[发明专利]差分放大器在审
申请号: | 201580068450.7 | 申请日: | 2015-12-14 |
公开(公告)号: | CN107112963A | 公开(公告)日: | 2017-08-29 |
发明(设计)人: | 菲尔·柯比斯利 | 申请(专利权)人: | 北欧半导体公司 |
主分类号: | H03F3/45 | 分类号: | H03F3/45 |
代理公司: | 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201 | 代理人: | 宋融冰 |
地址: | 挪威特*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 差分放大器 | ||
技术领域
本发明涉及差分放大器,且明确地说,涉及在差分放大器上的共模电压的控制。
背景技术
差分放大器放大两个输入信号之间的差且产生放大的差分信号作为输出。然而,常规地,这些装置在实践中不理想,且倾向于将共模信号叠加至(例如)差分输出上。共模信号为存在于两个输入端上的信号,其倾向于遮掩所关注的差分信号。共模信号常常由耦合到两个输入端的辐射而引起。共模信号也可归因于相同标称值的电阻器的电阻之间的差(归因于与其相关联的固有制造公差)或从呈具有有限(及温度相关)电阻的长尾对配置的尾部晶体管而引起。另一共模信号源为电源电压上的波动。设计差分放大器时的目标常常为尽可能多地减少这共模输出信号的存在。
在常规差分放大器中,本身已知利用叫作共模反馈(CMFB)的技术,其中使用反馈回路调整到差分放大器的输入以补偿感测的共模电压。此技术的实例在格雷、赫斯特、路易斯和迈尔的“模拟集成电路的分析和设计,第5版”(2009,Wiley&Sons)中给出。
然而,此类放大器常常难以稳定,从而需要跨输出端连接的补偿电容器和电阻器以测量共模输出,并且因而,患有带宽问题且在特定频率下可产生不合需要的不稳定性。反馈回路还倾向于需要相当大的功率,并且因而,不良好地适合于低功率应用(例如,电池供电的便携式装置)。此类放大器还患有在放大器饱和后长启动时间和长恢复周期的问题。
发明内容
本发明开始提供一种替代性方法。
从第一方面,本发明提供一种差分放大器,其包括:
长尾对晶体管配置,其包括晶体管与尾部晶体管的差分对;以及
副本电路,其被配置以变化所述副本电路中的反馈电流以使复本电压匹配参考电压,其中变化所述副本电路中的所述反馈电流将偏压电压提供到所述长尾对中的所述尾部晶体管,所述偏压电压控制通过所述尾部晶体管的尾电流以确定所述长尾对中的共模电压。
因此所属领域的技术人员将看出,根据本发明,副本电路模拟在给定时刻的长尾对的状态,且提供前馈控制以将长尾对的共模电压设定到特定值。这有利地允许副本电路补偿局部参数变化,例如,温度的波动,以及与装置的制造相关联的工艺变化。这还有利地去除与实施反馈电路相关联的不稳定性问题,当设计此电路时,需要精力来减轻这不稳定性问题。
所属领域的技术人员将了解,尾部晶体管表现为电流源,且通常安置于晶体管与电力供应器轨的差分对之间或通常接地。然而,这并非必要且设想到其它拓扑,例如,级联晶体管配置可位于差分对与尾部晶体管之间,通过当与单个尾部晶体管配置相比时增大电流源的输出电阻,这将导致增加的性能。
所属领域的技术人员还将了解,副本电路优选地包括按类似于(但未必相同于)其被设计成复制的电路中的方式的方式而布置的组件。
情况常常是,功率考虑为现代电路设计中的优先。使用反馈控制存在于差分放大器的输出端上的共模电压的常规差分放大器消耗比需要用于例如电池供电的装置的低功率应用少的功率。根据本发明提供的前馈控制的使用有利地减少差分放大器需要的功率,同时给予共模电压的充分控制。
存在许多配置差分放大器的方式。在一个实例中,提供单端输出,其中输出为两个输入信号之间的差异的放大型式并且是相对于预定值(常常是接地);这在此项技术中被称为单端放大器。然而,常常需要配置差分放大器使得输出为两个输入信号之间的差异的放大型式,但输出围绕并非预定的值浮动;这在此项技术中被称为完全差分放大器。完全差分放大器常常有用,因为其准许放大器的双端输出接着用作到后续差分对的双端输入。换句话说,其有助于级联。完全差分放大器还提供单端放大器的两倍增益,而不需要例如电流反射镜的额外电路系统,在后者的情况下,将需要额外电路系统来提供类似增益。在一些实施例集合中,差分放大器被配置为完全差分放大器。
如上所陈述,可能需要特定放大器电路包含多于一个差分对级。根据本发明,将前馈控制应用于多于一个差分对是有可能的,从而去除对于每一差分对具备其自身的反馈控制以维持特定共模输出的需求。将相同前馈控制用于多个差分对有利地准许实施具有比在常规差分放大器设计的情况下将具有少的组件和低的功率要求的多级放大器。在一些实施例集合中,副本电路控制差分对和至少一个额外差分对中的共模电压。差分对方便地类似(例如,所有都包括长尾对)或相同,但可不同。
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