CN112311331A - 放大器 - Google Patents

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洪赫基
李知勋
曹圭亨
金载兴
姜现旭
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Abstract

一种放大器，包括：第一输入晶体管，连接到第一输入、第一输出、以及电源或地；第二输入晶体管，连接到第二输入、第二输出、以及所述电源或地；第一副本晶体管，连接到所述第一输入、检测节点、以及所述电源或地；第二副本晶体管，连接到所述第二输入、所述检测节点、以及所述电源或地；以及偏置晶体管，连接到偏置电压、所述检测节点、以及所述电源或地。

Description

放大器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0092654的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种放大器。
背景技术
放大器安装在电子器件上，以放大语音信号、生物信号等。取决于放大器所应用于的应用，所需的噪声水平和带宽可能会有所不同。例如，对来自扬声器的语音识别压电式麦克风阵列的信号进行放大需要1μV或更小的噪声和20kHz或更大的带宽。
在现有技术中，已使用能够有效重用电流的电流重用放大器。然而，由于电流重用放大器堆叠多个晶体管以形成放大器，因此需要向放大器施加高功率。随着向放大器施加更高的功率，放大器的功耗增加。
因此，需要研究在低噪声和低功率下工作的放大器。
发明内容
提供了一种放大器。附加方面将在以下描述中部分地阐述，并且部分地将通过以下描述而变得清楚明白，或者可以通过实践所呈现的实施例来获知。
根据本公开的一个方面，提供了一种放大器，包括：第一输入晶体管，具有连接到第一输入的第一栅极、连接到第一输出的第一连接线、以及连接到电源或地的第二连接线；第二输入晶体管，具有连接到第二输入的第二栅极、连接到第二输出的第三连接线、以及连接到电源或地的第四连接线；第一副本晶体管，具有连接到第一输入的第三栅极、连接到检测节点的第五连接线、以及连接到电源或地的第六连接线；第二副本晶体管，具有连接到第二输入的第四栅极、连接到检测节点的第七连接线、以及连接到电源或地的第八连接线；以及偏置晶体管，具有连接到偏置电压的第五栅极、连接到检测节点的第九连接线、以及连接到电源或地的第十连接线。
第一副本晶体管可以被配置为复制所述第一输入晶体管的配置，并且第二副本晶体管被配置为复制第二输入晶体管的配置。
放大器还可以包括：连接到检测节点、第一输入和第二输入的偏置控制电路，其中偏置控制电路可以被配置为基于检测节点的检测电压来调整第一输入和第二输入的输入值。
偏置控制电路还可以被配置为反馈第一输入和第二输入的输入值，使得检测节点的检测电压对应于目标电压。
放大器还可以包括：连接到偏置控制电路的有源负载，其中通过改变有源负载的电阻值来校正检测电压，直到检测节点的检测电压对应于目标电压为止。
有源负载的电阻值可以基于从偏置控制电路施加到有源负载的电压来确定。
第一输入晶体管可以包括n个单独的晶体管，第二输入晶体管可以包括m个单独的晶体管，第一副本晶体管和第二副本晶体管可以分别包括n个和m个单独的晶体管，并且n和m为自然数。
放大器还可以包括：外部输入；第一电容器，将外部输入连接到第一输入；以及第二电容器，将外部输入连接到第二输入；其中第一输入和第二输入可以通过第一电容器和第二电容器与外部输入分隔开。
放大器可以具有1μV或更小的噪声和20kHz或更大的带宽。
第一输入和第二输入可以在放大器的内部。
第一副本晶体管和第一输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比，并且第二副本晶体管和第二输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比。
第一副本晶体管可以被配置为以特定比率复制流过第一输入晶体管的电流，并且第二副本晶体管可以被配置为以特定比率复制流过第二输入晶体管的电流。
根据本公开的另一方面，提供了一种放大器，包括：第一输入晶体管，具有连接到第一输入的第一栅极、连接到第一输出的第一漏极、以及连接到电源的第一源极；第二输入晶体管，具有连接到第二输入的第二栅极、连接到第二输出的第二漏极、以及连接到电源的第二源极；第一副本晶体管，具有连接到第一输入的第三栅极、连接到检测节点的第三漏极、以及连接到电源的第三源极；第二副本晶体管，具有连接到第二输入的第四栅极、连接到检测节点的第四漏极、以及连接到电源的第四源极；以及偏置晶体管，具有连接到偏置电压的第五栅极、连接到检测节点的第五漏极、以及连接到地的第五源极。
第一输入和第二输入可以在放大器的内部。
第一副本晶体管和第一输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比，并且第二副本晶体管和第二输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比。
第一副本晶体管可以被配置为以特定比率复制流过第一输入晶体管的电流，并且第二副本晶体管可以被配置为以特定比率复制流过第二输入晶体管的电流。
根据本公开的另一方面，提供了一种放大器，包括：第一输入晶体管，具有连接到第一输入的第一栅极，连接到第一输出的第一漏极，以及连接到地的第一源极；第二输入晶体管，具有连接到第二输入的第二栅极、连接到第二输出的第二漏极、以及连接到地的第二源极；第一副本晶体管，具有连接到第一输入的第三栅极、连接到检测节点的第三漏极、以及连接到地的第三源极；第二副本晶体管，具有连接到第二输入的第四栅极、连接到检测节点的第四漏极、以及连接到地的第四源极；以及偏置晶体管，具有连接到偏置电压的第五栅极、连接到检测节点的第五源极、连接到电源的第五漏极。
第一输入和第二输入可以在放大器的内部。
第一副本晶体管和第一输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比，并且第二副本晶体管和第二输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比。
第一副本晶体管可以被配置为以特定比率复制流过第一输入晶体管的电流，并且第二副本晶体管可以被配置为以特定比率复制流过第二输入晶体管的电流。
根据本公开的另一个方面，提供了一种操作放大器的放大，包括：在放大器的检测节点处获得检测电压或检测电流；基于所获得的检测电压或所获得的检测电流调整放大器的第一内部输入和第二内部输入的输入值；以及反馈第一内部输入和第二内部输入的所调整的输入值作为放大器的输入值，使得所获得的检测电压或检测电流对应于目标电压或目标电流，其中通过放大器的第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极电流来确定检测节点的检测电压或检测电流。
附图说明
根据结合附图的以下具体实施方式，本公开的特定实施例的上述和其他方面、特征以及优点将更清楚明白，在附图中：
图1A和图1B是根据示例实施例的放大器的示意图；
图2是根据示例实施例的包括副本晶体管的放大器的示意图；
图3是根据示例实施例的包括副本晶体管的放大器的示意图；
图4是根据示例实施例的包括有源负载的放大器的示意图；
图5是根据示例实施例的包括放大器和偏置控制电路的电路图的示例的示图；
图6是根据示例实施例的连接到外部电源的放大器的示例的示意图；以及
图7是根据示例实施例的放大器的操作的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中贯穿附图，类似的附图标记表示类似的元素。在这点上，本实施例可以具有不同的形式，并且不应当被解释为受限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“......中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
本文中已采用一般和广泛使用的术语，并且这些术语可以根据本领域普通技术人员的意图、先例或新技术的出现而变化。另外，在一些情况中，本公开可以任意选择特定术语，在这种情况下，本公开将在实施例的描述中提供术语的含义。因此，应当理解，本文所使用的术语应该被解释为其含义与在相关技术的上下文中的含义一致，而不应将其解释为理想的或过于正式的含义，除非本文明确如此定义。
在整个本公开中，当某一部分“包括”某一元件时，除非另有说明，否则还可以包括另一元件，而不排除另一元件的存在。此外，诸如“...单元”、“...模块”的术语表示用于执行至少一个功能或操作的单元，并且这些单元可以被实现为硬件或软件或者硬件和软件的组合。
在下文中，将参考附图来详细描述实施例。
图1A和图1B是根据示例实施例的放大器的示意图。
参考图1A，基础放大器10a包括五个晶体管M1a、M1b、M2a、M2b和M3。在图1A中，晶体管M1a、M1b和M3是NMOS晶体管，并且晶体管M2a和M2b是PMOS晶体管。
晶体管M1a包括连接到输入电压Vin的栅极、连接到晶体管M3的漏极的源极、以及连接到输出电压Vout的漏极。晶体管M1a包括连接到电压Vip的栅极、连接到晶体管M3的漏极的源极、以及连接到输出电压Vout的漏极。
晶体管M2a包括连接到偏置电压Vb2的栅极、连接到电压VDD的源极、以及连接到输出电压Vout的漏极。晶体管M2a包括连接到偏置电压Vb2的栅极、连接到电压VDD的源极、以及连接到输出电压Vout的漏极。
晶体管M3是偏置晶体管并包括连接到偏置电压Vb1的栅极、连接到M1a和M1b的源极的漏极、以及接地的源极。基础放大器10a由流过晶体管M3的尾电流偏置。
图1B是电流重用放大器10b的示意图，电流重用放大器10b包括六个晶体管M1a、M1b、M2a、M2b、M3和M4。电流重用放大器10b重用在晶体管M2a和M2b处由晶体管M1a和M1b使用的电流。
电流重用放大器10b可以获得的增益是基础放大器10a的增益的约两倍。这是因为基础放大器10a使用两个晶体管M1a和M1b作为输入晶体管，而电流重用放大器10b使用四个晶体管M1a、M1b、M2a、和M2b作为输入晶体管。
电流重用放大器10b是更多晶体管的堆叠，同时保持了放大器的基本结构。电流重用放大器10b可以有效地重用电流，但是因为堆叠了许多晶体管以形成放大器，所以需要将较高的电压VDD施加到放大器。放大器中使用的电压VDD越高，功耗就越高。
图2是根据实施例的包括副本晶体管的放大器的示意图。
参考图2，放大器200包括内部输入201和202、输入晶体管211和212、副本晶体管221和222、偏置晶体管230、输出241和242以及电源250。
图2的输入晶体管211和212、副本晶体管221和222以及偏置晶体管230中的每一个都可以包括NMOS或PMOS晶体管。根据另一实施例，本领域普通技术人员应当理解，可以配置形成输入晶体管211和212、副本晶体管221和222以及偏置晶体管230的NMOS或PMOS晶体管的各种组合。
第一输入晶体管211可以具有连接到第一内部输入201的栅极、连接到第一输出241的第一连接线L1、以及连接到电源250的第二连接线L2。根据实施例，电源250可以为2*VDS。
第二输入晶体管212可以具有连接到第二内部输入202的栅极、连接到第二输出242的第三连接线L3、以及连接到电源250的第四连接线L4。
第一副本晶体管221可以具有连接到第一内部输入201的栅极、连接到检测节点260的第五连接线L5、以及连接到电源250的第六连接线L6。
第二副本晶体管222可以具有连接到第二内部输入202的栅极、连接到检测节点260的第七连接线L7、以及连接到电源250的第八连接线L8。
偏置晶体管230可以具有连接到偏置电压270的栅极、连接到检测节点260的第九连接线L9、以及连接到地的第十连接线L10。根据示例实施例，负载可以连接到第一连接线L1、第三连接线L3和第十连接线L10。根据另一示例实施例，可以不设置负载。
放大器200的电路图可以取决于第一输入晶体管211、第二输入晶体管212、第一副本晶体管221、第二副本晶体管222和偏置晶体管230中的每一个是否包括NMOS晶体管或PMOS晶体管的MOSFET晶体管而变化。
图2示出了放大器200，其中第一输入晶体管211、第二输入晶体管212、第一副本晶体管221和第二副本晶体管222包括PMOS晶体管，并且偏置晶体管230包括NMOS晶体管。在下文中，将基于图2中所示1的每个晶体管的类型来描述放大器200。
第一输入晶体管211可以具有连接到第一内部输入201的栅极、连接到第一输出241的漏极、以及连接到电源250的源极。
第二输入晶体管212可以具有连接到第二内部输入202的栅极、连接到第二输出242的漏极、以及连接到电源250的源极。
第一副本晶体管211可以具有连接到第一内部输入201的栅极、连接到检测节点260的漏极、以及连接到电源250的源极。
第二副本晶体管222可以具有连接到第二内部输入202的栅极、连接到检测节点260的漏极、以及连接到电源250的源极。
偏置晶体管230可以具有连接到偏置电压270的栅极、连接到检测节点260的漏极、以及接地的源极。
第一副本晶体管221是复制第一输入晶体管211的配置的晶体管。在示例实施例中，第一副本晶体管221可以包括与第一输入晶体管211相同类型的MOSFET晶体管(NMOS或PMOS)。另外，第一副本晶体管221可以具有与第一输入晶体管211相同的沟道宽度与沟道长度之比。第一副本晶体管221可以以特定比率复制流过第一输入晶体管211的电流。
第二副本晶体管222是复制第二输入晶体管212的配置的晶体管。在一个实施例中，第二副本晶体管222可以包括与第二输入晶体管212相同类型的MOSFET晶体管(NMOS或PMOS)。另外，第二副本晶体管222可以具有与第二输入晶体管212相同的沟道宽度与沟道长度之比。第二副本晶体管222可以以特定比率复制流过第二输入晶体管212的电流。
检测节点260可以连接到第一副本晶体管221的漏极和第二副本晶体管222的漏极。另外，检测节点260可以连接到偏置晶体管230。
也就是说，可以通过第一副本晶体管221和第二副本晶体管222的漏极电流来确定检测节点260的检测电压。根据另一实施例，可以通过第一副本晶体管221和第二副本晶体管222的漏极电流来确定检测节点260的检测电流。另外，第一副本晶体管221和第二副本晶体管222的漏极电流的公共分量可以用作偏置。
偏置晶体管230操作稳定状态下的放大器200，并且可以基于检测节点260的检测电压来确定通过偏置晶体管230的放大器200的稳定性。例如，当检测节点260的检测电压对应于目标电压时，放大器200可以在稳定状态下操作。根据另一实施例，偏置晶体管230操作稳定状态下的放大器200，并且可以基于检测节点260的检测电流来确定通过偏置晶体管230的放大器200的稳定性。例如，当检测节点260的检测电流对应于目标电流时，放大器200可以在稳定状态下操作。
同时，第一副本晶体管221和第二副本晶体管222的漏极电流可以分别由连接到第一副本晶体管221的栅极的第一内部输入201和连接到第二副本晶体管222的栅极的第二内部输入202来确定。也就是说，由于通过第一副本晶体管221和第二副本晶体管222的漏极电流来确定检测节点260的检测电压，因此可以通过调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值来改变检测节点260的检测电压。也就是说，由于通过第一副本晶体管221和第二副本晶体管222的漏极电流来确定检测节点260的检测电流，因此可以通过调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值来改变检测节点260的检测电流。
如上所述，由于当检测节点260的检测电压对应于目标电压时放大器200在稳定状态下操作，因此当检测节点260的检测电压与目标电压不同时需要调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值。如上所述，由于当检测节点260的检测电流对应于目标电流时放大器200在稳定状态下操作，因此当检测节点260的检测电流与目标电流不同时需要调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值。
检测节点260可以连接到偏置控制电路。此外，偏置控制电路可以连接到第一内部输入201和第二内部输入202。
偏置控制电路可以基于检测节点260的检测电压来调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值。在实施例中，偏置控制电路可以反馈第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，使得检测节点260的检测电压对应于目标电压。根据另一实施例，偏置控制电路可以基于检测节点260的检测电流来调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值。在实施例中，偏置控制电路可以反馈第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，使得检测节点260的检测电流对应于目标电流。
例如，当检测节点260的目标电压是0.5V且检测电压是0.3V时，偏置控制电路可以减小第一内部输入201和第二内部输入202的输入值。
图2的放大器200包括第一输入晶体管211、第二输入晶体管212、第一副本晶体管221和第二副本晶体管222。然而，在另一实施例中，第一输入晶体管211、第二输入晶体管212、第一副本晶体管221和第二副本晶体管222中的每一个可以包括多个单独的晶体管。
例如，当第一输入晶体管211包括n个单独的晶体管(n是自然数)且第二输入晶体管212包括m个单独的晶体管(m是自然数)时，第一副本晶体管221和第二副本晶体管222可以分别包括n和m个单独的晶体管。
图3是根据示例实施例的包括副本晶体管的放大器的示意图。
图3示出了放大器300，其中第一输入晶体管311、第二输入晶体管312、第一副本晶体管321、第二副本晶体管322包括NMOS晶体管，并且偏置晶体管330包括PMOS晶体管。在下文中，将基于图3中所示的每个晶体管的类型来描述放大器300。
第一输入晶体管311可以具有连接到第一内部输入301的栅极、连接到第一输出341的漏极、以及接地的源极。
第二输入晶体管312可以具有连接到第二内部输入302的栅极、连接到第二输出342的漏极、以及接地的源极。
第一副本晶体管211可以具有连接到第一内部输入301的栅极、连接到检测节点360的漏极、以及接地的源极。
第二副本晶体管322可以具有连接到第二内部输入302的栅极、连接到检测节点360的漏极、以及接地的源极。
偏置晶体管330可以具有连接到偏置电压370的栅极、连接到检测节点360的漏极、以及连接到电源350的漏极。根据示例实施例，该漏极通过负载连接到电源。根据另一示例实施例，可以不设置负载。
第一副本晶体管321是复制第一输入晶体管311的配置的晶体管。在一个实施例中，第一副本晶体管321可以包括与第一输入晶体管311相同类型的MOSFET晶体管(NMOS或PMOS)。另外，第一副本晶体管321可以具有与第一输入晶体管311相同的沟道宽度与沟道长度之比。第一副本晶体管321可以以特定比率复制流过第一输入晶体管311的电流。
第二副本晶体管322是复制第二输入晶体管312的配置的晶体管。在一个实施例中，第二副本晶体管322可以包括与第二输入晶体管312相同类型的MOSFET晶体管(NMOS或PMOS)。另外，第二副本晶体管322可以具有与第二输入晶体管312相同的沟道宽度与沟道长度之比。第二副本晶体管322可以以特定比率复制流过第二输入晶体管312的电流。
检测节点360可以连接到第一副本晶体管321的漏极和第二副本晶体管322的漏极。另外，检测节点360可以连接到偏置晶体管330。
也就是说，可以通过第一副本晶体管321和第二副本晶体管322的漏极电流来确定检测节点360的检测电压。根据另一示例实施例，可以通过第一副本晶体管321和第二副本晶体管322的漏极电流来确定检测节点360的检测电流。另外，第一副本晶体管321和第二副本晶体管322的漏极电流的公共分量可以用作偏置。
偏置晶体管330操作稳定状态下的放大器300，并且可以基于检测节点360的检测电压来确定通过偏置晶体管330的放大器300的稳定性。例如，当检测节点360的检测电压对应于目标电压时，放大器300可以在稳定状态下操作。根据另一示例实施例，偏置晶体管330操作稳定状态下的放大器300，并且可以基于检测节点360的检测电流来确定通过偏置晶体管330的放大器300的稳定性。例如，当检测节点360的检测电流对应于目标电流时，放大器300可以在稳定状态下操作。
同时，第一副本晶体管321和第二副本晶体管322的漏极电流可以分别由连接到第一副本晶体管321的栅极的第一内部输入301和连接到第二副本晶体管322的栅极的第二内部输入302来确定。也就是说，由于通过第一副本晶体管321和第二副本晶体管322的漏极电流来确定检测节点360的检测电压，因此可以通过调整第一内部输入301和第二内部输入302的输入值来改变检测节点360的检测电压。根据另一示例实施例，也就是说，由于通过第一副本晶体管321和第二副本晶体管322的漏极电流来确定检测节点360的检测电流，因此可以通过调整第一内部输入301和第二内部输入302的输入值来改变检测节点360的检测电流。
检测节点360可以连接到偏置控制电路。此外，偏置控制电路可以连接到第一内部输入301和第二内部输入302。
偏置控制电路可以基于检测节点360的检测电压(或检测电流)来调整第一内部输入301和第二内部输入302的输入值。在示例实施例中，偏置控制电路可以反馈第一内部输入301和第二内部输入302的输入值，使得检测节点360的检测电压对应于目标电压。根据另一示例实施例中，偏置控制电路可以反馈第一内部输入301和第二内部输入302的输入值，使得检测节点360的检测电流对应于目标电流。
例如，当检测节点360的目标电压是0.5V且检测电压是0.3V时，偏置控制电路可以减小第一内部输入301和第二内部输入302的输入值。
图4是根据示例实施例的包括有源负载的放大器的示意图。
图4示出了放大器400，其中第一输入晶体管211、第二输入晶体管212、第一副本晶体管221和第二副本晶体管222包括PMOS晶体管，并且偏置晶体管230包括NMOS晶体管。
第一输入晶体管211可以具有连接到第一内部输入201的栅极、连接到第一输出241的漏极、以及连接到电源250的源极。
第二输入晶体管212可以具有连接到第二内部输入202的栅极、连接到第二输出242的漏极、以及连接到电源250的源极。
第一副本晶体管211可以具有连接到第一内部输入201的栅极、连接到第一输出260的漏极、以及连接到电源250的源极。
第二副本晶体管222可以具有连接到第二内部输入202的栅极、连接到检测节点260的漏极、以及连接到电源250的源极。
偏置晶体管230可以具有连接到偏置电压270的栅极、连接到检测节点260的漏极、以及接地的源极。
检测节点260可以连接到偏置控制电路。此外，偏置控制电路可以连接到第一内部输入201和第二内部输入202。
偏置控制电路可以基于检测节点260的检测电压(或检测电流)来调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值。在实施例中，偏置控制电路可以反馈第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，使得检测节点260的检测电压(或检测电流)对应于目标电压(或目标电流)。
例如，当检测节点260的目标电压是0.5V且检测电压是0.3V时，偏置控制电路可以减小第一内部输入201和第二内部输入202的输入值。
在示例实施例中，放大器400可以包括有源负载410。可以通过施加到有源负载410的电流来改变有源负载410的电阻值。根据另一示例实施例，可以通过施加到有源负载410的电压来改变有源负载410的电阻值。
有源负载410可以通过中央连接线420连接到偏置控制电路。可以基于从偏置控制电路施加到有源负载410的电压(或电流)来确定有源负载410的电阻值。根据另一示例实施例，可以基于从偏置控制电路施加到有源负载410的电流来确定有源负载410的电阻值。
更详细地，有源负载410的晶体管411可以通过中央连接线420连接到偏置控制电路。晶体管411可以具有连接到偏置电压的栅极、连接到偏置控制电路的漏极、以及接地的源极。在图4中，晶体管411包括NMOS晶体管，但是也可以包括PMOS晶体管。
如上面在图2中所描述的，由于当检测节点260的检测电压对应于目标电压时，放大器400在稳定状态下操作，因此偏置控制电路可以调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，使得检测节点260的检测电压对应于目标电压。根据另一实施例，由于当检测节点260的检测电流对应于目标电流时放大器400在稳定状态下操作，因此偏置控制电路可以调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，使得检测节点260的检测电流对应于目标电流。
另外，当有源负载410包括在放大器400中时，偏置控制电路调整第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，并且改变有源负载410的电阻值，使得来自输出241和242的电压可以被校正。
也就是说，由于有源负载410包括在放大器400中，为了使检测节点260的检测电压对应于目标电压，即使反馈了第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，也可以从输出241和242输出接近于期望电压的电压。根据另一实施例，由于有源负载410包括在放大器400中，为了使检测节点260的检测电流对应于目标电流，即使反馈了第一内部输入201和第二内部输入202的输入值，也可以从输出241和242输出接近于期望电压的电压。
有源负载410的电路配置不限于图4中所示的电路配置。本领域普通技术人员应当理解，只要可以根据施加的电压(或电流)改变电阻值，任何结构(即，其中发生增益的结构)都可以用作有源负载410。
图5是根据示例实施例的包括放大器和偏置控制电路的电路图的示例的示图。
参考图5，电路图510包括放大器520和偏置控制电路530。根据实施例，偏置控制电路530可以指电路图510中除放大器520以外的电路。
放大器520可以包括内部输入Vin、两个输入晶体管、两个副本晶体管和一个偏置晶体管。包括在放大器520中的晶体管的数量不限于上述示例。在另一实施例中，输入晶体管和副本晶体管可以包括三个或更多个单独的晶体管。
在图5中，输入晶体管(TR INPUT)和副本晶体管(REPLICA TR)包括PMOS晶体管，并且偏置晶体管(BIAS TR)和有源负载的晶体管包括NMOS晶体管。然而，本领域普通技术人员应当理解，可以根据实施例的变型来配置形成每个晶体管的NMOS晶体管或PMOS晶体管的各种组合。
副本晶体管是复制输入晶体管的配置的晶体管。在实施例中，副本晶体管可以包括与输入晶体管相同类型的MOSFET晶体管(NMOS或PMOS)。另外，副本晶体管可以具有与输入晶体管相同的“沟道宽度与沟道长度之比”。副本晶体管可以以特定比率复制流过输入晶体管的电流。
放大器520的检测节点521可以连接到副本晶体管和偏置控制电路530的漏极。
偏置控制电路530可以基于检测节点521的检测电压来调整内部输入的输入值。在实施例中，偏置控制电路530可以反馈内部输入的输入值，使得检测节点521的检测电压对应于目标电压。根据另一示例实施例，偏置控制电路530可以基于检测节点521的检测电流来调整内部输入的输入值。在实施例中，偏置控制电路530可以反馈内部输入的输入值，使得检测节点521的检测电流对应于目标电流。
根据本公开的放大器可以通过使用副本晶体管和偏置晶体管而不是使用尾电流来产生较低水平的噪声并提供足够的带宽。例如，根据本公开的放大器可以产生1μV或更小的噪声并可以具有20kHz或更大的带宽。
另外，由于该放大器不具有如图1B中所示的电流重用放大器中那样的多个晶体管的堆叠结构，因此该放大器可以降低施加到放大器的电源的电压。因此，放大器的功耗可以减少。此外，根据本公开的放大器产生较低水平的信号失真。
另外，放大器520还可以包括有源负载。当放大器520中包括有源负载时，除了调整内部输入的输入值之外，偏置控制电路还可以通过改变有源负载的电阻值来校正从输出端输出的电压。
也就是说，由于有源负载包括在放大器520中，为了使检测节点521的检测电压对应于目标电压，即使反馈了内部输入的输入值，也可以从输出端输出接近于期望电压的电压。根据另一示例实施例，由于有源负载包括在放大器520中，为了使检测节点521的检测电流对应于目标电流，即使反馈了内部输入的输入值，也可以从输出端输出接近于期望电压的电压。
图6是根据示例实施例的连接到外部电源的放大器的示例的示意图。
参考图6，放大器600具有第一内部输入611和第二内部输入612。放大器600还具有第一外部输入621和第二外部输入622。第一内部输入611和第一外部输入621可以通过第一电容器631彼此连接，并且第二内部输入612和第二外部输入622可以通过第二电容器632彼此连接。
由于第一电容器631和第二电容器632，使得内部输入611和612可以独立于外部输入621和622。
如上面在图2中所描述的，由于当检测节点的检测电压(或检测电流)对应于目标电压(或目标电流)时，放大器600在稳定状态下操作，因此偏置控制电路可以调整内部输入611和612的输入值，使得检测节点的检测电压(或检测电流)对应于目标电压(或目标电流)。
由于外部输入621和622难以直接控制，根据本公开的示例实施例，可以通过在外部输入621和622与内部输入611和612之间设置电容器631和632来将内部输入611和612与外部输入621和622分隔开。
图7是根据实施例的放大器的操作的流程图。
由于关于图7中所示的放大器的操作的信息与上述附图中描述的实施例有关，因此上述附图中的描述可以应用于图7的方法。
放大器可以包括第一输入晶体管、第二输入晶体管、第一副本晶体管、第二副本晶体管和偏置晶体管。
第一输入晶体管可以具有连接到第一内部输入的栅极、连接到第一输出的第一连接线、以及连接到电源或地的第二连接线。第二输入晶体管可以具有连接到第二内部输入的栅极、连接到第二输出的第一连接线、以及连接到电源或地的第二连接线。第一副本晶体管可以具有连接到第一内部输入的栅极、连接到检测节点的第一连接线、以及连接到电源或地的第二连接线。第二副本晶体管可以具有连接到第二内部输入的栅极、连接到检测节点的第一连接线、以及连接到电源或地的第二连接线。偏置晶体管可以具有连接到偏置电压的栅极、连接到检测节点的第一连接线、以及连接到电源或地的第二连接线。
放大器2的电路图可以取决于第一输入晶体管、第二输入晶体管、第一副本晶体管、第二副本晶体管和偏置晶体管中的每一个是否包括NMOS晶体管或PMOS晶体管的MOSFET晶体管而变化。
在下文中，假定第一输入晶体管、第二输入晶体管、第一副本晶体管和第二副本晶体管包括PMOS晶体管，并且偏置晶体管包括NMOS晶体管。
放大器可以包括偏置控制电路。偏置控制电路可以连接到检测节点。此外，偏置控制电路可以连接到第一内部输入和第二内部输入。
参考图7，在操作710中，偏置控制电路可以获得检测节点的检测电压。根据另一实施例，偏置控制电路可以获得检测节点的检测电流。
检测节点可以连接到第一副本晶体管的漏极和第二副本晶体管的漏极。另外，检测节点可以连接到偏置晶体管。
也就是说，可以通过第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极电流来确定检测节点的检测电压。根据另一实施例，可以通过第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极电流来确定检测节点的检测电流。另外，第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极的公共分量可以用作偏置。
在操作720中，偏置控制电路可以基于所获得的检测电流来调整第一内部输入和第二内部输入的输入值。根据另一实施例，偏置控制电路可以基于所获得的检测电压来调整第一内部输入和第二内部输入的输入值。
可以分别由连接到第一副本晶体管的栅极的第一内部输入和连接到第二副本晶体管的栅极的第二内部输入来确定第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极电流。
也就是说，由于通过第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极电流来确定检测节点的检测电压，因此可以基于所获得的检测电压通过调整第一内部输入和第二内部输入的输入值来改变检测节点的检测电压。根据另一实施例，由于通过第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极电流来确定检测节点的检测电流，因此可以基于所获得的检测电流通过调整第一内部输入和第二内部输入的输入值来改变检测节点的检测电流。
在操作730中，偏置控制电路可以反馈第一内部输入和第二内部输入的输入值，使得所获得的检测电压或检测电流对应于目标电压或目标电流。
例如，当检测节点的目标电压是0.5V并且检测电压是0.3V时，偏置控制电路可以反馈第一内部输入和第二内部输入的输入值，直到检测节点的检测电压为0.5V为止。
根据本公开的放大器可以用于低功率、高分辨率和低噪声的传感器应用中。例如，根据本公开的放大器可以用于放大从压电式麦克风输出的语音信号。
另外，根据本公开的放大器可以用于高分辨率的感测多通道应用中。例如，根据本公开的放大器可以用于小型生物医学器件或植入器件中。
此外，根据本公开的放大器可以被安装在可穿戴设备、移动电话、物联网(IoT)设备等上，并且可以有助于降低功耗。
根据本公开的放大器可以通过使用副本晶体管和偏置晶体管而不是使用尾电流来产生较低水平的噪声并提供足够的带宽。
另外，根据本公开的放大器可以在低电平电源下操作，从而降低功耗。
应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个实施例中的特征或方面的描述通常应被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (21)

1.一种放大器，包括：
第一输入晶体管，具有连接到第一输入的第一栅极、连接到第一输出的第一连接线、以及连接到电源或地的第二连接线；
第二输入晶体管，具有连接到第二输入的第二栅极、连接到第二输出的第三连接线、以及连接到所述电源或地的第四连接线；
第一副本晶体管，具有连接到所述第一输入的第三栅极、连接到检测节点的第五连接线、以及连接到所述电源或地的第六连接线；
第二副本晶体管，具有连接到所述第二输入的第四栅极、连接到所述检测节点的第七连接线、以及连接到所述电源或地的第八连接线；以及
偏置晶体管，具有连接到偏置电压的第五栅极、连接到所述检测节点的第九连接线、以及连接到所述电源或地的第十连接线。
2.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一副本晶体管被配置为复制所述第一输入晶体管的配置，并且所述第二副本晶体管被配置为复制所述第二输入晶体管的配置。
3.根据权利要求1所述的放大器，还包括：
偏置控制电路，连接到所述检测节点、所述第一输入和所述第二输入，
其中所述偏置控制电路被配置为基于所述检测节点的检测电压来调整所述第一输入和所述第二输入的输入值。
4.根据权利要求3所述的放大器，其中所述偏置控制电路还被配置为反馈所述第一输入和所述第二输入的所述输入值，使得所述检测节点的所述检测电压对应于目标电压。
5.根据权利要求4所述的放大器，还包括：
有源负载，连接到所述偏置控制电路，
其中通过改变所述有源负载的电阻值来校正所述检测电压，直到所述检测节点的所述检测电压对应于所述目标电压为止。
6.根据权利要求5所述的放大器，其中基于从所述偏置控制电路施加到所述有源负载的电压来确定所述有源负载的所述电阻值。
7.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一输入晶体管包括n个单独的晶体管，
所述第二输入晶体管包括m个单独的晶体管，
所述第一副本晶体管和所述第二副本晶体管分别包括n个和m个单独的晶体管，并且
n和m为自然数。
8.根据权利要求1所述的放大器，还包括：
外部输入；
第一电容器，将所述外部输入连接到所述第一输入；以及
第二电容器，将所述外部输入连接到所述第二输入，
其中所述第一输入和所述第二输入通过所述第一电容器和所述第二电容器与所述外部输入分隔开。
9.根据权利要求1所述的放大器，其中所述放大器具有1μV或更小的噪声和20kHz或更大的带宽。
10.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一输入和所述第二输入在所述放大器内部。
11.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一副本晶体管和所述第一输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比，以及
所述第二副本晶体管和所述第二输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比。
12.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一副本晶体管被配置为以特定比率复制流过所述第一输入晶体管的电流，以及
所述第二副本晶体管被配置为以特定比率复制流过所述第二输入晶体管的电流。
13.一种放大器，包括：
第一输入晶体管，具有连接到第一输入的第一栅极、连接到第一输出的第一漏极、以及连接到电源的第一源极；
第二输入晶体管，具有连接到第二输入的第二栅极、连接到第二输出的第二漏极、以及连接到所述电源的第二源极；
第一副本晶体管，具有连接到所述第一输入的第三栅极、连接到检测节点的第三漏极、以及连接到所述电源的第三源极；
第二副本晶体管，具有连接到所述第二输入的第四栅极、连接到所述检测节点的第四漏极、以及连接到所述电源的第四源极；以及
偏置晶体管，具有连接到偏置电压的第五栅极、连接到所述检测节点的第五漏极、以及连接到地的第五源极。
14.根据权利要求13所述的放大器，其中所述第一输入和所述第二输入在所述放大器内部。
15.根据权利要求13所述的放大器，其中所述第一副本晶体管和所述第一输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比，以及
所述第二副本晶体管和所述第二输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比。
16.根据权利要求13所述的放大器，其中所述第一副本晶体管被配置为以特定比率复制流过所述第一输入晶体管的电流，以及
所述第二副本晶体管被配置为以特定比率复制流过所述第二输入晶体管的电流。
17.一种放大器，包括：
第一输入晶体管，具有连接到第一输入的第一栅极、连接到第一输出的第一漏极、以及连接到地的第一源极；
第二输入晶体管，具有连接到第二输入的第二栅极、连接到第二输出的第二漏极、以及连接到地的第二源极；
第一副本晶体管，具有连接到所述第一输入的第三栅极、连接到检测节点的第三漏极、以及连接到地的第三源极；
第二副本晶体管，具有连接到所述第二输入的第四栅极、连接到所述检测节点的第四漏极、以及连接到地的第四源极；以及
偏置晶体管，具有连接到偏置电压的第五栅极、连接到所述检测节点的第五源极、以及连接到电源的第五漏极。
18.根据权利要求17所述的放大器，其中所述第一输入和所述第二输入在所述放大器内部。
19.根据权利要求17所述的放大器，其中所述第一副本晶体管和所述第一输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比，以及
所述第二副本晶体管和所述第二输入晶体管具有相同的沟道宽度与沟道长度之比。
20.根据权利要求17所述的放大器，其中所述第一副本晶体管被配置为以特定比率复制流过所述第一输入晶体管的电流，以及
所述第二副本晶体管被配置为以特定比率复制流过所述第二输入晶体管的电流。
21.一种操作放大器的方法，包括：
在所述放大器的检测节点处获得检测电压或检测电流；
基于所获得的检测电流或所获得的检测电压调整所述放大器的第一内部输入和第二内部输入的输入值；以及
反馈所述第一内部输入和所述第二内部输入的所调整的输入值作为所述放大器的输入值，使得所获得的检测电压或检测电流对应于目标电压或目标电流，
其中通过所述放大器的第一副本晶体管和第二副本晶体管的漏极电流来确定所述检测节点的所述检测电压或检测电流。
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