电压的漂移能力，使之接近电源的极限，并且因此而向给定的噪声级提供最大的信噪比。 

但是，许多已知的提供轨对轨输出级的电路和方法展示了非线性输入到输出的转移特性。这些非线性输入到输出特性通常会引起信号的失真，尤其是在有限的回路增益可以通过负反馈来修正输出级非线性度的高频情况下。因此，不使用反馈就在这些输出级中提供高线性度是十分需要的。 

在轨对轨输出级中，通常还需要维持一个已知的、流过输出级每个晶体管的无功电流。无功电流是当输出级既不向连接在输出节点的负载注入电流，也不从该负载吸收电流时，晶体管中流过的电流。通过维持输出级晶体管中的无功电流，输出级中的交越失真就能保持在最小值。但是，因为应用于输出级的元件的制造工艺、温度和电源电压的变化，该无功电流是很难控制的。 

发明内容：

根据上面所述，本发明的一个目的是提供达到高线性度的轨对轨输出级。 

本发明的另一个目的是提供在跨导中达到高线性度的轨对轨输出级。 

本发明的另一个目的是提供考虑到设计者控制的无功电流的轨对轨输出级。 

本发明的另一个目的是提供不使用反馈就达到高线性度的轨对轨输出级。 

本发明的另一个目的是提供允许无功电流独立于制造工艺、温度和电源电压的轨对轨输出级。 

本发明的技术解决方案： 

根据本发明，可以提供达到这些或其他目的的轨对轨输出级的电路和方法。更特别的是，本发明的电路和方法提供的轨对轨输出级消除了输出级晶体管跨导中固有的非线性度，允许输出级中无功电流受控于电流源和装置规格比，并且使得输出级中的无功电流能够独立于制造工艺、温度和电源电压而得以维持。 

一般来说，在功能水平上，根据本发明构成输出级包括一个双晶体管补充支路，一个电流镜电路和一个输出驱动电路。这些电路都是安排好的，这样，一个输入信号供给双晶体管补充支路和输出驱动电路。还有一个偏置电压连在双晶体管补充支路上。双晶体管补充支路和输出驱动电路还有可能被连接在电压源上。双晶体管补充电路驱动电流镜电路。电流镜电路还连在另一个电压源上。电流镜电路和输出驱动电路共用一个连接在负载上的端子。该负载还连在接地端上，该接地端通常具有的电势为由两个电压源提供的电压之差。 

在操作中，根据本发明构成的首选输出级从外部电源接收一个输入信号，从偏置发生器接收一个偏置电压，该过程所述如下。输出驱动器会产生一个推动电流供给负载，来响应上述输入信号。双晶体管补充支路会将支路电流供给电流镜，来响应由上述输入信号和偏置电压产生的电压差值。与该支路电流相称的是，电流镜之后从负载中牵引出牵引电流。当由输出驱动器供给负载的推动电流与从负载中牵引入电流镜的牵引电流相匹配时，因为负载中流动的净电流为零，所以输出级就被称为“无功”。负载电路对输入信号电压的相应通常被称为跨导。 

当输出驱动器至少提供一些推动电流，电流镜至少牵引一些牵引电流，本发明的输出级就会提供一个大致线性的跨导。该线性跨导由输出级接收，输出级与推动路径跨导的非线性成分相匹配，并且有一定的消除，与牵引路径跨导的非线性成分相匹配。当提供一个足够强的电压作为输入信号，推动电流或牵引电流中的一个就会停止流动。一旦两者中的一个停止流动，输出级就会停止消除输出信号的非线性成分，取而代之的是进入功效得到改善的AB类操作。