CN101060308A - 用于放大级的小信号增益的温度补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含放大级2的差分放大器电路1，放大级2包含第一和第二晶体管T1、T2，第一和第二晶体管T1和T2的门极与放大级2的差分输入端IN、INX相连。差分放大器1还包含温度补偿电路3，它包含第三和第四晶体管T3、T4。第三晶体管T3与第一晶体管的源极相连，第四晶体管T4与第二晶体管的源极相连。此外，温度补偿电路3包含与第三和第四晶体管T3、T4各自的源极相连的恒定电流源5。由此温度补偿电路3被安排用来根据运行温度提供反馈电阻以便补偿第一和第二晶体管T1、T2的电阻变化。

Description

用于放大级的小信号增益的温度补偿
技术领域
本发明涉及放大器领域，尤其是放大级的温度补偿。更准确地说，本发明涉及包括权利要求1中所主张的温度补偿电路的放大级。
背景技术
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及其它种类的晶体管是依赖于温度的，并且通过MOS晶体管的电流随着温度升高而减小。这意味着包含这种晶体管的集成电路的功率输出也随着温度升高而减小。因此这种集成电路的增益根据运行温度而变化很大；随着温度升高增益减小。当然对包含p-型和n-型MOSFET的CMOS(互补MOS)也是如此。
对于放大级来说，例如输出驱动器，希望有恒定的增益以确保恒定的功率输出和放大级的高度线性。
为了提供这样的恒定增益，一种方案是优化最坏情况场景(最坏情况下的温度)的增益和线性并允许性能损失或调整回路和微调以确保出现增益损失时的系统性能。例如，添加包含一个或多个电阻器和二极管的电路能够补偿放大器的温度依赖。选择这些电阻器和二极管的特征以便能够处理所述最坏情况的温度。
别一广泛应用的解决方案是设计出包含具有可编程电流的放大器的设备，其中源电流在一定范围上是可编程的。在这种解决方案中，特定的预定电流被预先编程以在特定温度下使用。但是，使用可编程电流放大器的坏处是由于所需额外的复杂制造步骤而增加了制造成本。此外，这种解决方案的精度总是不够精确，因为电流只能在特定的离散步骤中被编程。
综上，显然希望提供对温度不太敏感的改进的放大级。尤其，希望为放大级提供改进的温度补偿电路。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种不管运行温度如何其增益都被保持不变的放大级，由此克服或至少减轻了现有技术解决方案的上述缺点。尤其，一个目标是提供具有基本上恒定的增益的放大级。
本发明的另一目标是提供一种电流消耗被降至最低的放大级。
其中这些目标由权利要求1中所主张的放大级实现。
根据本发明提供了一种差分放大级，包括两个构成一个放大级的差分耦合晶体管。这些晶体管的门极与该放大级的差分输入端相连。此外，该放大级包括一个温度补偿电路，它包括第三和第四晶体管，其中第三晶体管的漏极与第一晶体管的源极相连，第四晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极相连。该温度补偿电路还包括与第三和第四晶体管各自的源极相连的恒定电流源。由此该温度补偿电路被配置用来根据运行温度提供反馈电阻以便补偿放大器晶体管的电阻变化。通过本发明，该放大级的小信号增益受该温度补偿电路中包括的两个CMOS晶体管影响。该温度补偿电路的CMOS晶体管将通过所控制的反馈电阻控制该放大级的增益。该温度补偿电路的温度相关电压将调整增益的线性以使放大级的增益对温度的依赖最小。由此提供了具有恒定的小信号增益的改进的放大级。尽管温度变化，但该放大级的增益被保持恒定。
从下面给出的对本发明的优选实施例的详细说明以及附图1将会明了本发明的更多特征和它们的优势，因而给出附图1只是为说明起见，并非为了限制本发明。
附图说明
图1示出了依照本发明包含温度补偿电路的放大级的一种实施例。
具体实施方式
图1中示出了包含用于减轻运行温度变化影响的电路的放大级的一种实施例。该放大器电路1包含一个差分放大级，它被虚线包围并由引用编号2表示。该放大器电路1还包含一个温度补偿电路，也被虚线包围，由引用编号3表示。在常规方式下，该差分放大级2包括两个晶体管T1和T2，即放大器晶体管。晶体管T1和T2各自的门极与输入端IN和INX相连，晶体管T1和T2的漏极与电路1的输出相连。差分输入电压被通过差分输入端IN和INX提供给晶体管T1和T2。差分放大级2放大了晶体管T1和T2的门极之间的电压差。输入的DC电压通常在1V和2.5V之间，输入信号的典型值是300mv。但是，也可以使用与上述不同的其它DC输入电压值和输入信号值。输入信号通常是RF(射频，RadioFrequency)信号。
在常规放大级中，如果没有包含温度补偿装置，增益会根据运行温度而变化。更准确地说，增益反比于运行温度，会随着运行温度升高而下降。由于不定的运行温度而造成的输入信号的电压摆动对于放大级2的晶体管T1和T2都是常见的。
根据本发明，以一种新颖但简单的方式避免了增益变化。实现了温度补偿电路3，它提供了受控制的反馈电阻。温度补偿电路3被配置用来影响放大级2的小信号增益，下面将对此进行说明。
温度补偿电路3包括两个CMOS晶体管T3和T4。这些晶体管T3和T4的漏极与放大级2的晶体管T1和T2的源极相连。晶体管T3和T4的源极被互连在一起并且与提供恒定电流的电流源5相耦合。此外，两个CMOS晶体管T3和T4的门极也被互连在一起。电流源5提供恒定的电流，例如5mA，但其它电流值也是可能的。由这个电流源5提供了正比于运行温度的电流。
因而温度补偿电路3可以被看作是温度相关电压源4，它的输出依赖于温度。温度补偿电路3因而是提供了反馈电阻的另一差分放大器。这个差分放大器或温度补偿电路3的增益依赖于运行温度。
随着电路1的运行温度升高，晶体管T1和T2的电阻增大因而电流减小。这意味着该放大级的功率增益会下降。但是，根据本发明，目标是保持该增益在一个恒定的水平上。因此，随着放大级2中的晶体管T1和T2的电阻随温度升高而增大，温度补偿电路3中的晶体管T3和T4的电阻减小。相反，随着放大级2中的晶体管T1和T2的电阻随温度下降而减小，温度补偿电路3中的晶体管T3和T4的电阻增大。
上述温度补偿电路3因而可以被看作是应用于差分放大级2的温度相关电压V(T)4，并且晶体管T3和T4弥补了由于晶体管T1和T2的不定电阻而导致施加于晶体管T1和T2的不同电流。如上所述，这个不定电阻是通过依赖于温度的电流源5实现的。
因而以简单的方式提高了放大级相对于温度变化的稳定性，即通过使用受温度控制的反馈。该电路的设计简单，只包含少量部件，因而不需要复杂的连接步骤。此外，因为依照本发明的电路的布局简单，所以能够获得最低的制造成本。
依照本发明的差分放大器电路1可以用于低压放大，例如用在发射机或其它无线电通信部件中。也就是说，能够提高放大级2的RF信号输入的增益。
在上述说明和图中分别说明并示出了CMOS晶体管。但在，在替代实施例中，可以使用其它类型的晶体管，例如场效应晶体管或双极晶体管。
总之，两个CMOS晶体管影响了放大级的小信号增益。CMOS晶体管将通过受控的反馈电阻控制放大级的增益，换句话说，通过温度补偿电路的温度相关电压提高了输入信号的增益。该温度相关电压将调整增益的线性以使放大级的增益受温度影响最小。因而尽管运行温度变化，但仍然保持了放大级增益恒定。
在前面的详细说明中，参考了本发明的特定示范实施例对本发明进行了说明。在不偏离权利要求中所阐述的本发明的范围的前提下可以进行各种改进和变化。因此，说明书和附图将被看作是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1、一种包含放大级(2)的差分放大器电路(1)，该放大级(2)包含第一和第二晶体管(T1，T2)，它们的门极与所述放大级(2)的差分输入端(IN，INX)相连，该差分放大器电路(1)的特征在于，该差分放大器(1)包括包含第三和第四晶体管(T3，T4)的温度补偿电路(3)，其中所述第三晶体管(T3)的漏极与所述第一晶体管(T1)的源极相连，所述第四晶体管(T4)的漏极与所述第二晶体管(T2)的源极相连；其特征还在于所述温度补偿电路(3)还包括与所述第三和第四晶体管(T3，T4)各自的源极相连的恒定电流源(5)，由此所述温度补偿电路(3)被配置用来根据运行温度提供反馈电阻以便补偿所述第一和第二晶体管(T1，T2)的电阻变化。
2、权利要求1中所主张的差分放大器电路(1)，其中所述晶体管(T1，T2，T3，T4)是CMOS晶体管。
3、权利要求1中所主张的差分放大器电路(1)，其中所述恒定电流源(5)提供了5mA的电流。
4、权利要求1中所主张的差分放大器电路(1)，其中射频信号被输入到所述差分输入端(IN，INX)。
5、权利要求1中所主张的差分放大器电路(1)，其中该电路(1)被用于低电压放大。
6、权利要求1中所主张的差分放大器电路(1)，其中所述电路被用作输出驱动器。
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