[发明专利]高功率效率的跨导放大器设备和系统

说明书

技术领域

本发明描述的实施例涉及与电子电路相关联的设备和方法，包括与动态电流源相关联的结构和方法。

背景技术

线性放大器用于各种应用中，包括，例如，音频、视频和电源。放大器输入信号和相应的输出信号之间的线性特性使得放大器输入端呈现的模拟信息能够可靠再现。与线性特性和放大器质量相关联的关键指标是转换速率，其通常以伏特每秒(毫伏每微秒等)表示。转换速率是放大器内特定点处的信息信号变化的最大速率的量度。低转换速率会导致失真的输出，因为信息信号的快速变化部分相对于信号的其他部分在时间上被延迟。

放大器转换速率可能是尤为重要的其中一种应用是开关型DC-DC电压转换器的输出电压的调节。开关型DC降压型转换器(在本领域中被称为“降压”转换器)交替建立并且中断转换器DC电源输入端和能量转换电感器之间的电路路径。在接通(ON)状态期间，随着电流流过电感器，电感器以磁场存储能量。在断开(OFF)状态期间，衰减的磁场在转换器输出端产生电流。从而电感器整合开关波形，产生与活动状态(active state)开关波形的占空比成比例的输出电压波形。滤波器电容器通常用于平滑转换器输出端的电压波形。

为了在负载电流需求变化时将DC-DC转换器的输出端保持在电压设定点，输出电压电平可以被监控并被反馈到控制开关占空比的电路。DC-DC转换器反馈电路的转换速率在要求严格电压调节的应用中会尤其重要。例如，现代处理器通常采用数以亿计的晶体管。每个晶体管的接通/断开状态有助于提供给DC电源的整体瞬时电流负载。瞬时电流负载可以是相当高的，并且可以在几微秒内发生大幅改变。并且，与现今的微处理器技术相关联的低压工作给DC电源调节要求提出了额外挑战，鉴于小的电源电压变化可以表示处理器的工作电压裕量的较大百分比。

与控制DC-DC转换器中的反馈回路的输出电压相关联的组件的转换速率可以限制该转换器的调节精度。施加到误差放大器的差分输入端的信号通常包括参考电压和变换器输出端的电压划分样本。反馈误差信号出现在误差放大器的输出端。一些误差放大器使用“动态偏置”电流电路并提供可变电流源形式的误差信号。输出电流源的幅值与参考电压和出现在误差放大器差分输入端的转换器输出样本电压之间的差的幅值成比例。

发明内容

本发明的实施例和方法用作以AB类模式工作的二级压控电流源(即，动态电流源)。差分输入信号被施加在跨导装置的第一级对的输入端。如果差分输入信号为正，则输入信号的第二阶复本在第一级跨导装置的其中一个的输出端产生，并且如果差分输入信号为负，则在另一个第一级跨导装置的输出端产生。第二阶信号呈现在相应的第二级跨导装置的输入端。第二阶输入信号在第二级跨导装置的输出端处成比例地复制，作为电流源。本文的实施例利用相位延迟的电流注入电路在AB类动态电流源的活动侧变为不活动(inactive)之后，立刻对与该侧相关的级间寄生电容快速重新充电。这样做快速耗散另外缓慢衰减的残留驱动信号。没有电流注入的情况下，残留驱动信号会在电流源的相关侧变为不活动之后，导致输出级继续导电。这种行为增加了电流消耗，并且会导致输出级的损坏性工作，尤其是在更高频率上的工作期间。

如本文所用的，术语“跨导装置”是指用在电子电路中的装置，其用于控制作为到装置的电压输入的函数的电流。因此，跨导装置可以包括半导体装置，例如，具有栅极、源极和漏极终端的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及具有基极、集电极和发射极终端的双极结型晶体管。跨导装置也可以体现在真空管装置、有机晶体管以及其他技术中。本文结合跨导装置使用的术语“电流沟道”是指通过该装置沿着由该装置控制的电流沿其流过的路径(例如，MOSFET的源极和漏极之间的路径、双极结型晶体管的集电极和发射极之间的路径等)。术语“沟道耦合”是指与跨导装置相关联的电流沟道耦合到其他装置。术语“输入元件”是指MOSFET栅极、双极结型晶体管的基极、真空管栅极等。

附图说明

图1示出根据各种示例性实施例的作为差分输入线性放大器的动态偏置源的二级压控电流源的示例性应用。

图2是根据各种示例性实施例的二级动态电流源的原理图。

图3是示出与由图2的动态电流源供应的电流相关联的频率相关性的曲线图。

图4是根据各种示例性实施例的包括减轻与级间寄生电容相关联的频率相关性的电路的二级动态电流源的示意图。

图5是根据各种示例性实施例的包括减轻与级间寄生电容相关联的频率相关性的电路的二级动态电流源的示意图。