CN114268284A - 单端差分跨阻抗放大器 - Google Patents

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Abstract

在至少一个实施方案中，提供了一种差分放大器，所述差分放大器包括第一电流传递系统和第二电流传递系统、电流差产生系统和反馈网络电路。所述第一电流传递系统生成第一差分电流信号。所述第二电流传递系统生成第二差分电流信号。所述电流差产生系统接收所述第一差分电流信号和所述第二差分电流信号，并且生成指示第一电流信号与第二电流信号之间的差的电压差信号。所述反馈网络电路将所述电压差信号转换为至少两个转换后的电流信号，并且将所述至少两个转换后的电流信号提供给所述第一电流传递系统和所述第二电流传递系统或所述电流差产生系统中的一者，以使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。

Description

单端差分跨阻抗放大器
技术领域
本文公开的各方面大体上涉及(但不限于)模拟电路和差分跨阻抗放大器。在一个方面，可在音频系统或用于提供音频系统的方法中实施差分跨阻抗放大器。本文将更详细地论述此方面和其他方面。
背景技术
Chen等的美国专利号7,268,624(“Chen”)公开了差分放大器中的偏移电压，通过控制穿过所述放大器的负载阻抗的补偿电流而使所述偏移电压最小化。在感测偏移电压的极性时电流会改变。在极性改变时，电流值被锁存以最低限度地保持所述偏移电压。
发明内容
在至少一个实施方案中，提供一种差分放大器，所述差分放大器包括第一输入端子、第二输入端子、第一电流传递系统、第二电流传递系统、电流差产生系统以及反馈网络电路。所述第一电流传递系统响应于第一电流信号而生成第一差分电流信号。所述第二电流传递系统响应于第二电流信号而生成第二差分电流信号。所述电流差产生系统接收第一差分电流信号和第二差分电流信号，并且生成指示第一电流信号与第二电流信号之间的差的电压差信号。反馈网络电路将所述电压差信号转换为至少两个转换后的电流信号，并且将所述至少两个转换后的电流信号提供给第一电流传递系统和第二电流传递系统或电流差产生系统中的一者，以基于所述至少两个转换后的电流信号而使第一电流信号与第二电流信号之间的差最小化。
在至少另一实施方案中，提供一种差分放大器，所述差分放大器包括第一电流传递系统、第二电流传递系统、电流差产生系统和反馈网络电路。所述第一电流传递系统响应于第一电流信号而生成第一差分电流信号。所述第二电流传递系统响应于第二电流信号而生成第二差分电流信号。所述电流差产生系统接收第一差分电流信号和第二差分电流信号，并且生成指示第一电流信号与第二电流信号之间的差的电压差信号。反馈网络电路将所述电压差信号转换为至少两个转换后的电流信号，并且将所述至少两个转换后的电流信号提供给第一电流传递系统和第二电流传递系统或电流差产生系统中的一者，以基于所述至少两个转换后的电流信号而使第一电流信号与第二电流信号之间的差最小化。
在至少另一实施方案中，提供一种用于使第一电流与第二电流之间的电流最小化的方法。所述方法包括：提供第一电流信号和第二电流信号；以及响应于所述第一电流信号而经由第一电流传递系统生成第一差分电流信号。所述方法还包括：响应于所述第二电流信号而经由第二电流传递系统生成第二差分电流信号；以及在电流差产生系统处接收第一差分电流信号和第二差分电流信号。所述方法还包括：提供指示第一电流信号与第二电流信号之间的差的电压差信号；以及将所述电压差信号转换为至少两个转换后的电流信号。所述方法还包括：将所述至少两个转换后的电流信号提供给第一电流传递系统和第二电流传递系统或电流差产生系统中的一者，以基于所述至少两个转换后的电流信号而使第一电流信号与第二电流信号之间的差最小化。
附图说明
在所附权利要求中具体地指出本公开的实施方案。然而，通过结合附图参考以下详细描述，各种实施方案的其他特征将变得更加显而易见并且将得到最佳理解，附图中：
图1A描绘第一差分电压反馈跨阻抗放大器；
图1B描绘第二差分电压反馈跨阻抗放大器；
图2A描绘第一差分电流反馈跨阻抗放大器；
图2B描绘第二差分电流反馈跨阻抗放大器；
图3描绘根据一个实施方案的差分跨阻抗放大器的框图；
图4描绘根据一个实施方案的具有无源反馈回路的差分跨阻抗放大器的示意图；
图5描绘根据一个实施方案的具有有源无源反馈回路的另一差分跨阻抗放大器的示意图；
图6描绘根据一个实施方案的具有有源反馈回路的另一差分跨阻抗放大器的示意图；
图7描绘根据一个实施方案的具有有源反馈回路的另一差分跨阻抗放大器的示意图；以及
图8描绘根据一个实施方案的由在图3至图7中所述的差分跨阻抗放大器中的任一者执行的方法。
具体实施方式
根据需要在本文公开本发明的详细实施方案；然而，将理解，所公开的实施方案仅仅示范了可能以各种和替代性形式体现的本发明。图不一定按比例；一些特征可能经过夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应理解为具限制性，而是仅仅理解为用于教导本领域技术人员不同地采用本发明的代表性基础。
本文公开的各方面提供接收电流输入并且提供电压输出的跨阻抗放大器。所述跨阻抗放大器被配置为以宽频率范围和低失真提供低输入阻抗。所述跨阻抗放大器包括低阻抗电流传递输入电路、电流差产生系统(或电路)和电压放大器，所述电压放大器包括在输出端子、输入端子与电流差产生电路端子之间的有源电路或无源电路的反馈。
本文公开的各方面还提供一种差分跨阻抗放大器，可在没有常规的电压反馈电路的情况下使用所述差分跨阻抗放大器实现差分到单端的转换，并且所述差分跨阻抗放大器特别在用于高分辨率音频系统的信号链中提供性能增强。可替代性地在全差分配置中采用所公开的差分跨阻抗放大器。所公开的实施方案向模拟转换应用提供灵活的解决方案，而没有在使用常规的跨阻抗放大器中固有的设计折衷。例如，所公开的实施方案可减小单端差分跨阻抗放大器的设计复杂性，并且减小单端差分跨阻抗放大器的输入阻抗。所公开的实施方案可改善单端差分跨阻抗放大器中的线性和非线性失真，并且在单端差分跨阻抗放大器的设计方面添加额外程度的灵活性。例如，所公开的实施方案可提供(i)宽频率范围内的稳定跨阻抗(例如，传递函数)；(ii)宽频率范围内的低输入阻抗；(iii)对共模信号的高拒斥；(iv)低失真；以及(v)对带外干扰的低灵敏度(例如，低互调)。
为了实现以上改进，所公开的实施方案提供一种单端差分跨阻抗放大器，其中第一输入端子和第二输入端子连接到第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统。如果第一输入电流传递系统和/或第二输入电流传递系统大体上相同并且提供衰减，则此类电路可放大和跟踪经放大的输出。第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统将输入电流传输到电流差产生电路。电流差产生电路的输出电流被转换为负载网络上的电压。电压放大电路将来自负载网络端子的电压输送到输出端子和反馈网络。
在一个实现方式中，本文公开的反馈网络方面可涉及向差分跨阻抗放大器输入提供信号的无源反馈网络。因为提供电流作为输入并且提供电压作为输出，因此电压除以电流提供阻抗，所以放大器输入是跨阻抗。在另一实现方式中，反馈网络方面可涉及第一电流操纵反馈系统和第二电流操纵反馈系统对差分放大器输入的有源反馈网络。在另一实现方式中，反馈网络方面可涉及通过提供电压-电流转换器(或跨导电路)而对差分放大器输入的有源反馈。在另一实现方式中，反馈网络方面可涉及由上文描述的任何方法或方法电路对电流差产生系统的输入的无源或有源反馈。
图1A描绘第一差分电压反馈跨阻抗放大器100。放大器100包括第一运算放大器101、第二运算放大器102和第三运算放大器103。放大器100的输入级120包括提供电压反馈的第一运算放大器和第二运算放大器101和102。第一运算放大器和第二运算放大器101和102作为虚拟大地电流-电压转换器而操作。第一运算放大器和第二运算放大器(或到电压转换器101和102的第一电流和第二电流)被适合地连接，使得从其提供的差分输出电压施加到作为差分放大器连接的第三运算放大器103的反相输入端和非反相输入端。在图1A中绘示的第一差分跨阻抗放大器100需要三个增益块以及电阻器104、105、106、107、108和109的精确匹配。
图1B描绘第二差分跨阻抗放大器100’，其包括作为差分放大器耦合的全差分运算放大器110和运算放大器111。一般来说，在差分跨阻抗放大器100和100’中可存在数个误差机构。一个此类误差机构可与对频率的运放开环增益相依性相关。例如，所得的输入阻抗和频率可与运放增益成反比并且可受到运放增益带宽乘积限制。另一误差机构可由带外快速瞬变引发，所述带外快速瞬变导致由输入级中的非线性产生的互调失真和差分相位失真。一般来说，第一差分跨阻抗放大器100和第二差分跨阻抗放大器100’可抑制共模噪声。然而，抑制程度受到差分放大器103(参看图1A)和111(参看图1B)的匹配的分量值和频率相依参数限制。
图2A描绘第一差分跨阻抗放大器200。提供图2A的放大器200以提供对上文公开的放大器100和100’的缺点的解决方案。例如，放大器200是电流反馈类型运算放大器并且可采用快速作用电路。放大器200包括电流反馈类型放大器201和202，所述电流反馈类型放大器作为电流-电压转换器而操作，并且经过适合地连接，使得在将放大器201和202的输出电压作为差分输入施加到作为差分放大器连接的运算放大器203时，将差分输入电流施加到放大器201和202的反相低阻抗输入端。每个放大器201和202包括晶体管204和205以及误差放大器206和207的低输入阻抗输入级。每个电流反馈类型放大器201和202对其输入端子处的误差电流作出响应，所述误差电流是输入信号电流与通过反馈电阻器208和209供应的电流之间的差。输入级204、205(或晶体管204、205)在不限制电流值的情况下将瞬态误差电流输送到高阻抗补偿节点中。此方面可允许频率补偿网络的快速充电和放电。一般来说，输入级204、205可从由误差放大器206、207形成的低阻抗网络注入大量电流，这可提供更宽的频率响应。
图2B描绘第二差分跨阻抗放大器200’。放大器200’包括可操作地彼此连接以形成差分放大器的全差分跨阻抗放大器220和运算放大器224。全差分跨阻抗放大器220包括两个低输入阻抗输入级(或晶体管)221和222以及全差分误差放大器223。负载225(或诸如电阻器、电流源、晶体管的有源负载，或诸如电容器或电感器的无源负载)可操作地耦合到晶体管221。类似地，负载226(或诸如电阻器、电流源、晶体管的有源负载，或诸如电容器或电感器的无源负载)可操作地耦合到晶体管222。电阻器229和230耦合到误差放大器223的输出端。电阻器231耦合到运算放大器224的非反相输入端，并且电阻器231、233形成运算放大器224的反相输入端和输出端之间的桥。放大器200和200’可缺乏单端差分跨阻抗放大器的设计方面的整体灵活性，并且因此无法提供跨阻抗和输入阻抗独立优势。需要获得(i)宽频率范围内的稳定跨阻抗(例如，传递函数)；(ii)宽频率范围内的低输入阻抗；(iii)对共模信号的高拒斥；(iv)低失真；以及(v)对带外干扰的低灵敏度(例如，低互调)。
图3描绘根据一个实施方案的放大器300的框图。放大器300包括第一输入电流传递系统(或电路)301(或第一低阻抗电流传递系统)301和第二输入电流传递系统(或电路)(或第二低输入阻抗输入电流传递系统)302。一般来说，第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统301、302中的每一者被配置为将作为输入变量的电流还转换为作为输出变量的电流。输入端子330和331分别耦合到第一输入电流传递系统301和第二输入电流传递系统302。一般来说，第一输入电流传递系统301和第二输入电流传递系统302中的每一者可包括任何数目个晶体管级，其中每个系统301和302提供低输入阻抗。另外，第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统301和302可各自提供高输出阻抗。
电流差产生系统303从第一低阻抗输入电流传递系统和第二低阻抗输入电流传递系统301和302接收输出信号。输出级305(例如，放大器或放大器系统)可操作地耦合到电流差产生系统303的输出端。在一个示例中，输出级305可以是电压控制的电压源。来自输出级305的输出经由输入端子330、331反馈到第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302。电流差产生系统303生成指示第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统301和302之间的电流差的差信号。例如，电流差产生系统303将来自电流的差信号转换为指示第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统301和302之间的电流差的电流。通过负载(或电阻器)304将电流差产生系统303的输出电流转换为电压。如上文所述，输出级305可以是电压控制的电压源，并且放大电压差信号以生成经放大的电压差信号。
反馈网络电路380定位在输出级305的下游，所述反馈网络电路接收经放大的电压差信号并且将其转换为电流差信号。反馈网络电路380基于经放大的电压差信号而控制提供给第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统301和302的电流。
反馈网络电路380一般包括以下各项中的一者：第一电路(或第一操纵电流系统)350、第二电路(或第二操纵电流系统)352、第三电路(或第一操纵电流系统)354和第四电路(或第四操纵电流系统)356。第一电路350一般对应于无源电流操纵反馈系统。第二电路352一般对应于基于跨阻抗的有源电流操纵反馈系统。第三电路354和第四电路356一般对应于基于跨导的有源电流操纵反馈系统。
虽然图3一般绘示反馈网络电路380并入有第一电路350、第二电路352、第三电路254和第四电路356中的每一者，但应认识到，此类电路350、352、354、356中的仅一者将实际上在放大器300中实施为反馈网络电路380的部分。对在电路312中利用的特定电路350、352、354和356的选择可取决于若干因素。此类因素可包括频率、灵敏度和/或传递函数与规范的偏差。
举例来说，假设反馈网络电路380可包括第一电路350，第一电路350包括无源部件306和307。虽然图3一般绘示无源部件306和307呈电阻性网络的形式，但应认识到，无源部件306和307可包括电容器和电感器。无源部件306和307向在输入端子330和331上接收的提供给差分跨阻抗放大器300的电流输入提供电流反馈信号。一般来说，由无源部件306和307提供的电流(或操纵电流)辅助使响应于经放大的电压差信号而在输入端330和331处提供的输入电流之间的电流差别(或电流差)最小化。无源部件306和307响应于由输出级305输出的经放大的电压差信号而生成电流。为了使到放大器300的电流的差别最小化，无源部件306和307生成包括相同值但彼此具有相反极性的两个输出电流。对流过无源部件306的电流和在第一输入端子330上提供的电流进行求和，并且对流过无源部件307的电流和在第二输入端子331上提供的电流进行求和。这些方面补偿了第一输入端子330与第二输入端子331之间的电流的差。
举例来说，假设反馈网络电路380包括第二电路352，第二电路352包括分别耦合到第一跨阻抗级308的非反相输入端和反相输入端的无源部件311和312。第一跨阻抗级308在输入端处接收电流并且在其输出端处传递电流。虽然无源部件311和312在图3中一般被绘示为电阻器(或电阻性网络)，但应认识到，无源部件311和312可包括电容器和电感器。第一跨阻抗级308输出与流过无源部件311和312的电流成比例的电流。跨阻抗级308可以是与无源部件311、312形成电流反馈网络的电流控制的电流源。第二电路352使响应于由输出级305输出的经放大的电压差信号而在输入端330和331处提供的输入电流之间的电流差最小化。
例如，第一跨阻抗级308提供具有相同值但彼此具有相反极性的两个输出电流。对由跨阻抗级308输出的一个电流值和在第一输入端子330上的电流进行求和，并且对由第一跨阻抗级308输出的另一电流值和第二输入端子331上的电流进行求和。此方面可补偿第一输入端子330与第二输入端子331之间的电流的差。
举例来说，假设反馈网络电路380包括第三电路354，第三电路354包括彼此耦合并且耦合到第一跨导级309的无源部件313、314和315。虽然无源部件313、314和315在图3中一般被绘示为电阻器(或电阻性网络)，但应认识到，无源部件313、314和315可包括电容器和电感器。提供电压作为无源部件313、314和315和第一跨导级309的输入。第一跨导级309输出与无源部件314上的电压降成比例的电流。第三电路354使响应于由输出级305输出的经放大的电压差信号而在输入端330和331处提供的输入电流之间的电流差别最小化。
第一跨导级309可以是与无源部件313、314和315形成电压反馈网络的电压-电流转换器。第一跨导级309提供具有相同值但彼此具有相反极性的两个输出电流。对由第一跨导级309输出的一个电流值和在第一输入端子330上的电流进行求和，并且对由第一跨导级309输出的另一电流值和第二输入端子331上的电流进行求和。此方面可补偿第一输入端子330与第二输入端子331之间的电流的差。
举例来说，假设反馈网络电路380包括第四电路356，第四电路356包括彼此耦合并且耦合到第二跨导级310的无源部件316、317和318。虽然无源部件316、317和318在图3中一般被绘示为电阻器(或形成电阻性网络)，但应认识到，无源部件316、317和318可包括电容器和电感器。提供电压作为无源部件316、317和318和第二跨导级310的输入。第二跨导级310输出与无源部件317上的电压降成比例的电流。第四电路356使响应于由输出级305输出的经放大的电压差信号而由第一电流传递系统和第二电流传递系统301、302输出的输入电流之间的电流差别最小化。
第二跨导级310可以是与无源部件316、317和318形成电压反馈网络的电压-电流转换器。第二跨导级310提供具有相同值但彼此具有相反极性的两个输出电流。对由第二跨导级310输出的一个电流值和由第一电流传递系统301输出的电流进行求和，并且对由第二跨导级310输出的另一电流值和由第二电流传递系统302输出的电流进行求和。此方面可补偿第一输入端子330与第二输入端子331之间的电流的差。可替代地，第二操纵电流系统(或第二电路)352可包括类似于第一电路350的无源反馈网络。第一参考端子332向第一电流传递系统和第二电流传递系统301、302提供电压参考(例如，Vref1)。第二参考信号334向电流差产生系统303提供电压参考(例如，Vref2)。
图4描绘根据一个实施方案的具有无源反馈回路(例如，在图3中陈述的第一电路350)的差分跨阻抗放大器400的示意图。放大器400包括第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301和302、电流差产生系统303、负载304、输出级305和第二跨阻抗级308。第一输入电流变换系统301包括晶体管401，并且第二输入电流变换系统302包括晶体管402。在一个示例中，晶体管401、402是双极结装置。每个晶体管401、402的集电极分别连接到负载409、410。负载409、410可以是无源的(例如，电阻器、电容器或电感器)或有源的。负载409连接到第一晶体管401的集电极和第一电源(或Vcc)，例如音频处理系统或任何其他合适的应用内的固定电压。负载410连接到第二晶体管402的集电极和所述第一电源(或Vcc)。晶体管401的发射极连接到第一输入端子330。晶体管402的发射极连接到第二输入端子331。第一输入端子330和第二输入端子331向放大器400提供输入电流。输入晶体管401、402的基极连接到第一参考端子332，所述第一参考端子提供参考信号以控制晶体管401、402的操作。每个晶体管401、402的发射极分别连接到恒流源411、412。电流源411、412通过低输入阻抗电流传递输入级(例如，通过晶体管401、402)设置偏置电流。
在操作中，第一输入晶体管401和第二晶体管402形成共基极，所述共基极耦合到提供电压参考(例如，Vref1)的第一参考端子332。电流差产生系统303的晶体管403、404是电平移位装置，并且晶体管403、404的每个发射极连接到晶体管401、402的集电极端子。晶体管401的集电极连接到晶体管403的发射极。第二输入晶体管402的集电极连接到第二共基极晶体管404的发射极。晶体管403和晶体管404的基极连接到提供第二电压参考(例如，Vref2)的第二参考端子334。晶体管403、404的集电极分别通过电流差产生系统303的电流镜413连接到第二电源。在此示例中，电流镜413充当共基极级的负载。电阻器409、410充当设置放大级(例如，晶体管401、402、403、404)的电流的电流设置装置。如上文所述，电流差产生电路303包括共基极晶体管(403、404)、电流镜413和相关联的电路。负载304连接在输出级305的单个输入端与共同端子(例如，接地)之间。输出级305可包括单输入电压放大器。输出级305输出单端输出信号(或经放大的电压差信号)。
在一个示例中，晶体管401的发射极连接到无源部件306(或电阻器、电容器、电感器等)。在另一示例中，晶体管402的源极通过无源部件307(或电阻器、电容器、电感器等)连接到输出端。作为反馈网络电路380的部分的无源部件311向跨阻抗差分放大器400的反相输入端(或第一输入端子)331提供反馈电流，并且限定放大器400的总跨阻抗。电流源411和412是dc电流源，并且此类电流源411、412向第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301和302提供必需的电流。一般来说，电流源411和412不是反馈网络电路380的部分。电流源411和412类似地向Vcc、Vee、Vref1、Vref2提供电力。
图5描绘根据一个实施方案的具有有源反馈回路(或来自图3的第二电路352)的另一差分跨阻抗放大器500的示意图。放大器500包括第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301和302、电流差产生系统303、负载304和输出级305。第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302分别包括晶体管501、502。可将晶体管501、502实施为双极结装置。电流差产生系统303包括晶体管503、504和电流镜515。第一跨阻抗级308包括晶体管509、510。
晶体管501、502中的每一者的集电极分别连接到负载511、512。负载511、512可以是无源的(例如，电阻器、电容器或电感器)或有源的。负载511连接到第一晶体管501的集电极和第一电源(或Vcc)，例如音频处理系统内的固定电压。负载512连接到第二晶体管502的集电极和所述第一电源(或Vcc)。晶体管501的发射极连接到第一输入端子330，所述第一输入端子将电流提供到放大器500中。晶体管502的发射极连接到第二输入端子331，所述第二输入端子也将电流提供到放大器500中。输入晶体管501、502的基极连接到第一参考端子331，所述第一参考端子提供参考信号(例如，Vref1)以控制晶体管501、502的操作。每个晶体管501、502的发射极分别连接到集电极509、510的集电极。
在操作中，第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302的晶体管501、502各自形成共基极级。晶体管503、504是电平移位的，并且每个晶体管503、504包括连接到晶体管501、502的集电极端子的发射极。晶体管501的集电极连接到晶体管503的发射极。晶体管502的集电极连接到晶体管504的发射极。晶体管503和晶体管504的基极连接到第二参考端子334(例如，Vref2)。晶体管503、504的集电极分别通过电流镜515连接到第二电源(例如，Vee)。在此示例中，电流镜515充当晶体管503、504的共基极级的负载。负载511、512充当设置放大级(例如，输出级305)的电流的电流设置装置。在此示例中，电流差产生系统303包括晶体管503、504、电流镜515和相关联的电路。负载304连接在输出级305的单个输入端与共同端子(例如，接地)之间。输出级305可以是单输入电压放大器。输出级305输出单端输出信号。
在一个示例中，晶体管509的发射极连接到无源部件312。在另一示例中，晶体管510的发射极通过无源部件311连接到放大器506的输出端。作为反馈网络电路380的部分的无源部件311用于更改放大器500的总跨阻抗。晶体管509、510的基极连接到第三参考端子336。每个晶体管509、510的发射极分别连接到恒流源513、514。电流源513、514通过低阻抗第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统301、302以及反馈网络电路380，例如通过晶体管501、502、509、510，来设置偏置电流。
图6描绘根据一个实施方案的具有有源反馈回路(或来自图3的第三电路354)的另一差分跨阻抗放大器600的示意图。放大器600包括第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301和302、电流差产生系统303、负载304、输出级305和第一跨导级309。第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302分别包括晶体管601、602。可将晶体管601、602实施为双极结装置。电流差产生系统303包括晶体管603、603和电流镜617。第一跨导级309包括晶体管611、612(或电压控制的电流源)和负载630。
有源反馈回路(或第三电路354)可通过电压控制的电流源611、612从输出端子340连接到共基极级的输入端。每个晶体管601、602的集电极分别连接到负载(例如，电阻器、电容器或电感器)613、614。负载613连接到晶体管601的集电极和第一电源(或Vcc)，例如音频处理系统内的固定电压。负载614连接到第二晶体管602的集电极和所述第一电源。晶体管601的发射极连接到第一输入端子330。晶体管602的发射极连接到第二输入端子331。晶体管601、602的基极连接到第一参考端子332，所述第一参考端子提供参考信号(例如，Vref)以控制晶体管601、602的操作。每个晶体管601、602的发射极分别连接到集电极611、612的集电极。
在操作中，第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302的晶体管601、602各自包括共基极。晶体管603、604是电平移位的，并且每个晶体管603、604包括连接到晶体管601、602的集电极端子的发射极。晶体管601的集电极连接到晶体管603的发射极。晶体管602的集电极连接到晶体管604的发射极。晶体管603和晶体管604的基极连接到第二参考端子334(例如，Vref2)。晶体管603、604的集电极分别通过电流镜617连接到第二电源(例如，Vee)。在此示例中，电流镜617充当晶体管603、604的共基极级的负载。负载613、614充当设置电流差产生系统303的电流的电流设置装置。如上文所述，电流差产生电路303包括晶体管603、604和电流镜617。负载304连接在输出级305到单个输入端与共同端子(例如，接地)之间。输出级305可包括单输入电压放大器。输出级305输出单端输出信号。
在一个示例中，晶体管611和612的发射极通过电阻器610进行连接。在另一示例中，晶体管611的基极通过负载313连接到放大器的输出端，晶体管612的基极通过负载315连接到接地，并且晶体管611和612的基极通过负载314进行连接。作为有源反馈网络的部分的负载313-315用于更改放大器600的总跨阻抗。每个晶体管611、612的发射极分别连接到恒流源615、616。电流源615、616通过低阻抗第一输入电流传递级和第二输入电流传递级301、302以及第一跨导级309，例如通过晶体管601、602、611、612，来设置偏置电流。
图7描绘根据一个实施方案的具有有源反馈回路(或来自图3的第四电路356)的另一差分跨阻抗放大器700的示意图。放大器700包括第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301和302、电流差产生系统303、负载304、输出级305和第二跨导级310。第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302分别包括晶体管601、602。第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302分别包括晶体管701、702。可将晶体管701、702实施为双极结装置。电流差产生系统303包括晶体管703、704和电流镜719。第二跨导级310包括晶体管711、712和负载730(例如，电阻器、电容器或电感器)。
每个晶体管701、702的集电极分别连接到负载(例如，电阻器、电容器或电感器)713、714。负载713连接到晶体管701的集电极和第一电源(或Vcc)，例如音频处理系统内的固定电压。负载714连接到晶体管702的集电极和所述第一电源。晶体管701的发射极连接到第一输入端子330。晶体管702的发射极连接到第二输入端子331。晶体管701、702的基极连接到第一参考端子332(例如，Vref1)，所述第一参考端子提供参考信号以控制晶体管701、702的操作。每个晶体管701、702的发射极分别连接到恒流源715、716。电流源715、716通过低阻抗第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301和302，例如通过晶体管701、702，来设置偏置电流。
在操作中，第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302的晶体管701和晶体管702各自包括共基极级。晶体管703、704是电平移位装置，并且每个晶体管703、704包括连接到晶体管701、702的集电极端子的发射极。晶体管701的集电极连接到晶体管703的发射极。晶体管702的集电极连接到晶体管704的发射极。晶体管703和晶体管704的基极连接到第二参考端子334(例如，Vref2)。晶体管703、704的集电极分别通过电流镜719连接到第二电源(例如，Vee)。在此示例中，电流镜719充当晶体管703、704的共基极级的负载。负载713、714充当设置输出级305的电流的电流设置装置。如上文所述，在此示例中，电流差产生系统303包括晶体管703、704；电流镜719和相关联的电路。电流源715、716通过低阻抗第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302，例如通过晶体管701、702，来设置偏置电流。负载304连接在输出级305的单个输入端与共同端子(例如，接地)之间。输出级305可包括单输入电压放大器。输出级305输出单端输出信号。
在一个示例中，第三跨导级310的每个晶体管711、712的集电极连接到电流差产生电路303的输入端。晶体管711的集电极连接到晶体管704的发射极，并且晶体管712的集电极连接到晶体管703的发射极。在一个示例中，晶体管711和712的发射极通过负载730进行连接，晶体管711的基极通过负载316连接到放大器的输出端，晶体管712的基极通过负载318连接到接地，并且晶体管711和712的基极通过负载317进行连接。作为反馈网络电路380的部分的负载316-318用于更改放大器700的总跨阻抗。每个晶体管711、712的发射极分别连接到恒流源717、718。电流源717、718通过有源反馈级，例如通过晶体管711、712，来设置偏置电流。
图8描绘根据一个实施方案的由差分跨阻抗放大器300以及在图3中(和在图4至图7中)所述的第一电路350、第二电路352、第三电路354和第四电路356中的任一者执行的方法800。出于描述的目的，将结合方法800参考设备300。同样，应认识到，放大器300、400、500、600和700中的任一者可采用方法800。
在操作801中，第一输入电流变换系统301接收第一输入电流信号，并且第二输入电流变换系统302接收第二输入电流信号。一般来说，第一输入电流传递系统301和第二输入电流传递系统302中的每一者可包括任何数目个晶体管级，其中每个系统301和302将电流从输入端子330、331传递(例如，此类传递可包括放大、衰减或跟踪)到输出端子340。第一输入电流变换系统301响应于第一输入电流信号而提供第一输入差分电流信号。第二输入电流变换系统302响应于第二输入电流信号而提供第二输入差分电流信号。
在操作803中，电流差产生系统303从第一输入差分电流信号和第二输入差分电流信号获得电流以生成差信号。如上文所述，所述差信号指示第一输入差分电流信号与第二输入差分电流信号之间的电流的差。负载304将在所述差信号中识别的电流转换为电压输出。
在操作804中，放大器305放大所述电压输出以生成增加的电压输出。在操作805中，反馈网络电路380(例如，第一电路350、第二电路352和第三电路354)将增加的电压输出转换为第一转换后的电流信号和第二转换后的电流信号，将所述第一转换后的电流信号和所述第二转换后的电流信号单独地提供给用于电路350、352和354的第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302的相应输入端。反馈网络电路380的第四电路356将增加的电压输出转换为转换后的电流信号，将所述转换后的电流信号单独地提供给第一输入电流变换系统和第二输入电流变换系统301、302的输出端(或电流差产生系统303的输入端)。
对于电路350、352和354中的每一者，反馈网络电路380提供具有相同值但彼此具有相反极性的两个输出电流(例如，第一转换后的电流信号和第二转换后的电流信号)。通过第一电路、第二电路和第三电路350、352和354中的任一者对由反馈网络电路380输出的一个电流值(例如，第一转换后的电流信号)和第一输入端子330上的电流进行求和，并且对由第一电路、第二电路和第三电路350、352和354中的任一者输出的另一电流值(例如，第二转换后的电流信号)和第二输入端子331上的电流进行求和。此方面可补偿第一输入端子330与第二输入端子331之间的电流的差。
对于电路356，对由反馈网络电路380输出的一个电流值(例如，第一转换后的电流信号)和由第一电流传递系统301输出的电流进行求和，并且对由反馈网络电路380输出的另一电流值(例如，第二转换后的电流信号)和由第二电流传递系统302输出的电流进行求和。此方面可补偿第一输入端子330与第二输入端子331之间的电流的差。方法800可针对第一电路350、第二电路352、第三电路354和第四电路356中的每一者将操作801、803、804和805执行任何次数。另外或可替代地，方法800可执行操作801、803、804和805的任何组合。
应认识到，反馈网络电路380可将电压输入信号转换为电流输出信号，将反馈电流模式信号提供给第一输入电流传递系统和第二输入电流传递系统301、302的输入端，或将反馈电流模式信号提供给电流差产生系统303的输入端。
虽然在上文描述了示例性实施方案，但未希望这些实施方案描述本发明的所有可能的形式。而是，说明书中所使用的词语是描述而非限制的词语，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种改变。另外，可对各种实施的实施方案的特征进行组合以形成本发明的其他实施方案。

Claims (21)

1.一种差分放大器，所述差分放大器包括：
第一输入端子，所述第一输入端子提供第一电流信号；
第二输入端子，所述第二输入端子提供第二电流信号；
第一电流传递系统，所述第一电流传递系统响应于所述第一电流信号而生成第一差分电流信号；
第二电流传递系统，所述第二电流传递系统响应于所述第二电流信号而生成第二差分电流信号；
电流差产生系统，所述电流差产生系统接收所述第一差分电流信号和所述第二差分电流信号，并且生成指示所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的差的电压差信号；以及
反馈网络电路，所述反馈网络电路用于：
将所述电压差信号转换为至少两个转换后的电流信号；以及
将所述至少两个转换后的电流信号提供给所述第一电流传递系统和所述第二电流传递系统或所述电流差产生系统中的一者，以基于所述至少两个转换后的电流信号而使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。
2.如权利要求1所述的差分放大器，其中：
所述反馈网络电路生成所述至少两个转换后的电流信号中的第一转换后的电流信号和第二转换后的电流信号；
所述第一转换后的电流信号具有与所述第二转换后的电流信号相同的值，并且
所述第一转换后的电流信号具有与所述第二转换后的电流信号的极性相反的极性。
3.如权利要求2所述的差分放大器，其中：
所述反馈网络电路将所述第一转换后的电流信号施加到所述第一输入电流传递系统的输入端，以对所述第一转换后的电流信号和所述第一电流信号进行求和；并且
所述反馈网络电路将所述第二转换后的电流信号施加到所述第二电流传递系统的输入端，以对所述第二转换后的电流信号和所述第二电流信号进行求和。
4.如权利要求3所述的差分放大器，其中所述第一转换后的电流信号和所述第一电流信号的和以及所述第二转换后的电流信号和所述第二电流信号的和使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。
5.如权利要求2所述的差分放大器，其中：
所述反馈网络电路将所述第一转换后的电流信号施加到所述电流差产生系统的第一输入端，以对所述第一转换后的电流信号与所述第一差分电流信号进行求和；并且
所述反馈网络电路将所述第二转换后的电流信号施加到所述电流差产生系统的第二输入端，以对所述第二转换后的电流信号与所述第二差分电流信号进行求和。
6.如权利要求5所述的差分放大器，其中所述第一转换后的电流信号与所述第一电流信号的所述和以及所述第二转换后的电流信号与所述第二电流信号的所述和使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。
7.如权利要求1所述的差分放大器，其中所述反馈网络电路包括具有无源部件的电流操纵系统，以将所述电压差信号转换为所述至少两个转换后的电流信号。
8.如权利要求7所述的差分放大器，其中所述无源部件包括电阻器、电容器或电感器中的一者。
9.如权利要求1所述的差分放大器，其中所述反馈网络电路包括具有无源部件和跨阻抗级的电流操纵系统。
10.如权利要求9所述的差分放大器，其中所述跨阻抗级是与所述无源部件形成电流反馈网络的电流控制的电流源。
11.如权利要求1所述的差分放大器，其中所述反馈网络电路包括具有无源部件和跨导级的电流操纵系统。
12.如权利要求11所述的差分放大器，其中所述跨导级是电压控制的电流源和与所述无源部件形成电流反馈网络的负载。
13.如权利要求11所述的差分放大器，其中所述跨导级将所述至少两个转换后的电流信号提供给所述第一电流传递系统和所述第二电流传递系统，以使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。
14.如权利要求11所述的差分放大器，其中所述跨导级将所述至少两个转换后的电流信号提供给所述电流差产生系统，以使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。
15.一种差分放大器，所述差分放大器包括：
第一电流传递系统，所述第一电流传递系统响应于第一电流信号而生成第一差分电流信号；
第二电流传递系统，所述第二电流传递系统响应于第二电流信号而生成第二差分电流信号；
电流差产生系统，所述电流差产生系统接收所述第一差分电流信号和所述第二差分电流信号，并且生成指示所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的差的电压差信号；以及
反馈网络电路，所述反馈网络电路用于：
将所述电压差信号转换为至少两个转换后的电流信号；以及
将所述至少两个转换后的电流信号提供给所述第一电流传递系统和所述第二电流传递系统或所述电流差产生系统中的一者，以基于所述至少两个转换后的电流信号而使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。
16.如权利要求15所述的差分放大器，其中所述反馈网络电路包括具有无源部件的电流操纵系统，以将所述电压差信号转换为所述至少两个转换后的电流信号。
17.如权利要求15所述的差分放大器，其中所述反馈网络电路包括具有无源部件和跨阻抗级的电流操纵系统。
18.如权利要求17所述的差分放大器，其中所述跨阻抗级是与所述无源部件形成电流反馈网络的电流控制的电流源。
19.如权利要求15所述的差分放大器，其中所述反馈网络电路包括具有无源部件和跨导级的电流操纵系统。
20.如权利要求19所述的差分放大器，其中所述跨导级是电压控制的电流源和与所述无源部件形成电流反馈网络的负载。
21.一种用于使第一电流与第二电流之间的电流最小化的方法，所述方法包括：
提供第一电流信号和第二电流信号；
响应于所述第一电流信号而经由第一电流传递系统生成第一差分电流信号；
响应于所述第二电流信号而经由第二电流传递系统生成第二差分电流信号；
在电流差产生系统处接收所述第一差分电流信号和所述第二差分电流信号；
提供指示第一电流信号与所述第二电流信号之间的差的电压差信号；
将所述电压差信号转换为至少两个转换后的电流信号；以及
将所述至少两个转换后的电流信号提供给所述第一电流传递系统和所述第二电流传递系统或所述电流差产生系统中的一者，以基于所述至少两个转换后的电流信号而使所述第一电流信号与所述第二电流信号之间的所述差最小化。
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