CN1143427C

CN1143427C - 互阻放大器

Info

Publication number: CN1143427C
Application number: CNB991184823A
Authority: CN
Inventors: 唐顺柏
Original assignee: Shenzhen STS Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen STS Microelectronics Co Ltd
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2004-03-24
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: US6566955B1; CN1287408A

Abstract

从一个输入电流产生一个输出电压的改进的互阻放大器包括：一个电流缓冲器，用于提高互阻放大器的带宽；一个电流放大器，以此产生一个用于互阻放大器的较高的互阻；和一个I/V放大器。该电流放大器含有一个电流镜和一个电流源。另外该电流缓冲器含有一个缓冲晶体管和一个差分放大器。该改进的互阻放大器尤其在CD和DVD-ROM拾取电路部分非常有用。

Description

高带宽的互阻放大器

发明技术领域

本发明一般涉及互阻放大器(也可以称为“I/V放大器”或者“电流-到-电压放大器”)，并且尤其涉及高带宽的互阻放大器。

发明背景

如图1所示，使用了一个传统的互阻放大器10，例如在CD或者DVD-ROM应用中含有一个光控二极管12，该二极管12接收CD或者DVD-ROM盘片反射的激光。对该激光所作出的反应是该光控二极管12产生一个输入电流I_i。一个运算放大器14和一个反馈电阻R_F然后将输入电流I_i转换成以一个输出电压V₀表示的电压信号。特别的，

V₀≈I_i·R_F+V_REF (1)

其中V_REF是在运算放大器14的非反向输入端上的一个参考电压(例如，大地)，并且放大器14的增益假定为无穷大的。

不幸的是该光控二极管12典型地具有一个相对大的与之相结合的寄生电容C_P(大约2.5pF)。结果该运算放大器14在它的反向输入端上具有一个占优势的寄生电容感应的极点，其将互阻放大器10的带宽限制到了大约100MHz。此受限制的带宽也使从放大器10输出的电压信号失真，这使电压信号更难于读取，并且增加了读取错误的可能性。

因此在该技术上需要一个增加带宽的互阻放大器。

发明简述

根据本发明，用于从一个输入电流产生输出电压的电路(例如互阻放大器)含有一个电流放大器，其相应于从电流放大器接收的偏压电流产生一个放大的电流。另外一个电流缓冲器含有一个输入节点以接受输入电流，一个电流源以从该输入节点吸收电流，一个缓冲放大器，其具有连接到输入节点的一个输入端和输出一个缓冲电压的一个输出端，以及一个缓冲装置，其相应于缓冲电压用于调节从电流放大器到该输入节点的偏压电流的流动。另外耦合到电流放大器的一个I/V放大器接收放大的电流并且相应产生该输出电压。

在本发明的另外的实施形式中，当通过根据该输入电流变化一个差分放大器的输出端，并且然后根据差分放大器的变化的输出端变化流过一个缓冲装置的电流，该输入电流被缓冲时，从一个输入电流产生一个输出电压。另外流过该缓冲装置的该电流被放大，并且通过使用一个互阻放大器从该放大的电流中产生该输出电压。

附图的简要描述

图1是一个示意性描述一个传统的互阻放大器的电路，和

图2是一个示意性描述一个根据本发明的互阻放大器的电路。

详细描述所示出的实施形式

如图2所示，一个改进的互阻放大器20含有一个电流缓冲器22、一个电流放大器24、和一个I/V放大器26。该电流缓冲器22含有：由一对电流镜象晶体管Q1和Q2组成的一电流镜；一对差分晶体管Q3和Q4；一对偏压晶体管Q8和Q9；和一缓冲晶体管Q5。其中，缓冲晶体管Q5起切换装置作用。该电流放大器24含有一由一对电流镜象晶体管Q6和Q7组成的电流镜，和一偏压晶体管Q10。该电流镜象晶体管Q6和Q7与该偏压晶体管Q9和Q10以1∶N的尺寸比例进行配置，其中“N”是该电流放大器24的电流增益。另外，该I/V放大器26含有电阻R_S、R_N和R_F和一个运算放大器28。

尽管本发明参考了含有双极性晶体管的一个实施形式进行描述，但能够被具有本发明的技术领域的技术人员所理解的是，其他的切换技术也是可以使用的，包括例如MOSFET技术。

在一个静态中，该光控二极管30被关闭，该偏压晶体管Q8和Q9分别接收一电流I₁，并且该偏压晶体管Q10接收一电流I_N。通过偏压晶体管Q9由该电流镜象晶体管Q6和该缓冲晶体管Q5接收的该电流I₁使一个输入电压V_i位于差分晶体管Q4的基极上并且将差分晶体管Q4的集电极上的一个缓冲电压V_b设置到一个静态水平，在此该缓冲晶体管Q5是足够“导通”的以使该电流I₁流过。在同时，流过电流镜象晶体管Q6的该电流I₁被镜象反射并且通过该电流镜象晶体管Q7镜象放大，该电流镜象晶体管Q7输出电流I_N。因为偏压晶体管Q10接收通过该电流镜象晶体管Q7输出的所有的电流I_N，较少的或者没有放大的电流I_A通过I/V放大器26进行接收。

在运行中，照射该光控二极管30的光(例如激光)偏置了该二极管30，以使它接收一个输入电流I_i并且将该输入电压V_i箝位在一个二极管电压降的水平。在输入电压V_i中的改变和对于电流增加的需要使该缓冲晶体管Q5从该电流镜象晶体管Q6接收除了该电流I₁以外的该输入电流I_i。这依次使该电流镜象晶体管Q7除了该电流I_N以外还输出一个放大的电流I_A，其中，

I_A＝I_i·N (2)

I/V放大器26的输出电压V₀能够如下地进行确定。假定该运算放大器28具有无限的增益，那么

V₊＝V_- (3)

其中V₊和V_-分别是在该运算放大器28的非反向和反向输入端上的电压。那么产生了

V₀＝V₊-I_F·R_F (4)

其中I_F是反馈电流。但是

V₊＝V_REF+I_A·R_S (5)和

I_F＝(V_REF-V₊)/R_N (6)

＝-I_A·R_S/R_N (7)因此，

V₀＝V_REF+(I_A·R_S)+((I_A·R_S·R_F)/R_N) (8)

＝V_REF+(I_A·R_S)·(1+R_F/R_N) (9)

＝V_REF+(I_i·N·R_S)·(1+R_F/R_N) (10)

因为N、R_S、R_F和R_N都是常数，该输出电压V₀结果与该输入电压I_i成正比，或者

V₀≈I_i·C (11)

其中C是表示((N·R_S)·(1+R_F/R_N))的常数。

因为光控二极管30间接地通过该电流缓冲器22从该电流放大器24接收该输入电流I_i，该电流缓冲器22能够将由二极管30的寄生电容C_P产生的占优势的极点移到一个非常高的频率，以此能够大大地提高对于该互阻放大器20有效的带宽。另外，该电流放大器24使该互阻放大器20具有改进的互阻。例如在互阻放大器20上的当然相似的结果是具有116MHz的带宽或者更多的具有180KΩ的互阻或者更多。

尽管本发明已经参考了一个或者多个实施形式进行了描述，本发明并不局限于所描述的实施形式。本发明只是局限于所附的权利要求，其在它的范围内含有所有等同的根据本发明的原则进行工作的设备方法。

Claims

1.用于从一个输入电流产生一个输出电压的电路，该电路含有：

一个电流放大器，用于相应于从其中所接收的偏压电流产生一个放大的电流；

一个电流缓冲器，含有：

一个与该输入电流相联系的输入节点；

一个耦合到该输入节点以从其中接收电流的电流源；

一个缓冲放大器，具有一个耦合到该输入节点的输入端和一个用于输出一个缓冲电压的输出端；和

一个耦合到该输入节点、缓冲放大器的输出端的切换装置，并且该电流放大器相应于该缓冲的电压用于调节从该电流放大器到该输入节点的偏压电流的流动；和

一个I/V放大器，其耦合到该电流放大器以接收放大的电流并且相应于此来产生该输出的电压。

2.如权利要求1的电路，其中，该电流放大器含有：

一个电流镜，具有一个偏压节点以输出该偏压电流和一个镜象的节点以输出放大的电流；和

一个电流源，耦合到该电流镜的镜象的节点以接收来自其中的电流。

3.如权利要求2的电路，其中，该电流镜含有一对电流镜象晶体管，并且该电流源含有一个电流源晶体管。

4.如权利要求3的电路，其中，该电流镜象晶体管和该电流源分别含有一个双极性晶体管。

5.如权利要求3的电路，其中，该电流放大器含有一电流增益N，其中该电流镜象晶体管之一相对于该电流源晶体管以及相对于其他的电流镜象晶体管的尺寸比例是(1∶N)。

6.如权利要求1的电路，其中，该电流缓冲器的电流源含有一个偏压的晶体管。

7.如权利要求6的电路，其中，该偏压的晶体管含有一个偏压的双极性的晶体管。

8.如权利要求6的电路，其中，该电流放大器含有一电流增益N并且含有：

一个电流镜，具有一个偏压节点以输出偏压电流和一个镜象的节点以输出放大的电流；和

一个电流源，耦合到该电流镜的镜象的节点以接收来自其中的电流，

其中该电流源含有一个电流源晶体管；和

其中偏压晶体管相对于电流源晶体管的尺寸比例是(1∶N)。

9.如权利要求1的电路，其中，该缓冲放大器含有一个差分放大器，该差分放大器具有一个耦合到该输入节点的第一个差分输入端，一个用于接收一个参考电压的第二个差分输入端，和一个用于输出该缓冲电压的差分输出端。

10.如权利要求9的电路，其中，该差分放大器具有一个含有一个电流镜的有源的负载。

11.如权利要求1的电路，其中，该切换装置含有一个晶体管。

12.如权利要求11的电路，其中，该晶体管含有一个双极性的晶体管。

13.如权利要求1的电路，其中，该I/V放大器含有：

一个参考节点用于接收一个参考电压；

一个运算放大器，具有一个非反向输入端以接收该放大的电流，一个反向输入端和一个输出端以输出该输出电压；

一个反馈电阻，耦合在该运算放大器的输出端和该反向输入端之间；

一个输入电阻，耦合在该运算放大器的参考节点和反向输入端之间；和

一个偏压电阻，耦合在运算放大器的非反向输入端和该参考节点之间。

14.用于从一个输入电流产生一个输出电压的互阻放大器，该互阻放大器含有：

一个电流放大器，包括：

一个与二极管连接的晶体管用于输出一个偏压电流，和一个输出晶体管用于输出一个放大的电流，二者以一个电流镜象结构连接；和

一个电流源晶体管，耦合到该输出晶体管以接收来自其中的电流；

一个电流缓冲器，包括：

一个与输入电流相联系的输入节点；

一个电流源晶体管，耦合到该输入节点以接收来自其中的电流；

一个差分放大器，具有一个含有一个电流镜的有源的负载，并且具有一个耦合到该输入节点的第一差分输入端，用于接收一个参考电压的第二差分输入端，和一个用于输出一个缓冲的电压的差分输出端；和

一个缓冲晶体管，耦合到该输入节点、该差分放大器的差分输出端，和电流放大器的与二极管相连接的晶体管以相应于该缓冲的电压调节从与二极管相连接的晶体管到该输入节点的该输入节点的偏压电流的流动；和

一个I/V放大器，含有：

一个用于接收参考电压的参考节点；

一个运算放大器，具有一个耦合到电流放大器的输出晶体管的非反向输入端以接收该放大的电流，一个反向输入端，和一个输出端以输出该输出电压；

一个反馈电阻，耦合在运算放大器的输出端和反向输入端之间；

一个输入电阻，耦合在运算放大器的参考节点和反向输入端之间；

一个偏压电阻，耦合在运算放大器的非反向输入端和参考节点之间。

15.用于从一个输入电流产生一个输出电压的方法，该方法含有：

缓冲该输入电流，是通过：

根据输入电流变化差分放大器的输出端；和

根据差分放大器的变化的输出端变化流过一个切换装置的电流；和

使用一个互阻放大器从该放大的电流产生该输出电压。

16.如权利要求15的方法，其中，根据输入电流变化差分放大器的输出端的行动包括从一个节点接收该输入电流，该节点是连接到该差分放大器的一个差分输入端。

17.如权利要求15的方法，其中，该切换装置含有一个双极性晶体管，其中根据差分放大器的变化的输出端变化流过该切换装置的电流的动作包括将运算放大器的变化的输出端作用在双极性晶体管的基极。

18.如权利要求15的方法，其中，放大流过该切换装置的电流的动作包括：

从一个电流镜的与二极管相连接的晶体管中提供流过该切换装置的电流；和

从该电流镜的没有与二极管相连接的晶体管中产生该放大的电流。

19.如权利要求15的方法，其中，使用该互阻放大器从放大的电流中产生该输出电压的动作含有：

将放大的电流作用在运算放大器的非反向输入端；

将放大的电流通过一个偏压晶体管导通到一个参考节点；

将一个参考电压作用在该参考节点；

通过一个输入电阻将该参考节点连接到运算放大器的反向输入端；

通过一个反馈电阻将运算放大器的反向输入端连接到运算放大器的输出端；和

在该运算放大器的输出端产生该输出电压。