CN103762951A

CN103762951A - 功率放大器

Info

Publication number: CN103762951A
Application number: CN201410019120.6A
Authority: CN
Inventors: 黄俊维; 邹铮贤
Original assignee: IPGoal Microelectronics Sichuan Co Ltd
Current assignee: IPGoal Microelectronics Sichuan Co Ltd
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明公开了一种功率放大器，包括第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、主反馈单元及频率补偿单元，外部两差分信号分别对应输入第一级放大器的两输入端，第一级放大器的输出端与第二级放大器的输入端连接，第二级放大器的输出端与第三级放大器的输入端连接，频率补偿单元连接于第一级放大器的输出端与第三级放大器的输出端之间，其中，功率放大器还包括一辅助反馈单元，第二级放大器为差分输入放大器，第一级放大器的输出端与第二级放大器的正相输入端连接，第二级放大器的反相输入端与辅助反馈单元的一端连接，辅助反馈单元的另一端与第三级放大器的输出端连接。本发明的功率放大器降低了其工作的非线性，降低了总谐波失真。

Description

功率放大器

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种功率放大器。

背景技术

在驱动大功率负载时，为了得到较高质量的信号，功率放大器起到了很好的作用，较高的信号质量是指，信号具有良好信噪比（SNR）和良好的总谐波失真（THD）。然而现有的功率放大器往往是由BJT（双极结型晶体管）或者MOSFET（金氧半场效晶体管）等非线性器件组成，而器件的非线性将是影响功率放大器的THD的主要因数。为了降低功率放大器的THD，功率放大器通常应用于负反馈中，因为负反馈对非线性具有抑制作用。

如图1所示为现有技术的功率放大器的结构示意图。如图所示，现有的功率放大器包括第一级放大器AMP1、第二级放大器AMP2、第三级放大器AMP3、主反馈单元及频率补偿单元；其中第一级放大器AMP1为差分输入级，其增益为A1；与第一级放大器AMP1的输出端连接的第二级放大器AMP2为中间级，且采用共源放大器，其增益为B1；与第二级放大器AMP2的输出端连接的第三级放大器AMP3为功率输出级，其增益为C；主反馈单元一端连接于第一级放大器AMP1的反相输入端，另一端与第三级放大器AMP3的输出端连接，且其反馈系数为β，以形成负反馈，抑制整个放大器电路的非线性；从而整个功率放大器的THD降低了A1*β*B1*C倍。由上述可知，由3级放大器组成的功率放大器，在节点OUT1,OUT2,OUT形成3个高阻节点，因而频率补偿单元通常采用（嵌套式）补偿方式，如图1所示频率补偿单元由电容c1、c2构成，具体连接关系如图1所示。而由于功率放大器的阻性负载变化范围大，并且负载电容有可能也较大（图1中未标示负载），因而频率补偿单元的电容c1、c2为了满足整个功率放大器的稳定性，其电容值也相应的较大，这在集成电路中将耗费较大的面积。

因此，有必要提供一种改进的功率放大器来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率放大器，本发明的功率放大器降低了其工作的非线性，降低了总谐波失真。

为实现上述目的，本发明提供一种功率放大器，包括第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、主反馈单元及频率补偿单元，所述第一级放大器为差分放大器，外部两差分信号分别对应输入所述第一级放大器的两输入端，所述第一级放大器的输出端与所述第二级放大器的输入端连接，所述第二级放大器的输出端与所述第三级放大器的输入端连接，所述第三级放大器的输出端输出放大后的信号，所述主反馈单元一端与所述第一级放大器的反相输入端连接，另一端与所述第三级放大器的输出端连接，所述频率补偿单元连接于所述第一级放大器的输出端与第三级放大器的输出端之间，其中，所述功率放大器还包括一辅助反馈单元，所述第二级放大器为差分输入放大器，所述第一级放大器的输出端与所述第二级放大器的正相输入端连接，所述第二级放大器的反相输入端与所述辅助反馈单元的一端连接，所述辅助反馈单元的另一端与所述第三级放大器的输出端连接。

较佳地，所述辅助反馈单元包括第一电阻与第二电阻，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端及所述第二级放大器的反相输入端连接，其另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第三级放大器的输出端连接。

较佳地，所述频率补偿单元包括第一电容与第二电容，所述第一电容一端与所述第一级放大器的输出端连接，其另一端接地，所述第二电容一端与所述第二级放大器的输出端连接，其另一端与所述第三有放大器的输出端连接。

与现有技术相比，本发明的功率放大器，由于还包括所述辅助反馈单元，且所述第二级放大器的反相输入端与所述辅助反馈单元的一端连接，所述辅助反馈单元的另一端与所述第三级放大器的输出端连接，使得可以通过所述辅助反馈单元调节所述第二级放大器的输入端信号的幅度，可减小所述第二级放大器的输入端信号因幅度过大而引起的非线性，提高了整个放大器的性线，降低了总谐波失真，而且可以减少整个放大器的高阻节点，使得频率补偿更容易，从而可使用小面积的电容作为频率补偿单元的组成器件。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。

附图说明

图1为现有技术的功率放大器的结构示意图。

图2为本发明的功率放大器的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种功率放大器，本发明的功率放大器降低了其工作的非线性，降低了总谐波失真。

请参考图2，图2为本发明的功率放大器的结构示意图。如图所示，本发明的功率放大器包括第一级放大器AMP11、第二级放大器AMP12、第三级放大器AMP13、主反馈单元、频率补偿单元及辅助反馈单元；所述第一级放大器AMP11为差分放大器，外部两差分信号INP、INM分别对应输入所述第一级放大器AMP11的两输入端，且所述第一级放大器AMP11的反相输入端还与所述主反馈单元的一端连接；所述第二级放大器AMP12为差分输入放大器，所述第一级放大器AMP11的输出端与所述第二级放大器AMP12的正相输入端连接，所述第一级放大器AMP11将经过其放大后的信号OUT1输入所述第二级放大器AMP12；所述第二级放大器AMP12的反相输入端与所述辅助反馈单元的一端连接，其正相输入端还与所述频率补偿单元的一端连接；所述第二级放大器AMP12的输出端与所述第三级放大器AMP13的输入端连接，所述第二级放大器AMP12将经过其放大后的信号OUT2输入所述第三级放大器AMP13，所述第三级放大器AMP13的输出端分别与所述频率补偿单元的另一端、所述辅助反馈单元的另一端及所述主反馈单元的另一端连接，从而通过所述第三级放大器AMP13的输出端输出最终放大后的信号OUT；从上述的连接可知，所述主反馈单元形成所述功率放大器的负反馈网络，通过所述负反馈网络可抑制整个放大器电路的非线性，另，定义所述主反馈单元的反馈系数为β；其中，所述主反馈单元的结构及具体原理均为本领域技术人员所熟知，在此不再细述。

具体地，所述频率补偿单元包括第一电容C11与第二电容C12，所述第一电容C11的一端与所述第一级放大器AMP11的输出端连接，其另一端接地，所述第二电容C12一端与所述第二级放大器AMP12的输出端连接，其另一端与所述第三有放大器AMP13的输出端连接。所述辅助反馈单元包括第一电阻R1与第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与所述第二电阻R2的一端及所述第二级放大器AMP12的反相输入端连接，其另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与所述第三级放大器的输出端连接；所述辅助反馈单元的结构为电阻分压的方式，从而所述辅助反馈单元的反馈系数β1为：β1=R1/(R2+R1)；由于OUT1=OUT*β1，通过调节第一电阻R1和第二电阻R2的大小可使信号OUT1工作在合适幅度，即调节控制信号OUT1的工作幅度，从而可以减小由于信号OUT1的幅度过大所引起的非线性。

下面结合图2，描述本发明功率放大器的工作原理：

所述第一级放大器AMP11为差分输入级，其增益为A2，第二级放大器AMP12为差分输入放大器，且其增益为B2，第三级放大器AMP13的增益为C1，三级放大器依次对输入的外部两差分信号INP、INM进行放大；且通过所述辅助反馈单元连接成反馈形式，其中辅助反馈单元的反馈系数为β1，则所述第二级放大器AMP12、第三级放大器AMP13及所述辅助反馈单元组成的反馈环路的开环增益为B2*C1*β1,根据反馈理论，第二级放大器AMP12与第三级放大器AMP13所产生的非线性被降低了B2*C1*β1倍。其中，如上所述，所述辅助反馈单元的结构为电阻分压的方式，其反馈系数β1=R1/(R2+R1)，由于OUT1=OUT*β1，通过调节第一电阻R1和第二电阻R2的大小可调节OUT1工作在合适幅度，即调节控制信号OUT1的工作幅度，从而可以减小由于OUT1的幅度过大所引起的非线性。所述频率补偿单元由第一电容C11与第二电容C12构成，其中第二电容C12为普通的miller（密勒）补偿，可增强整个电路的稳定性，而第一电容C11则直接连接到地；由于第二级放大器AMP12与第三级放大器AMP13整体采用反馈形式为输出并联反馈，使得输出信号OUT的阻抗减小了B2*C1*β1倍，从而整个功率放大器的高阻节点减少，而使得频率补偿更容易，因而可以用较小面积的第一电容C11与第二电容C12使整个电路稳定。本发明的功率放大器，由于在功率放大器中的非线性的主要成分通常发生在输出级，在本发明中为第三级放大器AMP13的输出端，其非线性通过第二级放大器AMP12和第三级放大器AMP13及辅助反馈单元的作用降低了B2*C1*β1倍；进而因为总环路的开环增益为A2*β1*β，其非线性降低了A2*β1*β倍，结合二者的作用，总的非线性或总谐波失真降低了A2*β1*β*B2*C1*β1倍。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims

1.一种功率放大器，包括第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、主反馈单元及频率补偿单元，所述第一级放大器为差分放大器，外部两差分信号分别对应输入所述第一级放大器的两输入端，所述第一级放大器的输出端与所述第二级放大器的输入端连接，所述第二级放大器的输出端与所述第三级放大器的输入端连接，所述第三级放大器的输出端输出放大后的信号，所述主反馈单元一端与所述第一级放大器的反相输入端连接，另一端与所述第三级放大器的输出端连接，所述频率补偿单元连接于所述第一级放大器的输出端与第三级放大器的输出端之间，其特征在于，还包括一辅助反馈单元，所述第二级放大器为差分输入放大器，所述第一级放大器的输出端与所述第二级放大器的正相输入端连接，所述第二级放大器的反相输入端与所述辅助反馈单元的一端连接，所述辅助反馈单元的另一端与所述第三级放大器的输出端连接。

2.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述辅助反馈单元包括第一电阻与第二电阻，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端及所述第二级放大器的反相输入端连接，其另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第三级放大器的输出端连接。

3.如权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述频率补偿单元包括第一电容与第二电容，所述第一电容一端与所述第一级放大器的输出端连接，其另一端接地，所述第二电容一端与所述第二级放大器的输出端连接，其另一端与所述第三有放大器的输出端连接。