CN108696260A - 跨导放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供跨导放大器，该跨导放大器具有不会对跨导放大器的工作带来影响的共模反馈电路。跨导放大器具有生成基于输入电压的输出电流的跨导放大电路和决定该跨导放大电路的输出的直流工作点的共模反馈电路，使该共模反馈电路的多个电平移位电路与多个晶体管的控制端子连接，该多个电平移位电路将所输入的电压电平移位并输出。
Description
技术领域
本发明涉及跨导放大器(以下，记为GM放大器)，该跨导放大器具有决定输出的直流工作点的共模反馈电路。
背景技术
多数情况下，通常具有较高的差动增益的差动放大型GM放大器的共模增益也较高，为了使GM放大器保持在期望的工作范围内，使用决定输出的直流工作点的共模反馈电路。输出的直流工作点有时被表达成输出公共电压(例如专利文献1)、直流偏置电位(例如专利文献2)、公共电位(例如专利文献3)。
图4中示出以往的GM放大器200的一例。GM放大器200在主体的GM放大器202中具有决定GM放大器202的输出的直流工作点的共模反馈电路201。共模反馈电路201具有电阻211、212和放大器221。GM放大器202具有晶体管241、242、251、252、电流源231、输入端子281、282、输出端子291、292。输入端子281是正输入INP，输入端子282是负输入INN。同样，输出端子291是正输出OUTP，输出端子292是负输出OUTN。
GM放大器202的输入端子281、282分别与晶体管241、242的栅极端子连接。晶体管241、242的源极端子一同与电流源231的一个端子连接。电流源231的另一个端子与电源VDD连接。晶体管241、242的漏极端子分别与输出端子292、291、晶体管251、252的漏极端子、电阻211、212的一个端子连接。晶体管251、252的栅极端子一同与共模反馈电路201的放大器221的输出端子连接。晶体管251、252的源极端子一同与VSS连接。共模反馈电路201的放大器221的正输入端子与电阻211和电阻212的连接点连接。放大器221的负输入端子与基准电压Vref1连接。
对GM放大器202的工作进行说明。将输入端子281的电压设为V(281)，将输入端子282的电压设为V(282)。如果输入电压差V(281)-V(282)为正，则该输入电压差的大小越大，越对晶体管241进行截止控制，对晶体管242进行导通控制。关于电流源231的电流，与晶体管241相比对晶体管242以更大的比例进行分配。如果输入电压差V(281)-V(282)为负，则该输入电压差的绝对值的大小越大，越对晶体管241进行导通控制，对晶体管242进行截止控制。关于电流源231的电流，与晶体管242相比对晶体管241以更大的比例进行分配。
这里，当GM放大器202的输出端子291、292的共模电压上升时，在两端子间连接的共模反馈电路201的电阻211、212的中点电压也上升。如果电阻211、212的中点电压比Vref1大，则放大器221对晶体管251、252进行导通控制，而控制为使输出端子291、292的共模电压变小。如果电阻211、212的中点电压比Vref1小，则放大器221对晶体管251、252进行截止控制，而控制为使输出端子291、292的共模电压变大。这样，共模反馈电路201决定GM放大器200的输出的直流工作点。
专利文献1：日本特开平5-226950号公报
专利文献2：日本特开2005-286822号公报
专利文献3：日本特开2010-273009号公报
GM放大器内的与差动放大电路连接的电流源通常是高阻抗，因此存在当使差动放大电路的输出与电阻连接时导致GM放大器的增益降低这样的课题。此外还存在如下的课题：设计上本来应该得到的增益的降低会引起GM放大器的输入偏移电压的增加等影响。
发明内容
本发明是为了解决以上的课题而完成的，提供如下的GM放大器：该GM放大器使用了不会给GM放大器的工作带来影响的共模反馈电路。
作为如下的GM放大器：特征在于，具有共模反馈电路，该共模反馈电路与生成基于输入电压的输出电流的GM放大器连接，决定GM放大器的输出的直流工作点，所述共模反馈电路具有多个电平移位电路，该多个电平移位电路将所输入的电压电平移位并输出，所述多个电平移位电路与GM放大器的多个晶体管的控制端子连接。
根据本发明的共模反馈电路，由于不存在作为GM放大器的输出负载而产生影响的电阻，因此能够提供使用了不会对GM放大器的工作带来影响的共模反馈电路的GM放大器。由此，具有不会引起GM放大器的增益降低的优点，此外还具有抑制GM放大器的输入偏移电压的增加的优点。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的GM放大器的一例的说明图。
图2是示出本发明的实施方式的GM放大器的一例的说明图。
图3是示出本发明的实施方式的GM放大器的一例的说明图。
图4是示出以往的GM放大器的说明图。
标号说明
100、200：GM放大器；101、105、201：共模反馈电路；102、104、106、202：GM放大器主体；111、112、113、114：电平移位电路。
具体实施方式
以下，根据图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1是示出本发明的第一实施方式的GM放大器100的一例的说明图。GM放大器100在主体的GM放大器102中具有决定GM放大器102的输出的直流工作点的共模反馈电路101。共模反馈电路101具有电平移位电路111、112。电平移位电路111具有晶体管121和电流源131，电平移位电路112具有晶体管122和电流源132。GM放大器102具有晶体管141、142、151、152、161、162、电流源171、输入端子181、182、输出端子191、192。输入端子181是正输入INP，输入端子182是负输入INN。同样，输出端子191是正输出OUTP，输出端子192是负输出OUTN。
在电平移位电路111中，晶体管121的漏极端子与电源端子VDD1连接。晶体管121的栅极端子与GM放大器102的输出端子191连接。晶体管121的源极端子与电流源131的一个端子和GM放大器102的晶体管151、152的栅极端子连接。电流源131的另一个端子与电源端子VSS1连接。在电平移位电路112中，晶体管122的漏极端子与电源端子VDD1连接。晶体管122的栅极端子与GM放大器102的输出端子192连接。晶体管122的源极端子与电流源132的一个端子、GM放大器102的晶体管161、162的栅极端子连接。电流源132的另一个端子与电源端子VSS1连接。
在GM放大器102中，电流源171的一个端子与电源端子VDD2连接，另一个端子与晶体管141、142的源极端子连接。晶体管141的栅极端子与输入端子181连接。晶体管142的栅极端子与输入端子182连接。晶体管141的漏极端子与输出端子192、晶体管151、161的漏极端子、电平移位电路112的晶体管122的栅极端子连接。晶体管142的漏极端子与输出端子191、晶体管152、162的漏极端子、电平移位电路111的晶体管121的栅极端子连接。晶体管151、152、161、162的源极端子与电源端子VSS2连接。
对GM放大器102的工作进行说明。将输入端子181的电压设为V(181)，将输入端子182的电压设为V(182)。如果输入电压差V(181)-V(182)为正，则该输入电压差的大小越大，越对晶体管141进行截止控制，对晶体管142进行导通控制。关于电流源171的电流，与晶体管141相比对晶体管142以更大的比例进行分配。如果输入电压差V(181)-V(182)为负，则该输入电压差的绝对值的大小越大，越对晶体管141进行导通控制，对晶体管142进行截止控制。关于电流源171的电流，与晶体管142相比对晶体管141以更大的比例进行分配。
与晶体管141、142的漏极端子连接的晶体管151、152的栅极·源极间电压相等，由于处于电流镜的关系，因此晶体管151、152的漏极电流也相等。同样，晶体管161、162的栅极·源极间电压相等，由于处于电流镜的关系，因此晶体管161、162的漏极电流也相等。因此，与晶体管141的漏极端子并联连接的晶体管151、161的漏极电流之和以及与晶体管142的漏极端子并联连接的晶体管152、162的漏极电流之和相等。
结果为，在GM放大器102中，如果输入电压差V(181)-V(182)为正，则该大小越大，越大的电流流入输出端子192，并从输出端子191流出。并且，同样在GM放大器102中，如果输入电压差V(181)-V(182)为负，则该输入电压差的绝对值的大小越大，越大的电流从输出端子191流入，从输出端子192流出。
另一方面，GM放大器102的输出端子191、192也与电平移位电路111、112连接。电平移位电路111具有晶体管121、电流源131。该电平移位电路是在电源端子VDD1、VSS1之间串联地插入了MOSFET和电流源的基于源极跟随器电路的典型的电平移位电路。向晶体管121的栅极端子输入的GM放大器102的输出端子191的电压V(191)由于晶体管121的源极跟随器电路而电压电平移位了与栅极-源极间电压Vgs对应的量，并输出为晶体管121的源极电压。如果晶体管121的源极电压较大，则对晶体管151、152进行导通控制，而控制为使V(191)、V(192)的共模电压变小。如晶体管121的源极电压较小，则对晶体管151、152进行截止控制，而控制为使V(191)、V(192)的共模电压变大。关于电平移位电路112也进行相同的工作。
这样，共模反馈电路101决定GM放大器100的输出的直流工作点。
在图1所示的本实施方式的GM放大器100中，由于在共模反馈电路101内不存在作为GM放大器102的输出负载而产生影响的电阻，因此能够提供不对GM放大器102的工作带来影响的共模反馈电路101。由此，具有不会引起GM放大器100的增益降低的优点，此外还具有抑制GM放大器100的输入偏移电压的增加的优点。
在像图1那样构成电平移位电路的情况下，由于电流源131、132而使晶体管121、122的栅极·源极间电压保持恒定。即使输出端子电压V(191)、V(192)变化，也不会进行电荷对于晶体管121、122的栅极·源极间电容的充放电。这意味着晶体管121、122的栅极·源极间电容不会成为工作速度的阻碍。因此，根据本实施方式的共模反馈电路101，具有抑制GM放大器100的工作速度的降低这样的附加的优点。
在以上的说明中，关于GM放大器100、共模反馈电路101、电平移位电路111、112的功能进行了说明。只要是发挥这里所说明的功能的条件，则其具体的结构、其具体的实施方式不受任何限定。
并且，在以上的说明中，对于电平移位电路111、112具有晶体管和电流源的情况进行了说明。但这里将电流源代替为电阻，可知不会给其功能带来障碍。
并且，在以上的说明中，对于将电平移位电路111、112的输出作为晶体管121、122的源极电压而进行输出的情况进行了说明。这里，由于使该源极电压进一步降低并且进行电压电平移位，因此即使进一步添加介入能够承担PN结或饱和连接的晶体管或电阻等的电压的元件，也不会给其功能带来障碍，可知同样能够获得优点。
并且，在以上的说明中，关于共模反馈电路101的电源端子VDD1的电压与GM放大器102的电源端子VDD2的电压，不论是在相同条件下还是在不同条件下都没有任何问题。在设为相同条件的情况下，能够进行工作电压的合理的实施，在设为不同条件的情况下，实现电力最佳化。
(第二实施方式)
图2是示出本发明的第二实施方式的GM放大器100的一例的说明图。在本实施方式中，采用使第一实施方式的共模反馈电路与不同结构的GM放大器主体组合的例子。
在本实施方式的主体的GM放大器104中，在与GM放大器104的输入端子181、182连接的晶体管141、142与输出端子191、192之间添加了栅极端子在偏置电压Vref2处被偏置的晶体管145、146。是所谓的折叠式共源共栅(Folded cascode)结构的GM放大器104的例子。共模反馈电路101的结构与第一实施方式相同。电源条件也与第一实施方式相同，共模反馈电路101与电源端子VDD1和电源端子VSS1连接。GM放大器104与电源端子VDD2和电源端子VSS2连接。可以说明为基本上进行与第一实施方式的GM放大器102的工作相同的工作。通常折叠式共源共栅结构的GM放大器是高阻抗输出，因此不能使用以往的电阻负载对输出带来影响的共模反馈电路。通过具有本实施方式所公开的结构的共模反馈电路，能够在不会导致增益的降低的情况下决定输出的直流工作点。
(第三实施方式)
图3是示出本发明的第三实施方式的共模反馈电路的一例的说明图。
第三实施方式与第一实施方式的差异在于共模反馈电路105、主体的GM放大器106的结构不同的点。即，示出利用与第一实施方式不同的结构来实现共模反馈电路105的功能和GM放大器106的功能的实施方式。使GM放大器106为NMOS晶体管输入，是重新互补地构成第一实施方式的实施方式。
GM放大器100在GM放大器106的主体中具有决定GM放大器106的输出的直流工作点的共模反馈电路105。共模反馈电路105具有电平移位电路113、114。电平移位电路113具有晶体管123、电流源133，电平移位电路114具有晶体管124、电流源134。GM放大器106具有晶体管143、144、153、154、163、164、电流源172、输入端子183、184、输出端子193、194。输入端子183是正输入INP，输入端子184是负输入INN。同样，输出端子193是正输出OUTP，输出端子194是负输出OUTN。
在电平移位电路113中，晶体管123的漏极端子与电源端子VSS1连接。晶体管123的栅极端子与GM放大器106的输出端子193连接。晶体管123的源极端子与电流源133的一个端子和GM放大器106的晶体管153、154的栅极端子连接。电流源133的另一个端子与电源端子VDD1连接。在电平移位电路114中，晶体管124的漏极端子与电源端子VSS1连接。晶体管124的栅极端子与GM放大器102的输出端子194连接。晶体管124的源极端子与电流源134的一个端子和GM放大器106的晶体管163、164的栅极端子连接。电流源134的另一个端子与电源端子VDD1连接。
在GM放大器106中，电流源172的一个端子与电源端子VSS2连接，另一个端子与晶体管143、144的源极端子连接。晶体管143的栅极端子与输入端子183连接。晶体管144的栅极端子与输入端子184连接。晶体管143的漏极端子与输出端子194、晶体管153、163的漏极端子、电平移位电路114的晶体管124的栅极端子连接。晶体管144的漏极端子与输出端子193、晶体管154、164的漏极端子以及电平移位电路113的晶体管123的栅极端子连接。晶体管153、154、163、164的源极端子与电源端子VDD2连接。
可以说明为本第三实施方式的工作进行与第一实施方式相同的工作。
像以上说明的那样，根据本发明的共模反馈电路，由于不存在作为GM放大器的输出负载而产生影响的电阻，因此能够提供不会对GM放大器的工作带来影响的共模反馈电路。由此，具有不会引起直流增益的降低的优点，还具有抑制输入偏移的增加的优点。并且，由于电平移位电路不会成为工作速度的阻碍，因此具有抑制工作速度的降低的优点。
Claims (7)
1.一种跨导放大器，其特征在于，
该跨导放大器具有共模反馈电路，该共模反馈电路与生成基于输入电压的输出电流的跨导放大电路连接，决定所述跨导放大电路的输出的直流工作点，
所述共模反馈电路具有多个电平移位电路，该多个电平移位电路与所述跨导放大电路的输出端子连接，
所述多个电平移位电路与多个晶体管的控制端子连接。
2.根据权利要求1所述的跨导放大器，其特征在于，
被不同的所述电平移位电路的输出所控制的电流源并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的跨导放大器，其特征在于，
所述电平移位电路具有晶体管和电流源。
4.根据权利要求1或2所述的跨导放大器，其特征在于，
所述电平移位电路具有晶体管和电阻。
5.根据权利要求1或2所述的跨导放大器，其特征在于，
所述电平移位电路具有晶体管、电阻和PN结。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的跨导放大器，其特征在于，
所述跨导放大电路是折叠式共源共栅结构。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的跨导放大器，其特征在于，
所述跨导放大电路的工作电压与所述共模反馈电路的工作电压相等。
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