CN103597740A - 具有高电源噪声抑制的放大器 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有高电源抑制的放大器。在一示例性实现中，一种放大器包括：第一级，其被配置成接收要放大的信号；第二级，其包括耦合到第一级的输入晶体管且还包括至少一个附加晶体管；以及电压调节器，其被配置成接收第一供电电压并生成经调节的供电电压，第一供电电压耦合到该至少一个附加晶体管，经调节的供电电压耦合到第一级且耦合到第二级的输入晶体管以改善设备的电源噪声抑制。

Description

具有高电源噪声抑制的放大器

优先权要求

本专利申请要求于2011年6月29日提交且被转让给本申请受让人并因而被明确援引纳入于此的题为“Amplifier with High Power Supply Rejection Ratio(PSRR)（具有高电源抑制比（PSRR）的放大器）”的美国临时专利申请第61/502,752号的优先权权益。

背景

领域

本申请一般涉及放大器的工作和设计，更具体而言涉及改善放大器的电源噪声抑制。

背景

对于正在驱动负载的运算放大器而言，G/H类功率放大器会产生大的供电波动。这导致总谐波失真（THD）劣化，除非该运算放大器以大电源抑制比（PSRR）为特征。遗憾的是，常规放大器可能不具有足够大的PSRR。

因此期望具有电源噪声抑制有改善的放大器。

附图简要说明

通过结合附图参照以下描述，本文所描述的以上方面将变得更易于明白，附图中：

图1示出常规放大器，其解说电源噪声如何耦合到该放大器的输出中；

图2示出具有改善的电源噪声抑制的示例性放大器；

图3示出用在各种示例性实施例中的示例性低压差电压调节器；

图4示出解说示例性实施例所提供的电源噪声抑制的改善的示例性图表；以及

图5示出被配置用于实现改善的电源噪声抑制的示例性放大器设备。

详细描述

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应一定解释成优于或胜于其它示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。

图1示出常规放大器100，其解说了电源噪声如何耦合到该放大器的输出中。放大器100包括第一级102，该第一级102耦合到第二级104，该第二级104耦合到产生放大器输出信号（Vout）的输出级106。第一级102接收用于放大的输入信号并且包括增益块Gm1和电容器Cc。第二级104包括晶体管M1-M6，并且输出级106包括晶体管T1-T2。块β是被认为在所标识的放大器各级之外的反馈因子。晶体管M4、M5和M6在它们的栅极端分别接收偏置信号V_B4、V_B5和V_B6。

负供电电压（Vneg）耦合到所有各级。遗憾的是，Vneg供电的PSRR受限于放大器100的带宽。例如，在某些情况下，晶体管M1的栅极被强制为Vneg供电电平。由此，根据下式(1)，Vneg向Vout的耦合约等于第一级增益的倒数。

$\frac{\mathrm{Vout}\left(s\right)}{\mathrm{Vneg}\left(s\right)}~=\frac{\mathrm{sCc}}{\mathrm{\β}*\mathrm{Gm}1}---\left(1\right)$

图2示出具有改善的电源噪声抑制的示例性放大器200。放大器200包括第一级202，该第一级202耦合到第二级204，该第二级204耦合到产生放大器输出信号（Vout）的输出级206。第一级202接收用于放大的输入信号并且包括增益块Gm1和电容器Cc。第二级204包括晶体管M1-M6，并且输出级206包括晶体管T1-T2。块β是被认为在所标识的放大器各级之外的反馈因子。晶体管M4、M5和M6在它们的栅极端分别接收偏置信号V_B4、V_B5和V_B6。

放大器200还包括低压差（LDO）电压调节器208，其接收Vneg供电电压并生成经调节的供电电压（Vneg_reg），Vneg_reg被耦合到放大器200的第一级且被耦合到放大器200的第二级204的输入晶体管M1的源极端。例如，在一个实现中，Vneg_reg供电被调节在-0.6伏并且耦合到Gm1和第二级204的晶体管M1的源极端。Vneg供电被耦合到第二级204中的至少一个附加晶体管（即，M6）并且进一步耦合到输出级206。

用LDO调节器208来调节连接到Gm1和晶体管M1的源极端的负供电电压，晶体管M1的栅极端不再如在常规放大器100中那样跟随Vneg供电，而是耦合到Vneg_reg供电。由此，在放大器200中，Vneg供电向Vout的耦合现在包括LDO电压调节器206的抑制比（LDO_PSR）。例如，PSRR改善了(1/LDO_PSR)倍，导致放大器200的根据下式(2)的总体PSRR改善。

$\frac{\mathrm{Vout}\left(s\right)}{\mathrm{Vneg}\left(s\right)}~=\frac{\mathrm{sCc}}{\mathrm{\β}*\mathrm{Gm}1*\mathrm{LDO}\_\mathrm{PSR}}---\left(2\right)$

图3示出用在各种示例性实施例中的示例性低压差电压调节器300。例如，调节器300适于用作图2中所示的LDO电压调节器206。调节器300包括放大器302，该放大器302在其反相输入端接收基准电流（Iref）并且使其非反相输入端接到电源地。放大器302的输出端连接到晶体管T3的栅极端。晶体管T3的源极端耦合到负供电电压（Vneg）。晶体管T3的漏极端提供经调节的负供电电压（Vneg_reg）。电容器C1连接在晶体管T3的漏极端和栅极端之间。反馈电阻器（Rf）连接在晶体管T3的源极端和放大器302的反相输入端之间。反馈电阻器Rf用来设置Vneg_reg的值=(Iref*Rf)并且电容器C1用于补偿。应注意，调节器300仅是一种实现，并且可以使用其他的电压调节器实现。

图4示出解说示例性实施例所提供的放大器PSRR的改善的示例性图表400。图表400示出表示常规放大器100的Vneg PSRR的标绘线402和表示示例性放大器200的Vneg PSRR的标绘线404。如从图表400可见，在2KHz处，示例性放大器200使Vneg PSRR从-56dB改善到-108dB。

图5示出被配置用于实现改善的电源抑制的示例性放大器设备500。设备500适于用作图2中所示的放大器200。在一方面，设备500由一个或多个被配置成提供如本文中所描述的功能的模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。

设备500包括第一模块，该第一模块包括用于提供被配置成接收要放大的信号的第一级的装置（502），其在一方面包括图2中所示的第一级202。

设备500包括第二模块，该第二模块包括用于提供耦合到第一级的第二级的装置（504），其在一方面包括图2中所示的第二级204。

设备500包括第三模块，该第三模块包括用于从第一供电电压生成经调节的供电电压的装置（506），第一供电电压耦合到第二级且经调节的供电电压耦合到第一级和第二级以改善该设备的电源噪声抑制，装置（506）在一方面包括图2中所示的电压调节器208。

本领域技术人员将理解，可使用各种不同工艺和技术中的任何一种来表示或处理信息和信号。例如，以上描述通篇可能引述的数据、指令、命令、信息、信号、位、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。还应注意，晶体管类型和工艺可被替换、重新安排或以其他方式修改以达成相同的结果。例如，可以把被示为利用PMOS晶体管的电路修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。由此，本文中所公开的放大器可以使用各种晶体管类型和工艺来实现，并且不限于附图中所示的那些晶体管类型和工艺。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET之类的晶体管类型或任何其他的晶体管工艺。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑框、模块、电路和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑框、模块和电路可用设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在随机存取存储器（RAM）、闪存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦式可编程ROM（EEPROM）、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从该存储介质读取信息以及向该存储介质写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括非瞬态计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一地到另一地的转移的任何介质。非瞬态存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线（DSL）、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘（disk）和碟（disc）包括压缩碟（CD）、激光碟、光碟、数字多用碟（DVD）、软盘和蓝光碟，其中盘（disk）往往以磁的方式再现数据，而碟（disc）用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims (15)

1.一种设备，包括：

第一级，其被配置成接收要放大的信号；

第二级，其包括耦合到所述第一级的输入晶体管，且还包括至少一个附加晶体管；以及

电压调节器，其被配置成接收第一供电电压并生成经调节的供电电压，所述第一供电电压耦合到所述至少一个附加晶体管，所述经调节的供电电压耦合到所述第一级且耦合到所述第二级的所述输入晶体管以改善所述设备的电源噪声抑制。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括耦合到所述第一供电电压的输出级。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述经调节的供电电压耦合到所述第二级的所述输入晶体管的源极端。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一级包括耦合到电容器的增益块。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电压调节器包括低压差电压调节器。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一供电电压和所述经调节的供电电压包括负供电电压。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电压调节器提供改善所述设备的电源噪声抑制的电源噪声抑制特性（LDO_PSR）。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备的电源噪声抑制改善了(1/LDO_PSR)倍。

9.一种设备，包括：

用于提供被配置成接收要放大的信号的第一级的装置；

用于提供耦合到所述第一级的第二级的装置；以及

用于从第一供电电压生成经调节的供电电压的装置，所述第一供电电压耦合到所述第二级且所述经调节的供电电压耦合到所述第一级和所述第二级以改善所述设备的电源噪声抑制。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括用于提供耦合到所述第一供电电压的输出级的装置。

11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述用于生成的装置包括低压差电压调节器。

12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一供电电压和所述经调节的供电电压包括负供电电压。

13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述用于生成的装置提供改善所述设备的电源噪声抑制的电源噪声抑制特性。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备的电源噪声抑制改善的倍数等于所述用于生成的装置的所述电源噪声抑制特性的倒数。

15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述经调节的供电电压耦合到所述第二级的输入晶体管的源极端。

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