[发明专利]具有非线性传导和低静态电流的跨导放大器

说明书

复合跨导放大器使用单个跨导放大器形成，其输出通过一个或多个串联电阻连接到负载。单个跨导放大器具有线性跨导(gm)。随着通过串联电阻器的电流增加，电阻器节点上的电压降增加。独立驱动电路的控制端子连接到各个节点，并且随着来自单个跨导放大器的电流更加正向而导通。因此，复合跨导放大器的有效gm基于单个跨导放大器的gm和由连续使能的驱动电路贡献的电流。因此，gm是非线性的。下拉驱动电路也连接到电阻器节点，以连续地下拉电流，因为单个跨导放大器的输出变为负。复合跨导放大器具有低静态电流。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月22日提交美国专利商标局、申请号为15/928,791的美国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及跨导放大器，更具体地说，涉及一种具有可选择的非线性跨导(gm)同时绘制低静态电流的跨导放大器。

背景技术

跨导放大器接收输入电压并输出与输入电压具有某种定义关系的电流。对于宽范围的输入电压，放大器的跨导(gm)通常是恒定的，但是对于某些应用来说非常需要非线性跨导。跨导以gm＝ΔIout/ΔVin给出，并且对于ΔVin的不同范围可以是可变的。

跨导放大器的输出可用于对电容器充电和放电，控制MOSFET或双极晶体管，或用于其他目的。快速充电/放电高电容负载或驱动大型MOSFET可能需要具有更高gm的跨导放大器。

具有非线性gm的跨导放大器的有用性的一个例子是在诸如用于电压调节器的反馈电路中。放大器可以接收参考电压和稳压器的分压输出电压。如果两个电压匹配(在稳态操作期间)，则放大器的电流输出基本为零，并且调节器的输出电压不会改变。当调节器的分压输出电压变得大于或小于参考电压时，例如由于负载的变化，来自放大器的非零输出电流导致调节器的输出电压下降或上升至再次将分压输出电压与参考电压相匹配。由于在这种反馈电路的操作中涉及瞬态信号和延迟，因此稳定性是一个问题。通过具有低gm的放大器用于小的输入电压差，调节器增加了稳定性，并且通过具有高gm的放大器用于大的输入电压差，调节器可以快速地对变化的负载作出反应。

这种非线性gm跨导放大器具有许多其他用途。

gm可以是不对称的，例如正电压差使放大器具有特定gm并且负电压差导致放大器具有不同的gm。这种不对称gm可以是放大器驱动器件以模拟二极管的地方。

图1示出了具有阶梯式gm和不对称输出的跨导放大器的电流输出。当放大器输入端存在负电压差时，放大器具有高gm，标记为H。输入可以具有偏移电压，使得放大器在偏移范围期间输出基本为零的电流，标记为O。对于高于偏移的小正电压差，放大器配置为具有标记为S的小gm。对于更大的正电压差，放大器配置为具有标记为M的中等gm。用于更大的正电压差，放大器配置为具有高gm，标记为H。

可以互连多个跨导放大器以实现图1的期望特性。

图2示出了用于改变复合跨导放大器的gm的一种现有技术，图3是由图2的放大器获得的电流对电压曲线。

各个跨导放大器标记为10、11、12、13和14，并且各自具有gm、gm1、gm2、gm3和gm4的跨导。gm可以相同或不同。放大器10-14以不同的组合操作以执行具有定制特性的单个跨导放大器16。示出了不同的电压偏移V1-V4耦合到放大器的反相输入。确定电压偏移的极性。二极管D1-D4不是电路的一部分，而只是传送放大器10-14输出的不同电流方向。复合放大器16被示出为驱动电容性负载20。