[发明专利]微分输出放大器的单端输入电路

说明书

本发明一般涉及到放大器电路，特别涉及到那些接收一单端输入信号并得到微分输出信号（即输出信号的相位差是180°）的放大器电路。在射频（RF）应用中，如平衡混频器，经常需要驱动本机振荡输入信号，射频（RF）输入信号或两个输入信号的微分。因此，为了使相互调谐的畸变最小，必需减小放大器微分输出信号间的相位误差。此外，重要的是，该放大器能为宽带应用提供一个低的输入阻抗，同时使放大器的输入方便地与所要求的阻抗相匹配。

如图1所示，一个常用的微分放大器10，它的一个输入端23接地。从原理上讲，该电路由一只共源极场效应晶体管（FET）15和一只共栅极场效应晶体管（FET）19组成。当一输入信号加到输入端11时，输出端16就有相位差为180°的信号（也就是反相输出），而在连接点18有同相信号。连接点18的信号作为输入信号施加到共栅极场效应管19上，结果在输出端20就有同相信号（也就是不反相输出信号）。

放大器10的主要缺点是由于加在连接点13的输入信号在到达场效应晶体管FET19的源极（即输入端）之前，要经过场效应晶体管FET15，这样将伴随一个延迟，在两个输出端16和20之间就产生了相位误差。此外，由于它具有高的输入阻抗，因而放大器10容许的工作频带窄。放大器10的另一个缺点是需要提供一个恒流源22以保持输出端16和20有相等的幅值。

本发明的一个目的是提供一个微分输出放大器的单端输入电路，该放大器微分输出信号间的相位误差有所改进。

本发明的另一个目的是提供一个具有低输入阻抗的微分输出放大器的单端输入电路，以便放大器输入部份的阻抗匹配并保证宽的工作频带。

简而言之，根据本发明微分输出放大器的单端输入电路最好由两个场效应管FETS构成：一个作为共栅极放大器，以得到一个不反相的输出信号，第二个场效应管FET作为共源极放大器，以得到一个反相输出信号。每个FET的输入端相联接，同时接收输入信号，从而使微分输出信号间的相位延迟减至最小。本发明的另一方面是把不反相放大器接入反相放大器的偏压电路。

图1是根据先有技术的单端输入微分输出放大器的原理电路图。

图2是根据本发明的单端输入微分输出放大器的原理电路图。

参考图2，选用的微分输出放大器50包括二个耗尽型砷化镓（GaAs）FETs55和65。节点51接收输入信号并通过一个耦合电容52施加到FET55的源极。偏置电压Vdd₁经电阻56连接到FET55的漏极，由此连接点引出一不反相的输出端60。电阻53连接于FET55的源极和地之间，它给共栅极场效应管FET55提供一个偏置电位Vgs₁。FET55的源极在连接点54处还与第二个FET65的栅极相连接。偏置电压Vdd₂经由电阻59与FET65的漏极相连接，由此连接点引出反相输出端61。电阻58将FET65的源极和地相连，并与Vgs₁相配合，为FET65的栅极对源极的结提供一个偏置电位Vgs₂。电容57也接于FET65的源极和地之间，提供一个源极的交流（AC）接地。如图2所示，对于放大器50，第二个FET65组成一个反相共源极级。

在本发明的电路中，FET55的共栅极级是FET65的共源级偏压电路的一个整体组成部分。对于适当的偏压，FETs65和55的静态工作点应当是相同的。相应地，电压Vds₁和Vds₂最好相等。此外，栅极对源极的结电位Vgs₁、Vgs₂以及FETs的电流Ids₁、Ids₂也应该是相同的。为了使栅极对源极的电压相同，电阻58的阻值必须是电阻53阻值的二倍。电阻56和59最好阻值相同，并依所需的电压增益来选择，以保持FETs65和55处在饱和区。由于电阻58与电阻53的阻值不相等，为了保持两个FETs的漏极对源极的电压相等，偏置电压Vdd₂要大于偏压Vdd₁，这可采用单一的电源连同常用电压分压电路（图中没有示出）来获得。

在工作时，FET65的反相级的输入端和FET55的不反相级输入端上将同时出现输入信号，从而使两输出信号间的相位误差减至最小。

由于共栅极FET55和共源级FET65的输入端是连接在一起的，放大器50的两个级具有相等的低的输入阻抗。这样进一步减小了相位误差并增大了工作频带宽度。

放大器50的另一个优点是省去了常规微分放大器10所需要的恒流源电路22。当然，本发明不局限于用GaAsFETs、（砷化镓场效应晶体管），如果需要的话，其它型式的晶体管，如双极晶体管或CMOSFETs也可以应用。