CN104617899A - 差分放大器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种差分放大器和电子设备，该差分放大器包括：负载电阻对；至少两个差分放大单元，每个差分放大单元连接所述负载电阻对的一端，且所述负载电阻对的另一端与电源相连并且，所有差分放大单元的输入端连接在一起每一个差分放大单元包括：放大晶体管对，其能够连接负载电阻对，具有第一放大晶体管和第二放大晶体管，并且，第一放大晶体管和第二放大晶体管相同；尾电流源，其用于接收第一放大晶体管的电流和第二放大晶体管的电流；负反馈电阻对，位于第一放大晶体管与尾电流源之间的第一负反馈电阻，以及位于第二放大晶体管与尾电流源之间的第二负反馈电阻，且两个电阻的阻值相同。根据本申请，既能连续调节增益，又能改善线性度。

Description

差分放大器和电子设备

技术领域

本申请涉及电路设计领域，尤其涉及一种差分放大器和使用该差分放大器的电子设备。

背景技术

目前采用的放大器增益调节方法普遍基于运算放大器的电流负反馈架构。图1是现有技术中基于运算放大器的电流负反馈架构，如图1所示，在该电流负反馈架构下，放大器的线性度在低频处可以达到很高，但是不能实现增益的连续调节且因为受到运放带宽的限制不能达到很高的带宽。

图2是现有技术中差分放大器的电路结构图，如图2所示，采用单晶体管结构的差分放大器可以实现增益的连续调节和大的带宽，但是其线性度会随着信号的增强而迅速变差。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现，在现有技术中，无论是基于运算放大器的电流负反馈架构，或是基于单晶体管结构的差分放大器结构，都有各自的缺点，无法既实现增益的连续调节，又获得较佳的线性度。

本申请提供一种差分放大器和电子设备，在该差分放大器中，并联至少两个具有尾电流源和负反馈电阻对的差分放大单元，由此，能够获得较佳的线性度，并且，通过调节尾电流源的电流，能够实现放大器增益的连续调节。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种差分放大器，该差分放大器包括：

负载电阻对，具有相同的第一电阻和第二电阻；以及

至少两个差分放大单元，每一个所述差分放大单元的输出端能够连接负载电阻的一端，且该负载电阻的另一端与电源连接并且，所述至少两个差分放大单元的输入端连接在一起；

其中，每一个差分放大单元包括：

放大晶体管对，其能够连接所述负载电阻对，具有第一放大晶体管和第二放大晶体管，并且，所述第一放大晶体管和所述第二放大晶体管相同；

尾电流源，其用于接收所述第一放大晶体管的电流和所述第二放大晶体管的电流；以及

负反馈电阻对，包括位于所述第一放大晶体管与所述尾电流源之间的第一负反馈电阻，以及位于所述第二放大晶体管与所述尾电流源之间的第二负反馈电阻，所述第一负反馈电阻与所述第二负反馈电阻的阻值相同。

根据本申请实施例的另一方面，其中，所述差分放大器还包括：

电阻调整单元，其用于调整所述第一负反馈电阻和所述第二负反馈电阻的电阻值。

根据本申请实施例的另一方面，其中，所述差分放大器还包括：

尾电流调节单元，其用于调整每一个差分放大单元的所述尾电流源中流过的尾电流的大小。

根据本申请实施例的另一方面，其中，所述放大晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管或双极型晶体管(BJT)。

根据本申请实施例的另一方面，其中，不同的差分放大单元的所述第一负反馈电阻的阻值彼此不同。

根据本申请实施例的又一方面，提供一种电子设备，其具备如上述实施例中任一项所述的差分放大器。

本申请的有益效果在于：通过调节各个差分放大单元中的尾电流的大小和负反馈电阻的阻值，能够对放大器增益Av进行连续地调节；并且，该负反馈电阻能够改善放大器的线性度。因此，本实施例的差分放大器既能够实现增益的连续调节，又能够获得较佳的线性度。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是现有技术中基于运算放大器的电流负反馈架构；

图2是现有技术中差分放大器的电路结构图；

图3是本申请实施例中差分放大器的一个电路结构图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种差分放大器。图3是该差分放大器的一个电路结构图，如图3所示，该差分放大器包括负载电阻对和至少两个差分放大单元A1-An。

其中，负载电阻对，具有相同的第一电阻和第二电阻，均被表示为Rout，连接在输出端与电源之间；每一个差分放大单元(A1，A2，…，An)的输出端都连接到负载电阻对的一端，且负载电阻对的另一端连接到电源，并且，所有差分放大单元(A1，A2，…，An)的输入端口连接到一起。

在本实施例中，如图3所示，以差分放大单元A1为例，每一个差分放大单元可以包括：

放大晶体管对，其能够连接到负载电阻对，具有第一放大晶体管M1n和第二放大晶体管M1p，并且，第一放大晶体管M1n和第二放大晶体管M1p相同，其分别连接到输入电压Vin的正端和负端；

尾电流源，其用于接收该第一放大晶体管M1n的电流和该第二放大晶体管M1p的电流，该接收的总电流大小等于该尾电流源的电流2I1；

负反馈电阻对，其具有位于第一放大晶体管M1n与尾电流源之间的第一负反馈电阻，以及位于第二放大晶体管M1p与尾电流源之间的第二负反馈电阻，该第一负反馈电阻与该第二负反馈电阻的阻值相同，因此，在图3中将该第一负反馈电阻与该第二负反馈电阻都表示为R1。

在本实施例中，当每一个差分放大单元(A1，A2，…，An)的输出端都连接到负载电阻对的一端，且该负载电阻对另一端连接到电源；每一个差分放大单元的输入端都连接在一起，由此，至少两个差分放大单元(A1，A2，…，An)并联于输入端与输出端之间，此时，该差分放大器的输出电压Vout相对于输入电压Vin的增益可以表示为下式(1)

$\frac{\mathrm{Vout}}{\mathrm{Vin}}=A_V=\frac{g_{m1}{\mathrm{gR}}_{\mathrm{out}}}{1+g_{m1}g{R}_1}+\frac{g_{m2}g{R}_{\mathrm{out}}}{1+g_{m2}g{R}_2}+L+\frac{g_{\mathrm{mm}}g{R}_{\mathrm{out}}}{1+g_{\mathrm{mm}}{\mathrm{gR}}_n}---\left(1\right)$

在上式(1)中，(g_m1，g_m2，…，g_mn)是指各差分放大单元(A1，A2，…，An)中放大晶体管的跨导，可以通过调节各差分放大单元的尾电流中流过的尾电流(2I1，2I2，…，2In)来改变各差分放大单元的跨导。

根据上式(1)可知，在至少两个差分放大单元(A1，A2，…，An)并联于输入端与输出端之间的情况下，通过调整各差分放大单元尾电流源的电流(2I1，2I2，…，2In)，能够调整增益Av，如果连续地调整尾电流，则可以对增益Av进行连续地调节；并且，通过调整各负反馈电阻(R1，R2，…，Rn)的阻值，也能够对增益Av进行调节。

此外，在本实施例中，由于在各差分放大单元中具有负反馈电阻，能够使放大器具有良好的线性度。

根据本实施例，通过调节各个差分放大单元中的尾电流的大小和负反馈电阻的阻值，能够对放大器增益Av进行连续地调节；并且，该负反馈电阻能够改善放大器的线性度。因此，本实施例的差分放大器既能够实现增益的连续调节，又能够获得较佳的线性度。

在本实施例中，该差分放大器还可以包括电阻调整单元，其用于调整各差分放大单元中第一负反馈电阻和第二负反馈电阻的电阻值，例如，各放大单元中的第一负反馈电阻和第二负反馈电阻可以分别由开关和电阻阵列组成，通过控制开关的工作状态从而控制接入各放大单元的负反馈电阻的阻值，由此，能够通过调整负反馈电阻的阻值，来调整放大器的增益和线性度。

在本实施例中，该差分放大器还可以包括尾电流调节单元，其用于调整每一个差分放大单元的所述尾电流源中流过的尾电流的大小，由此，能够对增益进行连续调节。关于具体的调整尾电流的大小的方式，可以参考现有技术，本实施例不再赘述。

在本实施例中，该差分放大器还可以包括差分放大单元选择单元，其用于选择互相并联的差分放大单元。例如，各差分放大单元的输入端和输出端分别具有开关，该差分放大单元选择单元可以控制这些开关的导通状态，从而选择使能哪些放大单元，由此，在各放大单元的尾电流和负反馈电阻不变的情况下，能够通过选择并联的差分放大单元，来调整放大器的增益和线性度。

需要说明的是，在本实施例中，该差分放大器可以具有上述电阻调整单元、尾电流调节单元、以及差分放大单元选择单元中的任意一个或至少两个，从而使放大器的增益和线性度的调整方式更为灵活。

在本实施例中，图3的放大晶体管是以金属氧化物半导体(MOS)晶体管为例进行说明的，其中，负反馈电阻在电路中构成了源极电阻负反馈；但本实施例不限于此，该放大晶体管例如也可以是双极型晶体管(BJT)，由此，该负反馈电阻在电路中可以构成射极电阻负反馈。

在本实施例中，各差分放大单元的第一负反馈电阻的阻值可以彼此不同，但是，本实施例并不限于此，各差分放大单元的第一负反馈电阻的阻值也可以相同。

在一个具体的实施方式中，假设所有放大晶体管(MOS管或BJT管)都相同，且电阻R1<R2<…<Rn，为了使输出信号的幅度保持恒定值，需要根据输入信号的大小来调节尾电流源电流的大小，从而改变放大增益。当输入信号较小时，电流主要流过第一个尾电流源(2I1)，以实现高增益的放大；当输入信号较大时，电流主要流过最后一个尾电流源(2In)，以实现低增益的放大并且保持很好的线性度。

实施例2

实施例2提供一种电子设备，其具备实施例1中的差分放大器。

在本实施例中，关于差分放大器的说明可参照实施例1，其内容被合并于此，此处不再赘述。

根据本实施例，能够使差分放大器既能够实现增益的连续调节，又能够获得较佳的线性度，由此，提高电子设备的使用性能。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (6)

1.一种差分放大器，其特征在于，该差分放大器包括：

负载电阻对，具有相同的第一电阻和第二电阻；以及

至少两个差分放大单元，每一个所述差分放大单元的输出端连接所述负载电阻对的一端，且所述负载电阻对的另一端与电源相连并且，所述至少两个差分放大单元的输入端连接在一起

其中，每一个差分放大单元包括：

放大晶体管对，其能够连接所述负载电阻对，具有第一放大晶体管和第二放大晶体管，并且，所述第一放大晶体管和所述第二放大晶体管相同；

尾电流源，其用于接收所述第一放大晶体管的电流和所述第二放大晶体管的电流；以及

负反馈电阻对，包括位于所述第一放大晶体管与所述尾电流源之间的第一负反馈电阻，以及位于所述第二放大晶体管与所述尾电流源之间的第二负反馈电阻，所述第一负反馈电阻与所述第二负反馈电阻的阻值相同。

2.如权利要求1所述的差分放大器，其特征在于，所述差分放大器还包括：

电阻调整单元，其用于调整所述第一负反馈电阻和所述第二负反馈电阻的电阻值。

3.如权利要求1所述的差分放大器，其特征在于，所述差分放大器还包括：

尾电流调节单元，其用于调整每一个差分放大单元的所述尾电流源中流过的尾电流的大小。

4.如权利要求1所述的差分放大器，其特征在于，

所述放大晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管或双极型晶体管(BJT)。

5.如权利要求1所述的差分放大器，其特征在于，

不同的差分放大单元的所述第一负反馈电阻的阻值彼此不同。

6.一种电子设备，其具备如权利要求1-5中任一项所述的差分放大器。