CN102931924A

CN102931924A - 一种多级放大器的供电结构

Info

Publication number: CN102931924A
Application number: CN2012103829370A
Authority: CN
Inventors: 邹伟; 赵博; 杨华中
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: CN102931924B

Abstract

本发明提出一种多级放大器的供电结构，包括：N个放大器，每个放大器为单端输入单端输出放大器，N个放大器顺次相连，其中，N为大于1的整数；以及M个相互串联的低压差线性稳压器，其中M为大于或等于1的整数，其中，每相邻两个单端输入单端输出放大器组成放大器组合，每个放大器组合与一个低压差线性稳压器耦合，以使耦合的低压差线性稳压器为放大器组合供电。本发明的供电结构可进一步提高各级放大器之间的隔离度，并且将线性稳压器的数量减小一半，其消耗的静态功耗，占用的芯片面积也相对小一半。

Description

一种多级放大器的供电结构

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种多级放大器的供电结构。

背景技术

放大器是模拟集成电路设计中最常用的模块，在具体应用中，往往采用低压差线性稳压器（low drop out voltage Regulator，以下简称LDO）给放大器供电，以避免各级放大器之间通过总电源线相互耦合，影响放大器性能，甚至发生振荡。

用LDO给多级放大器供电，有两种传统供电方式：一种是各级放大器公用一个LDO，其优点是需要的LDO数量少，LDO上消耗的额外功耗少，但是由于LDO的稳压能力有限，各级放大器之间并不能很好地隔离；另一种供电方式是各级放大器单独采用一个独立LDO供电，其优点是各级放大器之间能够有很高的隔离度，但多级放大器需要多个LDO，LDO上消耗的额外功耗过多，在低功耗电路设计中并不可取。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于如何克服现有多级放大器供电结构中，良好隔离度与低功耗不能兼得的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种隔离度良好、静态功耗少、占用面积小的放大器供电结构。

本发明提出的多级放大器的供电结构，包括：N个放大器，每个所述放大器为单端输入单端输出放大器，所述N个放大器顺次相连，其中，N为大于1的整数；以及M个相互串联的低压差线性稳压器，其中M为大于或等于1的整数，其中，每相邻两个所述单端输入单端输出放大器组成放大器组合，每个所述放大器组合与一个所述低压差线性稳压器耦合，以使所述耦合的低压差线性稳压器为所述放大器组合供电。

本发明的一个实施例中，所述低压差线性稳压器包括：输入电压端、输出电压端和控制端，其中，所述输入电压端接芯片的全局电源线，当所述控制端为高电平时，所述低压差线性稳压器打开，所述输出电压端输出稳定的电平给所述放大器供电，当所述控制端为低电平时，所述低压差线性稳压器关断，所述输出电压端输出零电平。

本发明的一个实施例中，所述放大器包括：输入端，输出端和供电电压端，小信号下输出端信号V_out与输入端信号V_in的关系为V_out=（-1）A_vV_in，其中A_v为增益。

本发明通过调整LDO与多级放大器的连接方式，在实现各级放大器之间良好隔离的基础上，降低LDO消耗的额外功耗。相对于传统的多级放大器共用一个线性稳压器，本发明采用的技术方案可进一步提高各级放大器之间的隔离度；而相对于每级放大器单独采用一个线性稳压器的方案，本发明将线性稳压器的数量减小一半，其消耗的静态功耗，占用的芯片面积也相对小一半。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明所述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的多级放大器的供电结构的结构示意图；

图2是本发明实施例的采用的低压差线性稳压器电路图；和

图3是本发明实施例的采用的放大器电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

本发明实施例的多级放大器的供电结构包括：N个放大器，每个放大器为单端输入单端输出放大器，N个放大器顺次相连，其中，N为大于1的整数；以及M个相互串联的低压差线性稳压器，其中M为大于或等于1的整数，

其中，每相邻两个单端输入单端输出放大器组成放大器组合，每个放大器组合与一个低压差线性稳压器耦合，以使耦合的低压差线性稳压器为放大器组合供电。

具体地，如图1所示，第一级放大器A₁的输出端接第二级放大器A₂的输入端，第二级放大器A₂的输出端接第三级放大器A₃的输入端，以此方式，多级放大器进行级联。从左到右每两级放大器构成一组，组内两级放大器的电源端连在一起共用一个低压差线性稳压器为其供电。例如，第一级放大器A₁与第二级放大器A₂构成一组，由第一级LDO₁为其供电。由于A₁、A₂两级放大器的输入信号相位相反，它们对电源的影响也相反，共用LDO₁对其供电，并不影响放大器之间的隔离。

其中，低压差线性稳压器LDO的主要端口有三个：输入电压端，输出电压端和控制端；输入电压端接芯片的全局电源线，当控制端为高电平时，线性稳压器打开，输出电压端输出稳定的电平给负载供电（本实施例中负载即为放大器），当控制端为低电平时，线性稳压器关断，输出电压端输出零电平；

其中，信号放大器为单端输入单端输出放大器，其特征在于放大器的瞬时电流随输入信号的变化单调变化。放大器的主要端口有三个：输入端V_in，输出端V_out，供电电压端VDD，小信号下输出端信号与输入端信号的关系为V_out=（-1）A_vV_in，也即输出端信号的幅度为输入端信号幅度的A_v倍，输出端信号的相位与输入端信号的相位相差180°。

本发明的原理为：多级放大器每相邻的两级分为一组（每组的两个放大器重新依次命名为Aa，Ab），合成一个增益更高的放大器A，放大器Aa的输出端V_out1与放大器Ab的输入端V_in2相连，放大器Aa的输入端V_in1作为放大器A的输入端V_in，放大器Ab的输出端V_out2作为A的输出端V_out，放大器Aa，Ab的电源端连在一起作为A的电源端，则放大器A的输出电压V_out与输入电压V_in的关系为V_out=(-1)A_v[(-1)A_v ^*V_in]=(A_v)²V_in；用一个线性稳压器同时给两个放大器Aa，Ab供电，线性稳压器LDO的输出电压端与放大器Aa，Ab的电源端相连，线性稳压器的输入电压端接芯片的总电源线。

需要说明的是，若多级放大器的级数N为奇数，则最后一个放大器单独成为一组，其输入端V_in1作为该组放大器的输入端V_in，其输出端V_out1作为该组放大器的输出端V_out，该放大器的输出电压V_out与输入电压V_in的关系仍为：V_out=（-1）A_vV_in，用一个线性稳压器给该放大器供电，线性稳压器的输出电压端接放大器的电源端，线性稳压器的输入电压端接芯片的总电源线。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，申请人对本发明采用的低压差线性稳压器和放大器做进一步介绍：

本发明实施例的采用负反馈结构的线性稳压器LDO电路图如图2所示，线性稳压器主要由参考电压产生模块，运算放大器，电流输出管，电阻反馈网络构成。参考电压产生模块产生一个不随供电电压VDD变化而变化，不随温度变化而变化的参考电压，该参考电压与运算放大器的正输入端相连；运算放大器的输出接电流输出管NM1（NM1为一个尺寸比较大的NMOS管）,NM1的漏极接供电电压VDD，NM1的源极接输出电压端；该输出电压经R1，R2构成的负反馈网络后接到运算放大器的负输入端，可以计算得到输出电压Vout=(R1+R2)/R2*Vref，理想情况下，该输出电压不随供电电压的变化而变化，不随负载电流的变化而变化。

本发明实施例的采用反相器结构的放大器电路图如图3所示，该放大器的特点为：单端输入，单端输出；输出信号与输入电压相位相反；消耗极小的电流即可得到较大的增益；增益受供电电压影响大，并且多级放大器级间干扰大，比较适合用来验证本发明提出的LDO供电方案在提高多级放大器级间干扰的效果。该放大器由PMOS管M1和NMOS管M2构成，M1的源极接供电电压VDD，M2的源极接地GND，M1的漏极与M2的漏极相连，M1的栅极与M2的栅极相连，并且栅极与漏极之间跨接一个电阻，为放大器提供一个稳定的直流工作点，M1与M2的漏极作为放大器的输出端，放大器的输入端经耦合电容CC后与M1和M2的栅极相连。

综上所述，本发明通过调整LDO与多级放大器的连接方式，在实现各级放大器之间良好隔离的基础上，降低LDO消耗的额外功耗。相对于传统的多级放大器共用一个线性稳压器，本发明采用的技术方案可进一步提高各级放大器之间的隔离度；而相对于每级放大器单独采用一个线性稳压器的方案，本发明将线性稳压器的数量减小一半，其消耗的静态功耗，占用的芯片面积也相对小一半。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种多级放大器的供电结构，其特征在于，包括：

N个放大器，每个所述放大器为单端输入单端输出放大器，所述N个放大器顺次相连，其中，N为大于1的整数；以及

M个相互串联的低压差线性稳压器，其中M为大于或等于1的整数，

其中，每相邻两个所述单端输入单端输出放大器组成放大器组合，每个所述放大器组合与一个所述低压差线性稳压器耦合，以使所述耦合的低压差线性稳压器为所述放大器组合供电。

2.如权利要求1所述的多级放大器的供电结构，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括：输入电压端、输出电压端和控制端，其中，所述输入电压端接芯片的全局电源线，当所述控制端为高电平时，所述低压差线性稳压器打开，所述输出电压端输出稳定的电平给所述放大器供电，当所述控制端为低电平时，所述低压差线性稳压器关断，所述输出电压端输出零电平。

3.如权利要求1所述的多级放大器的供电结构，其特征在于，所述放大器包括：输入端，输出端和供电电压端，小信号下输出端信号V_out与输入端信号V_in的关系为V_out=（-1）A_vV_in，其中A_v为增益。