CN206671935U - 一种具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，包括双极型晶体管放大电路，此外，还包括：电流复制电路，其用于复制所述双极型晶体管放大电路的基极输入电流；电流反馈电路，其将电流复制电路复制的基极输入电流反馈至双极型晶体管放大电路的基极形成补偿电流，以尽量减少双极型晶体管放大电路的基极对外部电流输入的需求。本实用新型的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器基本上不需要外部输入偏置电流，性能基本不受外部输入电流的影响，并且当环境变化时基本不会产生误差，从而在一些对输入电流敏感的电路，或对输入失配要求很高的电路中能达到预期的性能要求。本实用新型结构简单，易于实现，不会增加开发复杂度和成本。

Description

一种具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器

技术领域

本实用新型涉及一种双极型晶体管放大器，尤其涉及一种具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器。

背景技术

集成电路的快速发展，CMOS工艺由于其生产成本低，功耗小，越来越被广泛使用，CMOS型运放也非常流行。在一些高速，高增益，低噪声，低失配的运放电路中，CMOS如果想获取这些特性，在电路设计上就要特别考虑，加上一些复杂的辅助电路来达到高性能。双极型晶体管由于其自身工艺特点，具有高增益，低失配等优点。双极型晶体管放大器具有电流放大作用，其实质是三极管能以微小的基极电流变化量来控制集电极电流较大的变化量，这是三极管最基本的和最重要的特性。因此，双极型晶体管放大器工作时需要在三极管基极输入一个偏置电流，该偏置电流通常是从外部输入，这个特点使得放大器的性能受外部输入电流的影响，并且当环境变化时会产生误差，从而在一些对输入电流敏感的电路，或对输入失配要求很高的电路中不能达到预期的性能要求。

为了解决上述问题，期望获得一种双极型晶体管放大器，该双极型晶体管放大器基本上不需要外部输入偏置电流，使得放大器的性能基本不受外部输入电流的影响，并且当环境变化时基本不会产生误差，从而在一些对输入电流敏感的电路，或对输入失配要求很高的电路中能达到预期的性能要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，该双极型晶体管放大器基本上不需要外部输入偏置电流，使得放大器的性能基本不受外部输入电流的影响，并且当环境变化时基本不会产生误差，从而在一些对输入电流敏感的电路，或对输入失配要求很高的电路中能达到预期的性能要求。

根据上述实用新型目的，本实用新型提出了一种具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，包括双极型晶体管放大电路，此外，还包括：

电流复制电路，其用于复制所述双极型晶体管放大电路的基极输入电流；

电流反馈电路，其将所述电流复制电路复制的基极输入电流反馈至所述双极型晶体管放大电路的基极形成补偿电流，以尽量减少所述双极型晶体管放大电路的基极对外部电流输入的需求。

本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，所述输入电流补偿电路包括电流复制电路和电流反馈电路，其中，通过电流复制电路复制双极型晶体管放大电路基极输入电流的大小，利用电流反馈电路再把复制的电流补偿到所述基极中，为双极型晶体管放大电路提供偏置电流，使其基本不需要外部提供偏置电流。所述输入电流补偿电路构成一个反馈回路，实时复制双极型晶体管放大电路基极输入偏置电流，并对双极型晶体管放大电路的基极电流进行跟踪反馈，提供基极补偿电流，减小或者抵消外部提供的偏置电流，从而基本上不需要外部输入偏置电流，使得放大器的性能基本不受外部输入电流的影响，并且当环境变化时基本不会产生误差，从而在一些对输入电流敏感的电路，或对输入失配要求很高的电路中能达到预期的性能要求。本实用新型方案设计结构简单，易于实现，不会增加开发复杂度和开发成本。

进一步地，本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，所述电流复制电路包括第一电流镜电路和双极型晶体管复制电路。

上述方案中，利用电流镜原理使得所述双极型晶体管复制电路的工作电流与双极型晶体管放大电路的工作电流呈某种对应关系以实现电流的复制。电流镜原理通常是指MOS管栅极和源极分别相连接，则MOS管的宽长比等于MOS管内电流比。

进一步地，本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，所述电流反馈电路包括第二电流镜电路。

上述方案中，利用电流镜原理使得反馈至所述双极型晶体管放大电路的电流与双极型晶体管复制电路的工作电流呈某种对应关系以实现电流的补偿。

进一步地，本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，所述电流复制电路包括第一电流镜电路和双极型晶体管复制电路，所述电流反馈电路包括第二电流镜电路，其中：

所述第一电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管；

所述双极型晶体管放大电路包括一对差分输入三极管，该一对差分输入三极管包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管和第二三极管的发射极相互连接并与第六MOS管的漏极连接，第五MOS管的漏极接收基准电流；

所述双极型晶体管复制电路包括第三三极管，其发射极与第七MOS管的漏极连接；

所述第二电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管，所述第三MOS管的漏极与其栅极连接并连接到所述第三三极管的基极，所述第一MOS管的漏极与第一三极管的基极连接，所述第二MOS管的漏极与第二三极管的基极连接。

上述方案给出了一种基于差分输入三极管的放大电路的实施方式。

更进一步地，上述具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中：

所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管为NPN型三极管且物理特性相同，所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管的集电极与电源正极连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为NMOS管，所述第六MOS管的源极与电源负极/地连接；

所述第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管为PMOS管，所述第三MOS管的源极与电源正极连接；

当所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值为2X时，所述第一MOS管、第二MOS管分别与第三MOS管的宽长比之间的比值为X。

更进一步地，上述具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中：

所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管为PNP型三极管且物理特性相同，所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管的集电极与电源负极/地连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为PMOS管，所述第六MOS管的源极与电源正极连接；

所述第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管为NMOS管，所述第三MOS管的源极与电源负极/地连接；

当所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值为2X时，所述第一MOS管、第二MOS管分别与第三MOS管的宽长比之间的比值为X。

进一步地，本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，所述电流复制电路包括第一电流镜电路和双极型晶体管复制电路，所述电流反馈电路包括第二电流镜电路，其中：

所述第一电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管；

所述双极型晶体管放大电路包括一个单端输入的第一三极管，所述第一三极管的发射极与第六MOS管的漏极连接，第五MOS管的漏极接收基准电流；

所述双极型晶体管复制电路包括第三三极管，其发射极与第七MOS管的漏极连接；

所述第二电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管和第三MOS管，所述第三MOS管的漏极与其栅极连接并连接到所述第三三极管的基极，所述第一MOS管的漏极与第一三极管的基极连接。

上述方案给出了一种基于单端输入三极管的放大电路的实施方式。

更进一步地，上述具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中：

所述第一三极管和第三三极管为NPN型三极管且物理特性相同，所述第一三极管和第三三极管的集电极与电源正极连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为NMOS管，所述第六MOS管的源极与电源负极/地连接；

所述第一MOS管和第三MOS管为PMOS管，所述第三MOS管的源极与电源正极连接；

所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值与所述第一MOS管和第三MOS管的宽长比之间的比值相同。

更进一步地，上述具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中：

所述第一三极管和第三三极管为PNP型三极管且物理特性相同，所述第一三极管和第三三极管的集电极与电源负极/地连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为PMOS管，所述第六MOS管的源极与电源正极连接；

所述第一MOS管和第三MOS管为NMOS管，所述第三MOS管的源极与电源负极/地连接；

所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值与所述第一MOS管和第三MOS管的宽长比之间的比值相同。

进一步地，本实用新型所述和上述的任一具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，还包括电压反馈电路，其将所述双极型晶体管放大电路的输入电压反馈至所述第二电流镜电路，以尽量减少所述第二电流镜电路中的压降变化，从而尽量维持所述补偿电流不变。

上述方案中，假设没有电压反馈电路，则当所述双极型晶体管放大电路的输入电压升高时，所述第二电流镜电路中的压降随之减小，这时所述第二电流镜电路的导通电流会因为压降的减小而减小，甚至截止，这样就使得对所述双极型晶体管放大电路的基极电流补偿作用减弱，甚至消失。因此，发明人考虑加入电压反馈电路，这样就能够使所述第二电流镜电路中的压降维持稳定，影响就减小了。

更进一步地，上述具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，还包括电压反馈电路，其将所述双极型晶体管放大电路的输入电压反馈至所述第二电流镜电路，以尽量减少所述第二电流镜电路中的压降变化，从而尽量维持所述补偿电流不变，其中：

所述电压反馈电路包括第四MOS管和第四三极管，所述第四MOS管的栅极与所述第六MOS管的漏极相连，所述第四MOS管的源极与所述第六MOS管的源极相连，所述第四MOS管的漏极与所述第四三极管的发射极相连，所述第四三极管的基极与集电极相互连接并连接到电源正极以及所述第三MOS管的源极。

更进一步地，上述任一具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，所述物理特性相同包括制造工艺、尺寸以及布局相同。

上述方案中，物理特性是决定着电气特性的。例如工艺尺寸一样，布局对称，周围环境一致，就可以认为这些器件在相同的输入下具有一致的工作电流。

更进一步地，上述任一具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器中，所述基准电流由自偏置电路提供或者外部基准提供。

上述方案中，自偏置电路就是在所述双极型晶体管放大器中做一个偏置电路，外部基准提供是指由其他模块的一个电流支路提供。由于所述双极型晶体管放大器通常只是系统电路的一个部分，因此基准电流可以由系统中的基准提供，也可以由另外设置一个类似基准的自偏置电路提供。

本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器具有以下优点和有益效果：

(1)实时调整放大器三极管基极的输入电流，从而可以解决因为工作温度、电源电压、工艺偏差等因素引起的基极电流变化的问题。

(2)动态提供放大器三极管的基极电流，能够减小或者近似抵消外部提供的基极电流，基本上不需要外部输入偏置电流，使得放大器的性能基本不受外部输入电流的影响。

(3)当环境变化时基本不会产生误差。

(4)在一些对输入电流敏感的电路，或对输入失配要求很高的电路中能达到预期的性能要求。

(5)结构简单，易于实现，不会增加开发复杂度和开发成本。

附图说明

图1为本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器的一种原理结构框图。

图2为本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器在第一种实施方式下的电路图。

图3为本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器在第二种实施方式下的电路图。

图4为本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器在第三种实施方式下的电路图。

图5为本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器在第四种实施方式下的电路图。

图6为图1原理结构的一种改进原理结构框图。

图7为基于图6原理结构的在图2基础上改进的第五种实施方式下的电路图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器做进一步的详细说明。

图1显示了本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器的一种原理结构。

如图1所示，本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器包括双极型晶体管放大电路1、电流复制电路2以及电流反馈电路3，其中，电流复制电路2用于复制双极型晶体管放大电路1的基极输入电流；电流反馈电路3将电流复制电路2复制的基极输入电流反馈至双极型晶体管放大电路1的基极形成补偿电流，以尽量减少双极型晶体管放大电路1的基极对外部电流输入的需求。其中，电流复制电路2包括第一电流镜电路21和双极型晶体管复制电路22，电流反馈电路3包括第二电流镜电路31。

图2和图3分别示意了本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器在第一种实施方式下和第二种实施方式下的电路结构。

如图2所示，结合参考图1，在第一种实施方式下，第一电流镜电路21包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管M5、第六MOS管M6以及第七MOS管M7；双极型晶体管放大电路1包括一对差分输入三极管，该一对差分输入三极管包括第一三极管P1和第二三极管P2，该第一三极管P1和第二三极管P2的发射极相互连接并与第六MOS管M6的漏极连接，第五MOS管M5的漏极接收基准电流I0；双极型晶体管复制电路22包括第三三极管P3，其发射极与第七MOS管M7的漏极连接；第二电流镜电路31包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3，所述第三MOS管M3的漏极与其栅极连接并连接到第三三极管P3的基极，第一MOS管M1的漏极与第一三极管P1的基极连接，第二MOS管M2的漏极与第二三极管P2的基极连接。此外，第一三极管P1、第二三极管P2以及第三三极管P3为NPN型三极管且物理特性相同，第一三极管P1、第二三极管P2以及第三三极管P3的集电极与电源正极VDD(5V)连接；第五MOS管M5、第六MOS管M6以及第七MOS管M7为NMOS管，第六MOS管M6的源极与电源负极VSS(-5V)连接；第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3为PMOS管，第三MOS管M3的源极与电源正极VDD(5V)连接；当第六MOS管M6和第七MOS管M7的宽长比之间的比值为2X时，第一MOS管M1、第二MOS管M2分别与第三MOS管M3的宽长比之间的比值为X。图中，IN1、IN2为放大器输入端，I1、I2、I3以及I4为主要电路结构正常工作的电流偏置，其中I1、I2、I3分别为第一三极管P1、第二三极管P2以及第三三极管P3的集电极工作电流。I4为第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3的源极工作电流。I5为第一三极管P1和第二三极管P2的发射极工作电流。I6为第三三极管P3的发射极工作电流。Ib1、Ib2、Ib3分别为第一三极管P1、第二三极管P2以及第三三极管P3的基极电流。Id1、Id2、Id3分别为第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3的漏极工作电流。

下面给出上述实施方式下的一个实际电路应用的实施例。在R-2R电阻网络型DAC电路中，模拟电压输出精度的控制在于电阻网络电流精度的控制，如果输出级放大器输入对电阻网络中电流有影响，势必影响DAC的精度。这种情况下，使用具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器可以减小甚至近似抵消放大器外部输入的输入电流，从而可以很大程度提高DAC的精度。

该实施例中，若不设置输入电流补偿电路，则双极型晶体管放大器仅包括双极型晶体管放大电路1，而不包括电流复制电路2以及电流反馈电路3。第一三极管P1、第二三极管P2的基极电流输入全部由外部网络供电输入，此时I5＝600uA。由于工艺的原因，第一三极管P1、第二三极管P2的电流增益大概100左右，得到基极电流约为600uA/(2*100)＝30uA。并且在不同温度、电源电压、工艺等因素的影响下，基极电流处在变化中，直接影响DAC的输出精度。但是当设置了输入电流补偿电路时：I5、I6可以通过电流镜结构得到，设置一定比例关系，典型情况为2/1，使第三三极管P3与第一三极管P1、第二三极管P2具有相同直流电流。也可以设为其他比例，比例大小可以根据面积、功耗以及精度来调节。本实施例中，选取相同宽长比的第五MOS管M5、第六MOS管M6，1/2倍宽长比的第七MOS管M7，利用电流镜镜像原理，第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7中的工作电流I0＝I5＝2*I6。I5的电流是第一三极管P1与第二三极管P2发射极电流之和，所以第一三极管P1、第二三极管P2以及第三三极管P3的发射极电流相等。选取相同物理特性的第一三极管P1、第二三极管P2以及第三三极管P3，理想情况下，可以得到它们基极电流相等，即Ib1＝Ib2＝Ib3。这时再通过一个电流镜第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3把Ib3的电流通过电流镜镜像给Id1和Id2。这时可得Id1＝Id2＝Id3＝Ib3。Id1与Id2的端口分别与IN1和IN2相连，因此Id1、Id2的电流分别给第一三极管P1、第二三极管P2的基极提供了电流，不需要外界提供电流了。这是理想情况下，实际电路中时不可能完全抵消的，本实施例中还需要外界提供100nA的电流，即第一三极管P1、第二三极管P2的基极外部输入提供的电流小于100nA，很好的抑制了外部电流输入，并且随着环境的变化，基极电流基本不变化，具有良好的一致性，减小了外部电流对性能的影响。

下面介绍其它几种实施方式。具体原理与上述实施例类似，不再赘述。

如图3所示，结合参考图1，在第二种实施方式下，第一电流镜电路21包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管M5’、第六MOS管M6’以及第七MOS管M7’；双极型晶体管放大电路1包括一对差分输入三极管，该一对差分输入三极管包括第一三极管P1’和第二三极管P2’，该第一三极管P1’和第二三极管P2’的发射极相互连接并与第六MOS管M6’的漏极连接，第五MOS管M5’的漏极接收基准电流I0’；双极型晶体管复制电路22包括第三三极管P3’，其发射极与第七MOS管M7’的漏极连接；第二电流镜电路31包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管M1’、第二MOS管M2’以及第三MOS管M3’，所述第三MOS管M3’的漏极与其栅极连接并连接到第三三极管P3’的基极，第一MOS管M1’的漏极与第一三极管P1’的基极连接，第二MOS管M2’的漏极与第二三极管P2’的基极连接。此外，第一三极管P1’、第二三极管P2’以及第三三极管P3’为PNP型三极管且物理特性相同，第一三极管P1’、第二三极管P2’以及第三三极管P3’的集电极与电源负极VSS(-5V)连接；第五MOS管M5’、第六MOS管M6’以及第七MOS管M7’为PMOS管，第六MOS管M6’的源极与电源正极VDD(5V)连接；第一MOS管M1’、第二MOS管M2’以及第三MOS管M3’为NMOS管，第三MOS管M3’的源极与电源负极VSS(-5V)连接；当第六MOS管M6’和第七MOS管M7’的宽长比之间的比值为2X时，第一MOS管M1’、第二MOS管M2’分别与第三MOS管M3’的宽长比之间的比值为X。图中，IN1、IN2为放大器输入端，I1’、I2’、I3’以及I4’为主要电路结构正常工作的电流偏置，其中I1’、I2’、I3’分别为第一三极管P1’、第二三极管P2’以及第三三极管P3’的集电极工作电流。I4’为第一MOS管M1’、第二MOS管M2’以及第三MOS管M3’的源极工作电流。I5’为第一三极管P1’和第二三极管P2’的发射极工作电流。I6’为第三三极管P3’的发射极工作电流。Ib1’、Ib2’、Ib3’分别为第一三极管P1’、第二三极管P2’以及第三三极管P3’的基极电流。Id1’、Id2’、Id3’分别为第一MOS管M1’、第二MOS管M2’以及第三MOS管M3’的漏极工作电流。

图4和图5分别示意了本实用新型所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器在第三种实施方式下和第四种实施方式下的电路结构。

如图4所示，结合参考图1，在第三种实施方式下，第一电流镜电路21包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管M5、第六MOS管M6以及第七MOS管M7；双极型晶体管放大电路1包括一个单端输入的第一三极管P1，第一三极管P1的发射极与第六MOS管M6的漏极连接，第五MOS管M5的漏极接收基准电流I0；双极型晶体管复制电路22包括第三三极管P3，其发射极与第七MOS管M7的漏极连接；第二电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管M1和第三MOS管M3，第三MOS管M3的漏极与其栅极连接并连接到第三三极管P3的基极，第一MOS管M1的漏极与第一三极管P1的基极连接。此外，第一三极管P1和第三三极管P3为NPN型三极管且物理特性相同，第一三极管P1和第三三极管P3的集电极与电源正极VDD(5V)连接；第五MOS管M5、第六MOS管M6以及第七MOS管M7为NMOS管，第六MOS管M6的源极与电源负极VSS(-5V)连接；第一MOS管M1和第三MOS管M3为PMOS管，第三MOS管M3的源极与电源正极VDD(5V)连接；第六MOS管M6和第七MOS管M7的宽长比之间的比值与第一MOS管M1和第三MOS管M3的宽长比之间的比值相同。图中，IN1为放大器输入端，I1、I3以及I4为主要电路结构正常工作的电流偏置，其中I1、I3分别为第一三极管P1以及第三三极管P3的集电极工作电流。I4为第一MOS管M1以及第三MOS管M3的源极工作电流。I5为第一三极管P1的发射极工作电流。I6为第三三极管P3的发射极工作电流。Ib1、Ib3分别为第一三极管P1以及第三三极管P3的基极电流。Id1、Id3分别为第一MOS管M1以及第三MOS管M3的漏极工作电流。

如图5所示，结合参考图1，在第四种实施方式下，第一电流镜电路21包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管M5’、第六MOS管M6’以及第七MOS管M7’；双极型晶体管放大电路1包括一个单端输入的第一三极管P1’，第一三极管P1’的发射极与第六MOS管M6’的漏极连接，第五MOS管M5’的漏极接收基准电流I0’；双极型晶体管复制电路22包括第三三极管P3’，其发射极与第七MOS管M7’的漏极连接；第二电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管M1’和第三MOS管M3’，第三MOS管M3’的漏极与其栅极连接并连接到第三三极管P3’的基极，第一MOS管M1’的漏极与第一三极管P1’的基极连接。此外，第一三极管P1’和第三三极管P3’为PNP型三极管且物理特性相同，第一三极管P1’和第三三极管P3’的集电极与电源负极VSS(-5V)连接；第五MOS管M5’、第六MOS管M6’以及第七MOS管M7’为PMOS管，第六MOS管M6’的源极与电源正极VDD(5V)连接；第一MOS管M1’和第三MOS管M3’为NMOS管，第三MOS管M3’的源极与电源负极VSS(-5V)连接；第六MOS管M6’和第七MOS管M7’的宽长比之间的比值与第一MOS管M1’和第三MOS管M3’的宽长比之间的比值相同。图中，IN1为放大器输入端，I1’、I3’以及I4’为主要电路结构正常工作的电流偏置，其中I1’、I3’分别为第一三极管P1’以及第三三极管P3’的集电极工作电流。I4’为第一MOS管M1’以及第三MOS管M3’的源极工作电流。I5’为第一三极管P1’的发射极工作电流。I6’为第三三极管P3’的发射极工作电流。Ib1’、Ib3’分别为第一三极管P1’以及第三三极管P3’的基极电流。Id1’、Id3’分别为第一MOS管M1’以及第三MOS管M3’的漏极工作电流。

图6显示了图1原理结构的一种改进原理结构。图7显示了基于图6原理结构的在图2基础上的改进的第五种实施方式下的电路结构。

如图6所示，结合参考图1，该改进原理结构在图1原理结构的基础上增加了电压反馈电路4，其将双极型晶体管放大电路1的输入电压反馈至第二电流镜电路31，以尽量减少第二电流镜电路31中的压降变化，从而尽量维持补偿电流不变。

如图7所示，结合参考图6和图2，该实施方式在图2实施方式的基础上增加了电压反馈电路4，该电压反馈电路4包括第四MOS管M4和第四三极管P4，第四MOS管M4的栅极与第六MOS管M6的漏极相连，第四MOS管M4的源极与第六MOS管M6的源极相连，第四MOS管M4的漏极与第四三极管P4的发射极相连，第四三极管P4的基极与集电极相互连接并连接到电源正极VDD(5V)以及第三MOS管M3的源极。I7为第四三极管P4的集电极工作电流。该电压反馈电路的工作原理是：当第一三极管P1、第二三极管P2的输入电压发生改变时，第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3的漏极电压发生改变，这时第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3的导通电流会因为漏极电压的升高而减小，甚至截止，这样对第一三极管P1、第二三极管P2基极电流补偿作用减弱，甚至消失。由于三极管的特性，第一三极管P1、第二三极管P2基极与发射极的压降基本固定，所以当第一三极管P1、第二三极管P2输入端电压升高时，H、I点的电压升高，A点的电压跟着升高，第四MOS管M4的源端B电压升高，同样第四三极管P4的C端电压升高，这样D、E、F、G电压都升高，第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3在漏极电压发生改变的同时，源极电压也同样方向改变，因此第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第三MOS管M3源漏的电压保持不变，则第一三极管P1、第二三极管P2基极补偿电流不变。

上述各实施方式中，物理特性相同包括制造工艺、尺寸以及布局相同。基准电流由自偏置电路提供或者外部基准提供。

在具体设计和实现时，具有镜像关系的器件在电路工作时，直流工作点尽量一致，在后端版图上，匹配布局非常重要。例如，第一三极管P1、第二三极管P2以及第三三极管P3布局要匹配，第一MOS管M1、第二MOS管M2分别与第三MOS管M3之间要尽可能对称匹配。其中，布局匹配和对称匹配是指芯片在版图实现时，尽可能地做到要求匹配的器件环境一样，布局和走线对称。例如两个MOS管A和B，宽长比都是W/L＝n*m，考虑布局匹配，在设计A的时候用m个宽长比为n的mos来并联，这样总的宽长比不变。同理B也一样设计。这样在版图设计时，可以把A的m个mos管与另外一个匹配B的m个mos管交叉摆放，使得A小mos管周围是B小mos管，从而受温度，工艺影响相同。

要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，包括双极型晶体管放大电路，其特征在于，还包括：

电流复制电路，其用于复制所述双极型晶体管放大电路的基极输入电流；

电流反馈电路，其将所述电流复制电路复制的基极输入电流反馈至所述双极型晶体管放大电路的基极形成补偿电流，以尽量减少所述双极型晶体管放大电路的基极对外部电流输入的需求。

2.如权利要求1所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，所述电流复制电路包括第一电流镜电路和双极型晶体管复制电路。

3.如权利要求1所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，所述电流反馈电路包括第二电流镜电路。

4.如权利要求1所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，所述电流复制电路包括第一电流镜电路和双极型晶体管复制电路，所述电流反馈电路包括第二电流镜电路，其中：

所述第一电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管；

所述双极型晶体管放大电路包括一对差分输入三极管，该一对差分输入三极管包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管和第二三极管的发射极相互连接并与第六MOS管的漏极连接，第五MOS管的漏极接收基准电流；

所述双极型晶体管复制电路包括第三三极管，其发射极与第七MOS管的漏极连接；

所述第二电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管，所述第三MOS管的漏极与其栅极连接并连接到所述第三三极管的基极，所述第一MOS管的漏极与第一三极管的基极连接，所述第二MOS管的漏极与第二三极管的基极连接。

5.如权利要求4所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于：

所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管为NPN型三极管且物理特性相同，所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管的集电极与电源正极连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为NMOS管，所述第六MOS管的源极与电源负极/地连接；

所述第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管为PMOS管，所述第三MOS管的源极与电源正极连接；

当所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值为2X时，所述第一MOS管、第二MOS管分别与第三MOS管的宽长比之间的比值为X。

6.如权利要求4所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于：

所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管为PNP型三极管且物理特性相同，所述第一三极管、第二三极管以及第三三极管的集电极与电源负极/地连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为PMOS管，所述第六MOS管的源极与电源正极连接；

所述第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管为NMOS管，所述第三MOS管的源极与电源负极/地连接；

当所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值为2X时，所述第一MOS管、第二MOS管分别与第三MOS管的宽长比之间的比值为X。

7.如权利要求1所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，所述电流复制电路包括第一电流镜电路和双极型晶体管复制电路，所述电流反馈电路包括第二电流镜电路，其中：

所述第一电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管；

所述双极型晶体管放大电路包括一个单端输入的第一三极管，所述第一三极管的发射极与第六MOS管的漏极连接，第五MOS管的漏极接收基准电流；

所述双极型晶体管复制电路包括第三三极管，其发射极与第七MOS管的漏极连接；

所述第二电流镜电路包括栅极和源极分别相互连接的第一MOS管和第三MOS管，所述第三MOS管的漏极与其栅极连接并连接到所述第三三极管的基极，所述第一MOS管的漏极与第一三极管的基极连接。

8.如权利要求7所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于：

所述第一三极管和第三三极管为NPN型三极管且物理特性相同，所述第一三极管和第三三极管的集电极与电源正极连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为NMOS管，所述第六MOS管的源极与电源负极/地连接；

所述第一MOS管和第三MOS管为PMOS管，所述第三MOS管的源极与电源正极连接；

所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值与所述第一MOS管和第三MOS管的宽长比之间的比值相同。

9.如权利要求7所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于：

所述第一三极管和第三三极管为PNP型三极管且物理特性相同，所述第一三极管和第三三极管的集电极与电源负极/地连接；

所述第五MOS管、第六MOS管以及第七MOS管为PMOS管，所述第六MOS管的源极与电源正极连接；

所述第一MOS管和第三MOS管为NMOS管，所述第三MOS管的源极与电源负极/地连接；

所述第六MOS管和第七MOS管的宽长比之间的比值与所述第一MOS管和第三MOS管的宽长比之间的比值相同。

10.如权利要求3-9中任意一项权利要求所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，还包括电压反馈电路，其将所述双极型晶体管放大电路的输入电压反馈至所述第二电流镜电路，以尽量减少所述第二电流镜电路中的压降变化，从而尽量维持所述补偿电流不变。

11.如权利要求4所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，还包括电压反馈电路，其将所述双极型晶体管放大电路的输入电压反馈至所述第二电流镜电路，以尽量减少所述第二电流镜电路中的压降变化，从而尽量维持所述补偿电流不变，其中：

所述电压反馈电路包括第四MOS管和第四三极管，所述第四MOS管的栅极与所述第六MOS管的漏极相连，所述第四MOS管的源极与所述第六MOS管的源极相连，所述第四MOS管的漏极与所述第四三极管的发射极相连，所述第四三极管的基极与集电极相互连接并连接到电源正极以及所述第三MOS管的源极。

12.如权利要求5、6、8、9中任意一项权利要求所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，所述物理特性相同包括制造工艺、尺寸以及布局相同。

13.如权利要求4-9中任意一项权利要求所述的具有输入电流补偿电路的双极型晶体管放大器，其特征在于，所述基准电流由自偏置电路提供或者外部基准提供。