CN101931370A - 具有静态电流抑制功能的低压降放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新型放大器电路，该新型放大器电路包括负电荷泵，低压差线性稳压器以及放大器。该新型放大器电路能够消除电路中的静态电流且易于采用现有半导体技术加以制造，该新型放大器电路不仅减小了电路尺寸还降低了电路成本。

Description

具有静态电流抑制功能的低压降放大电路
技术领域
本发明的实施例涉及一种功率放大器，更具体地，本发明的实施例涉及一种具有静态电流抑制功能的放大器。
背景技术
放大器用于将低功率信号放大为高功率信号，以为负载提供高质量、低总谐波失真(THD)的放大信号。
一般地，放大器由一正电源和系统地供电，且放大器所接负载亦耦接至该系统地。因此，在从放大器输出端经负载至系统地的路径上，将存在大量的静态电流。该静态电流使得放大器的效率降低且使负载的使用寿命缩短。
为消除上述静态电流，一种现有技术是采用直流去耦电容。图1为采用直流去耦电容以消除静态电流的电路示意图。如图1所示，将电容Cout耦接至放大器的输出端和负载之间。该电容作为一高通滤波器件，将阻止从放大器输出端输出的静态电流经负载流入系统地。然而，电容Cout的容值一般在100～470μF(微法)的范围内。这样容值的电容体积较大，难于集成且增加了系统成本。此外，采用直流去耦电容还会引入额外的爆音。
为消除上述静态电流，还可以将放大器的输出信号偏置至系统地。但由于放大器输出信号的摆动，除非将放大器的最小供电电压设定为比地电压更小的值，否则很难将放大器的输出偏置至系统地。图2为将放大器的输出信号偏置至系统地以消除静态电流的电路示意图。如图2所示，电路采用一负电荷泵NCP，以产生一负电压作为最小电压提供至放大器AMP。这样，放大器的输出信号将具有较大的摆动范围，因此，放大器的输出容易偏置至系统地。该方法不再需要直流去耦电容，使得电路成本降低，且简化了放大器的设计和应用。然而，由于负电荷泵的采用，将使得放大器承受更大的压降，即使对于低功率应用场合，该电路也难于采用现有半导体技术加以制造。例如，将放大器用于手机，由于手机的供电电源锂电池的最大电压为4.2V，这样，放大器上的压降将超过8V。具有这样大压降的放大器将很难采用低压半导体技术加以制造。即使能够制造，其制造成本也很高。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种新型放大器电路，该新型放大器电路能够消除静态电流，提高电路性能。
本发明的另一个目的在于提供一种新型放大器电路，该新型放大器电路亦能够消除静态电流，同时能消除电路噪声。
本发明的另一个目的在于提供一种新型放大器电路，该新型放大器电路亦能够消除静态电流，同时该新型电路不需要控制电路，减小了电路尺寸且降低了电路成本。
为实现上述目的，本发明提供一种新型放大器电路，该新型放大器电路包括稳压电源电路，所述稳压电源电路接收第一输入电压且提供第一输出电压；电荷泵，所述电荷泵接收第二输入电压且提供第二输出电压；以及放大器，所述放大器接收所述第一输出电压和所述第二输出电压且提供放大输出电压。
为实现上述目的，本发明提供另一种新型放大器电路，该新型放大器电路包括第一低压差线性稳压器，所述第一低压差线性稳压器接收第一输入电压且提供第一输出电压；第二低压差线性稳压器，所述第二低压差线性稳压器接收第一输入电压且提供第二输出电压；电荷泵，所述电荷泵接收第一输出电压且提供第三输出电压；以及放大器，所述放大器接收所述第二输出电压和所述第三输出电压。
为实现上述目的，本发明提供另一种新型放大器电路，该新型放大器电路包括串联晶体管串电路，所述串联晶体管串电路接收第一输入电压且提供第一输出电压；电荷泵，所述电荷泵接收第二输入电压且提供第二输出电压；以及放大器，所述放大器接收所述第一输出电压和所述第二输出电压且提供放大输出电压。
附图说明
图1为现有技术中采用直流耦合电容以消除静态电流的电路示意图。
图2为现有技术中将放大器输出偏置至系统地以消除静态电流的电路示意图。
图3为根据本发明一优选实施例的采用低压差线性稳压器以消除静态电流的放大器电路10。
图4为根据本发明另一优选实施例的采用低压差线性稳压器以消除静态电流的放大器电路20。
图5(a)示出图3所示放大器电路10以及图4所示放大器电路20中的低压差线性稳压器LDO的原理电路。
图5(b)示出图3所示放大器电路10以及图4所示放大器电路20中的低压差线性稳压器LDO的另一原理电路。
图6示出根据本发明一优选实施例的消除电路噪声的放大器电路60。
图7示出根据本发明一优选实施例的采用串联晶体管以消除静态电流的放大器电路70。
具体实施方式
本发明的实施例提出了一种消除静态电流的新型放大器电路。该新型放大器电路不必采用直流去耦电容，也不必使用价格高昂的半导体制造技术，从而使电路性能得到提高，同时，缩小了电路尺寸且降低了制造成本。
图3示出根据本发明一优选实施例的采用低压差线性稳压器(lowdropout regulator)以消除静态电流的放大器电路10。如图3所示，在放大器电路10中，低压差线性稳压器LDO接收电源电压VCC，并提供输出电压SP，输出电压SP为正值。负电荷泵NCP亦接收电源电压VCC，并产生输出电压SN，输出电压SN为负值。放大器AMP接收所述输出电压SP和所述输出电压SN，并提供输出电压VOUT。
负电荷泵NCP根据电源电压VCC产生输出电压SN，其绝对值可以等于输出电压SP，即-SN＝SP；SN的绝对值亦可以不等于输出电压SP，及-SN≠SP。输出电压SP和SN分别作为最大输入电压和最小输入电压被提供至放大器AMP。这样，放大器的输出电压VOUT将在输出电压SP和SN之间摆动，易于被偏置至系统地。另外，低压差线性稳压器LDO的引入使得加在放大器上的压降减小，易于采用现有半导体技术制造，降低了制造成本。
在本实施例中，负电荷泵NCP连接至电源电压VCC。然而，本技术领域的技术人员应当了解，在其它实施例中，负电荷泵NCP还可以由LDO提供的输出电压SP供电或者由一外加电源供电。为避免累述，此处不再具体示出。
图4为根据本发明另一优选实施例的采用低压差线性稳压器以消除静态电流的放大器电路20。如图4所示，LDO的输出电压SP作为最大输出电压被提供给放大器AMP1和AMP2，NCP的输出电压SN作为最小输出电压被提供给放大器AMP1和AMP2。放大器AMP1和AMP2分别输出输出电压VOUT1和VOUT2。以此类推，本技术领域的技术人员应当理解，LDO和NCP各自的输出电压SP和SN可被提供至多个放大器，以用于不同的应用场合。
图5(a)和图5(b)示出图3所示放大器电路10以及图4所示放大器电路20中的低压差线性稳压器LDO的两种原理电路。如图5(a)所示，该低压差线性稳压器为一P型低压差线性稳压器(PLDO)。如图5(b)所示，该低压差线性稳压器为一N型低压差线性稳压器(NLDO)。在图5(a)所示的P型低压差线性稳压器(PLDO)中包括一输出电容，该输出电容能滤除低压差线性稳压器的输出纹波。在图5(b)所示的N型低压差线性稳压器(NLDO)中，由于采用了N型晶体管，因而不再需要输出电容，缩小了电路尺寸且降低了电路成本。
如前所述，在某些实施例中，负电荷泵NCP由LDO提供的输出电压SP供电，即负电荷泵NCP和放大器AMP均连接至低压差线性稳压器LDO。该种连接方式使得由电荷泵NCP产生的噪声易通过低压差线性稳压器LDO耦合至放大器AMP。为消除该噪声，可以在电路中使用两个LDO。
图6示出根据本发明一优选实施例的消除电路噪声的放大器电路30。如图6所示，在放大器电路30中，采用低压差线性稳压器LDO1为电荷泵NCP提供电压CVCC；采用低压差线性稳压器LDO2为放大器AMP提供AVCC。由于电荷泵NCP和放大器AMP的输入电压分别由两个LDO提供，因此，由电荷泵NCP产生的噪声不会进入放大器AMP，从而避免了对放大器AMP的干扰。
图7示出根据本发明一优选实施例的采用串联晶体管以消除静态电流的放大器电路40。如图7所示，电流源IS的电流流入端连接至电源电压VCC。晶体管T1的集电极连接至电流源IS的电流流出端，其基极连接至其集电极。晶体管T2的集电极连接至晶体管T1的射极，晶体管T2的基极连接至其集电极。以此类推，晶体管TN的集电极连接至晶体管TN-1的射极，晶体管TN的基极连接至其集电极，晶体管TN的射极连接至系统地，其中，N为自然数。晶体管TOUT的集电极连接至电源电压VCC，其基极连接至晶体管T1的基极，其射极提供电压SVCC至放大器AMP和电荷泵NCP。
设各晶体管相同，其压降均为VBE，当电源电压VCC足够高，大于N×VBE时，由晶体管TOUT提供的电压SVCC为：SVCC＝VCC-0.7。当电源电压VCC不够高，小于N×VBE时，晶体管串T1、T2......TN+1断开，电源电压通过电流源IS连接至晶体管TOUT的基极，此时，由晶体管TOUT提供的电压SVCC为：SVCC＝VCC-0.7。一般情况下，电源电压VCC大于N×VBE，此时，由晶体管TOUT提供的电压SVCC为：SVCC＝(N-1)×VBE。由上式可见，加在放大器上的最大供电电压由SVCC提供，使得放大器上承受的压降减小，易于采用现有半导体技术制造，降低了制造成本。另外，放大器电路40不需要控制电路，减小了电路尺寸，降低了电路成本。
关于上述内容，显然本发明的很多其它改型和改动也是可行的。这里应该明白，在随附的权利要求书所涵盖的保护范围内，本发明可以应用此处没有具体描述的技术而实施。当然还应该明白，由于上述内容只涉及本发明的较佳具体实施例，所以还可以进行许多改型而不偏离随附的权利要求所涵盖的本发明的精神和保护范围。由于公开的仅是较佳实施例，本领域普通技术人员可以推断出不同的改型而不脱离由随附的权利要求所定义的本发明的精神和保护范围。

Claims (20)

1.一种放大电路，其中，所述放大电路包括：
稳压电源电路，所述稳压电源电路接收第一输入电压且提供第一输出电压；
电荷泵，所述电荷泵接收第二输入电压且提供第二输出电压；以及
放大器，所述放大器接收所述第一输出电压和所述第二输出电压且提供放大输出电压。
2.如权利要求1所述的放大电路，其中，所述第二输入电压为所述第一输出电压或者为所述第一输入电压或者由一外加电源提供。
3.如权利要求1所述的放大电路，其中，所述第二输入电压为所述第一输出电压或者为所述第一输入电压。
4.如权利要求1所述的放大电路，其中，所述第二输入电压为所述第一输入电压。
5.如权利要求1所述的放大电路，其中，所述第一输出电压为正值，所述第二输出电压为负值，所述第一电压和第二电压的绝对值相等。
6.如权利要求1所述的放大电路，其中，所述第一输出电压为正值，所述第二输出电压为负值，所述第一电压和第二电压的绝对值不相等。
7.如权利要求1所述的放大电路，其中，所述稳压电源电路为低压差线性稳压器。
8.如权利要求7所述的放大电路，其中，所述低压差线性稳压器为N型低压差线性稳压器。
9.如权利要求7所述的放大电路，其中，所述低压差线性稳压器为P型低压差线性稳压器。
10.如权利要求9所述的放大电路，其中，所述低压差线性稳压器包括一电容，所述电容耦接于所述P型低压差线性稳压器的输出端和系统地之间。
11.如权利要求1所述的放大电路，其中，所述稳压电源电路为串联晶体管串电路。
12.如权利要求11所述的放大电路，其中，所述串联晶体管串电路包括：
电流源，所述电流源接收所述第一输入电压；
晶体管串，所述晶体管串包括N个晶体管T1，......，TN，其中，N为自然数，所述晶体管串连接于电流源与系统地之间；以及输出晶体管，所述输出晶体管的集电极连接至所述第一输入电压，基极连接至所述晶体管串且所述射极连接至所述放大器。
13.如权利要求12所述的放大电路，其中，晶体管T1的集电极连接至所述电流源，晶体管TN的射极连接至所述系统地，晶体管T2，......，TN的集电极分别连接至晶体管T1，......，TN-1的射极，且晶体管T1，......，TN的基极分别连接至其自身的集电极。
14.一种放大电路，其中，所述放大电路包括：
第一低压差线性稳压器，所述第一低压差线性稳压器接收第一输入电压且提供第一输出电压；
第二低压差线性稳压器，所述第二低压差线性稳压器接收第一输入电压且提供第二输出电压；
电荷泵，所述电荷泵接收第一输出电压且提供第三输出电压；以及
放大器，所述放大器接收所述第二输出电压和所述第三输出电压。
15.如权利要求14所述的放大电路，其中，所述第一输出电压为正值，所述第二输出电压为负值，所述第一电压和第二电压的绝对值相等。
16.如权利要求14所述的放大电路，其中，所述第一输出电压为正值，所述第二输出电压为负值，所述第一电压和第二电压的绝对值不相等。
17.一种放大电路，其中，所述放大电路包括：
串联晶体管串电路，所述串联晶体管串电路接收第一输入电压且
提供第一输出电压；
电荷泵，所述电荷泵接收第二输入电压且提供第二输出电压；以及
放大器，所述放大器接收所述第一输出电压和所述第二输出电压且提供放大输出电压。
18.如权利要求17所述的放大电路，其中，所述串联晶体管串电路包括：
电流源，所述电流源连接至所述第一输入电压；
串联晶体管串，所述串联晶体管串连接于电流源与系统地之间；
以及
输出晶体管，所述输出晶体管的基极连接至电流源和串联晶体管串的公共节点，其集电极连接至所述第一输入电压，其射极输出所述第一输出电压。
19.如权利要求17所述的放大电路，其中，所述串联晶体管串包括N个晶体管T1，......，TN，其中，N为自然数，晶体管T1的集电极连接至所述电流源，晶体管TN的射极连接至所述系统地，晶体管T2，......，TN的集电极分别连接至晶体管T1，......，TN-1的射极，且晶体管T1，......，TN的基极分别连接至其自身的集电极。
20.如权利要求17所述的放大电路，其特征在于，所述晶体管为N型双极型晶体管或者N型金属氧化物半导体场效应管。
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