CN100461625C - Ab类放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动通信领域中的AB类放大器，包括带有AB类输出级的电压跟随器，和一个辅助放大器，二者并联连接；所述辅助放大器包括N型比较器A101和N型比较器A102，一个偏置电路和一个由PMOS管AMP1和1个NMOS管AMN1构成的输出级，比较器A102的输出端S1与偏置电路的输入端连接；PMOS管AMP1的源极与VDD连接，栅极与比较器A101的输出端S2连接，漏极与NMOS管AMN1的漏极连接；NMOS管AMN1的栅极与偏置电路的输出端S3连接，源极与地连接。采用本发明提出的AB类放大器，不但使放大器具有快速的压摆率，而且降低功耗。

Description

AB类放大器

技术领域

本发明涉及一种放大器，特别是涉及一种AB类放大器，该放大器具有快速的压摆率(slew rate)。

背景技术

在多级放大器中，一般包括电压放大器和功率放大器，电压放大器的作用是不失真地提高输入信号的幅度，以驱动后面的功率放大器；功率放大器的作用提高输出功率。AB类功率放大器功耗低，效率高，能满足一定的失真，被广泛地应用于电路的输出级。

典型的带有AB类输出级的电压跟随器如图1所示。电压放大器A是典型结构的放大器，PMOS管FMP1和NMOS管FMN1构成AB类输出级，偏置电路给输出级提供合适的偏置电流。

典型的带有AB类输出级的电压跟随器如果需要得到快速的压摆率，AB类输出级需要几个mA的静态电流，因而不适合低功耗电路，比如便携产品和手持移动设备等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不适合低功耗电路的缺点，以期提出一种AB类放大器，它具有快速的压摆率和功耗低的优点。

本发明所述AB类放大器的工作原理为在输入电压大幅度变化时工作，增大静态电流从而获得快速的压摆率，输入电压无跳变时不工作从而降低功耗。

本发明提出的一种AB类放大器，包括带有AB类输出级的电压跟随器，其特征在于：

还包括一个辅助放大器，所述辅助放大器和带有AB类输出级的电压跟随器并联连接；

所述辅助放大器包括N型比较器A101和A102，一个偏置电路和一个由PMOS管AMP1和1个NMOS管AMN1构成的输出级；

比较器A102的输出端S1与偏置电路的输入端连接；PMOS管AMP1的源极与VDD连接，栅极与比较器A101的输出端S2连接，漏极与NMOS管AMN1的漏极连接；NMOS管AMN1的栅极与偏置电路的输出端S3连接，源极与地连接。AMP1和AMN1工作在线性区。

N型比较器A101和A102的结构如图3所示，包括4个PMOS管MP1，MP2，MP3，MP4；两个NMOS管MN1，MN2和一个偏置电流源。MP1的源极与电源连接，栅极与MP2的栅极连接；漏极与MP2的源极连接；MP2的栅极与漏极连接，漏极与MN1的漏极连接；MN1的源极与偏置电流源的输入端连接，栅极为比较器的正相输入端；MP3的源极与电源连接，栅极与MP1的栅极连接，漏极与MP4的源极连接；MP4的栅极与MP1的栅极连接，漏极与MN2的漏极连接；MN2的源极与偏置电流源的输入端连接，栅极为比较器的负相输入端。MP1，MP3和MP4工作在线性工作区，MP2，MN1，MN2工作在饱和区。

采用本发明提出的AB类放大器，不但使放大器具有快速的压摆率，而且降低功耗，适用于低功耗电路。

附图说明

图1是典型的带有AB类输出级的电压跟随器结构图。

图2是本发明所述AB类放大器装置结构图。

图3是本发明所述AB类放大器中的N型比较器结构图。

图4是本发明所述装置实施例的结构图。

图5是本发明实施例中主放大器的压摆率仿真波形。

图6是本发明实施例实现的放大器的压摆率仿真波形。

具体实施方式

下面结合本发明所述装置的具体实施方式进一步说明该装置的工作原理及优点。

图2是本发明所述AB类放大器装置结构图，所述AB类放大器包括带有AB类输出级的电压跟随器，还包括一个辅助放大器，所述辅助放大器和带有AB类输出级的电压跟随器并联连接；

所述辅助放大器包括N型比较器(A101)和N型比较器(A102)，一个偏置电路和一个由PMOS管(AMP1)和1个NMOS管(AMN1)构成的输出级；

比较器(A102)的输出端(S1)与偏置电路的输入端连接；PMOS管(AMP1)的源极与VDD连接，栅极与比较器(A101)的输出端(S2)连接，漏极与NMOS管(AMN1)的漏极连接；NMOS管(AMN1)的栅极与偏置电路的输出端(S3)连接，源极与地连接。

图3是本发明所述AB类放大器中的N型比较器结构图，所述N型比较器包括，PMOS管(MP1)、PMOS管(MP2)、PMOS管(MP3)和PMOS管(MP4)以及NMOS管(MN1)、NMOS管(MN2)和一个偏值电流源；

PMOS管(MP1)的源极与电源连接，栅极与PMOS管(MP2)的栅极连接；漏极与PMOS管(MP2)的源极连接；PMOS管(MP2)的栅极与漏极连接，漏极与NMOS管(MN1)的漏极连接；NMOS管(MN1)的源极与偏置电流源的输入端连接，栅极为比较器的正相输入端；PMOS管(MP3)的源极与电源连接，栅极与PMOS管(MP1)的栅极连接，漏极与PMOS管(MP4)的源极连接；PMOS管(MP4)的栅极与PMOS管(MP1)的栅极连接，漏极与NMOS管(MN2)的漏极连接；NMOS管(MN2)的源极与偏置电流源的输入端连接，栅极为比较器的负相输入端。

图4是本发明所述装置实施例的结构图，所有CMOS管为高压器件。

PMOS管AMP2和NMOS管AMN2组成偏置电路，为AMN1提供合适的偏置电流。PMOS管FMP2和NMOS管FMN2组成偏置电路，为FMN1提供合适的偏置电流。

比较器A101和A102中4个PMOS管的尺寸关系为： ${\left(\frac{W}{L}\right)}_{\mathrm{MP}1}={\left(\frac{W}{L}\right)}_{\mathrm{MP}2}=\frac{1}{N}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{\mathrm{MP}3}=\frac{1}{N}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{\mathrm{MP}4}.$ 两个NMOS管的尺寸关系为： ${\left(\frac{W}{L}\right)}_{\mathrm{MN}1}={\left(\frac{W}{L}\right)}_{\mathrm{MN}2}$ (W，L分别为MOS管沟道宽度和沟道长度)。

当A101工作在DC状态(两个输入端的电压相等且不变化，电源电压不变化)，流过比较器两个支路的电流相等，由于MP1，MP2和MP3，MP4尺寸的不对称关系使得

(Vds)_MP1+(Vds)_MP2>>(Vds)_MP3+(Vds)_MP4(Vds为MOS管源极-漏极电压)，从而使得比较器的输出电压V_S2接近供电电压，使得AMP1管截止。同理AMN1管在DC工作状态也是截止的。从而输出级的静态功耗为0。

处理小信号时，同样由于MP1，MP2和MP3，MP4尺寸的不对称关系使得MP1，MP3和MP4工作在线性工作区，比较器的增益很小，小于5。V_S2和偏置电压电压V_S3的变化不足以将AMP1和AMN1导通。输出级的静态功耗为0。

处理大信号时，有两种情况：

一种是当输入电压或者电源电压由低电压跳变到高电压，此时A101比较器工作，输出电压V_S2由高电平跳变到低电平，输出级中的AMP1管导通，对负载进行充电，当输出电压升高与输入电压相等时，V_S2升高使得AMP1管截止；

另一种是当输入电压或者电源电压由高电压跳变到低电压，此时A102比较器工作，输出电压V_S1由高电平跳变到低电平，偏置电压V_S3由低电平跳变到高电平，使得AMN1导通，为负载提供放电通路，当输出电压降到与输入电压相等时，V_S1升高使得V_S3降低，AMN1截止。

所以处理大信号时辅助放大器增加对负载进行充放电的电流从而获得了快的压摆率。

图5是典型的带有AB类输出级的电压跟随器的压摆率仿真波形。

图6是本发明实施例实现的AB类放大器的压摆率仿真波形。

比较两者的压摆率可以看出，通过并联一个辅助放大器，压摆率可以由1.4千伏/秒增加到41千伏/秒。

P型结构的辅助放大器也在本专利保护范围。

Claims (5)

1.一种AB类放大器，包括带有AB类输出级的电压跟随器，其特征在于：

还包括一个辅助放大器，所述辅助放大器和带有AB类输出级的电压跟随器并联连接；

所述辅助放大器包括N型比较器(A101)和N型比较器(A102)，一个偏置电路和一个由PMOS管(AMP1)和1个NMOS管(AMN1)构成的输出级；

比较器(A102)的输出端(S1)与偏置电路的输入端连接；PMOS管(AMP1)的源极与VDD连接，栅极与比较器(A101)的输出端(S2)连接，漏极与NMOS管(AMN1)的漏极连接；NMOS管(AMN1)的栅极与偏置电路的输出端(S3)连接，源极与地连接。

2.根据权利要求1所述的AB类放大器，其特征在于：

所述N型比较器包括，PMOS管(MP1)、PMOS管(MP2)、PMOS管(MP3)和PMOS管(MP4)以及NMOS管(MN1)、NMOS管(MN2)和一个偏值电流源；

PMOS管(MP1)的源极与电源连接，栅极与PMOS管(MP2)的栅极连接；漏极与PMOS管(MP2)的源极连接；PMOS管(MP2)的栅极与漏极连接，漏极与NMOS管(MN1)的漏极连接；NMOS管(MN1)的源极与偏置电流源的输入端连接，栅极为比较器的正相输入端；PMOS管(MP3)的源极与电源连接，栅极与PMOS管(MP1)的栅极连接，漏极与PMOS管(MP4)的源极连接；PMOS管(MP4)的栅极与PMOS管(MP1)的栅极连接，漏极与NMOS管(MN2)的漏极连接；NMOS管(MN2)的源极与偏置电流源的输入端连接，栅极为比较器的负相输入端。

3.根据权利要求1或2所述的AB类放大器，其特征在于，所述辅助放大器中的PMOS管(AMP1)和NMOS管(AMN1)均工作在线性区。

4.根据权利要求2所述的AB类放大器，其特征在于：

所述N型比较器中的PMOS管(MP1)、PMOS管(MP3)和PMOS管(MP4)工作在线性区，PMOS管(MP2)、NMOS管(MN1)和NMOS管(MN2)工作在饱和区。

5.根据权利要求1所述的AB类放大器，其特征在于：

所述辅助放大器还可以采用P型结构的比较器。

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