DE102013107414B4

DE102013107414B4 - Vorrichtung und verfahren zur verstärkerstromversorgungssteuerung

Info

Publication number: DE102013107414B4
Application number: DE102013107414.6A
Authority: DE
Inventors: Mark Reisiger
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2033-07-13
Also published as: CN103546105A; US20140022014A1; CN103546105B; DE102013107414A1; US8665021B2

Abstract

Verstärker, aufweisend:einen ersten Eingangsanschluss;einen zweiten Eingangsanschluss;eine erste Verstärkungsstufe, die ausgebildet ist, um eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangsanschluss zu verstärken, um ein erstes verstärktes Signal zu erzeugen; undeinen Stromversorgungssteuerblock, der ausgebildet ist, um ein Referenzsignal zu empfangen, das wenigstens eine von einer Spannung des ersten Eingangsanschlusses oder einer Spannung des zweiten Eingangsanschlusses anzeigt, wobei der Stromversorgungssteuerblock ausgebildet ist, um eine Stromhochversorgung und eine Stromniedrigversorgung für die erste Verstärkungsstufe zu erzeugen, und wobei der Stromversorgungsteuerblock ferner ausgebildet ist, um wenigstens teilweise basierend auf dem Referenzsignal einen Spannungspegel der Stromhochversorgung und einen Spannungspegel der Stromniedrigversorgung zu steuern, und wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner konfiguriert ist, um die Stromniedrig- und Stromhochversorgung aus einer ersten Hochspannungsstromversorgung und aus einer zweiten Hochspannungsstromversorgung zu erzeugen, und der Stromversorgungssteuerblock ferner ausgebildet ist, um den minimalen Spannungspegel der Stromniedrigversorgung auf einen Spannungspegel der ersten Hochspannungsstromversorgung zu begrenzen und um den maximalen Spannungspegel der Stromhochversorgung auf einen Spannungspegel der zweiten Hochspannungsstromversorgung zu begrenzen.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Ausführungen der Erfindung betreffen elektronische Geräte und insbesondere Verstärker.
Beschreibung der verwandten Technologie
Ein Verstärker, wie ein Operationsverstärker, kann eine oder mehrere Verstärkungsstufen beinhalten, um die Gesamtleistung des Verstärkers zu erreichen. Zum Beispiel kann der Verstärker Verstärkungsstufen beinhalten, die kaskadiert sind, um eine gewünschte Gesamtverstärkung des Verstärkers zu erreichen.
Die Eingangsstufe des Verstärkers kann eine verhältnismäßig große Auswirkung auf die Leistung des Verstärkers haben. Zum Beispiel kann der Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich des Verstärkers durch den Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich der Eingangsstufe eingeschränkt sein. Zusätzlich kann die Linearität der Eingangsstufe eine wichtige Rolle spielen, da ein unter Verwendung der Eingangsstufe erzeugtes Signal von nachfolgenden Verstärkerstufen verstärkt werden kann.
Es besteht ein Bedarf an Verstärkern mit verbesserter Leistung. Zusätzlich besteht ein Bedarf an Verstärkungsstufen, die eine verbesserte Linearität aufweisen und über ein breites Spektrum an Gleichtakteingangsspannungen betrieben werden können, ohne auf kapazitive Kopplung zurückzugreifen.
US 2009 / 0 174 479 A1 offenbart einen Differenzverstärker mit einer Schaltung, die eine Gleichtaktkomponente einer Eingangsspannung mit einer maximalen Spannungsauswahlschaltung koppelt, die eine interne Spannung erzeugt, und zwar gleich der größeren einer ersten Versorgungsspannung und der Gleichtaktkomponente. Eine Eingangsverstärkerschaltung des Differenzverstärkers wird von der internen Spannung gespeist. Die Eingangsspannung ist mit den Eingängen der Eingangsverstärkerschaltung gekoppelt. Die Ausgänge der Eingangsverstärkerschaltung werden durch einen Ausgangsverstärker verstärkt.
US 4 337 441 A offenbart einen Versorgungsspannungstreiber für einen oder mehrere monolithische Differenzverstärker, die sich gemeinsame Stromversorgungen teilen, aufweisend einen zusätzlichen monolithischen Differenzverstärker, der als Spannungsfolger betrieben wird, der zwischen einer Stromquelle und einer Stromsenke aufgehängt ist. Referenz-Zenerdioden sind zwischen dem Spannungsfolgerausgang und den Stromversorgungsanschlüssen der Differenzverstärker gekoppelt, um Betriebsspannungen herzustellen, die einem Eingangssignal folgen. Zusätzliche stromverstärkende Transistoren sorgen für eine schnelle Anstiegsgeschwindigkeit bei Signalübergängen. Overdrive-Schaltungen sind vorgesehen, um die maximalen und minimalen Signalpegel zu begrenzen.
US 3 423 689 A offenbart einen Gleichstrom-Differenzverstärker mit einem Paar von Ausgangsanschlüssen, einem gemeinsamen Bezugspotentialpunkt, einem Paar von Eingangsanschlüssen, an denen sowohl Normal- als auch Gleichtakt-Eingangsspannungssignale bezüglich des gemeinsamen Punktes anliegen, einer Stromversorgungseinrichtung zum Liefern von Gleichspannungssignalen an den Differenzverstärker, und einer Kombiniereinrichtung, die mit der Stromversorgungseinrichtung und einem Punkt in dem Differenzverstärker zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden ist und im Wesentlichen nur auf die Gleichtakt-Eingangsspannungssignale anspricht, um die Gleichtaktspannungssignale mit allen Gleichspannungssignalen zu kombinieren, um dadurch die Zirkulation von Strömen in dem Verstärker aufgrund der Gleichtaktsignale im Wesentlichen zu verhindern.
KURZBESCHREIBUNG
Es werden ein Verstärker gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Stromversorgung eines Verstärkers gemäß Anspruch 16 aufgezeigt.
Figurenliste

1A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verstärkers.
1B eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers.
2A ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Verstärkers.
2B ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers.
3A ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers.
3B ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers.
4 einen Graph der Stromversorgungsspannung im Vergleich zur Gleichtakteingangsspannung für ein Beispiel eines Verstärkers.
5 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Stromversorgungssteuerblocks.
6 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers.
7 eine schematische Darstellung einer anderen Ausfuhrungsform eines Verstärkers.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen spezifischer Ausführungsformen der Erfindung vor. Die Erfindung kann jedoch auf eine Vielzahl verschiedener Arten ausgeführt sein, wie in den Patentansprüchen definiert und erfasst ist. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen gleiche Referenzzahlen identische oder funktionell ähnliche Elemente anzeigen.
Bestimmte Verstärker können unter Verwendung eines Prozesses hergestellt werden, der Niedrigspannungs- und Hochspannungstransistoren beinhaltet.
Niedrigspannungstransistoren können im Verhältnis zu Hochspannungstransistoren eine verbesserte Leistung aufweisen, wie eine höhere Transkonduktanz, ein geringeres Funkelrauschen und/oder eine geringere Abweichung pro Einheitsfläche. Niedrigspannungstransistoren können jedoch im Verhältnis zu Hochspannungstransistoren auch eine niedrigere Durchschlagspannung aufweisen. In einer Feldeffekttransistor-(FET)-Implementierung kann zum Beispiel ein Niedrigspannungs-FET eine geringere Drain-Source- und/oder Gate-Source-Durchschlagspannung aufweisen als ein Hochspannungs-FET, das unter Verwendung des gleichen Herstellungsprozesses produziert wurde.
Die Eingangsverstärkungsstufe eines Verstärkers kann eine verhältnismäßig große Auswirkung auf die Gesamtleistung eines Verstärkers haben. Demnach kann es wünschenswert sein, dass die Eingangsverstärkungsstufe eine sehr hohe Leistung erbringt, wie geringe Störgeräusche, niedriger Stromverbrauch, hohe Linearität und/oder ein relativ breiter Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich, der sich wenigstens von Schiene zu Schiene erstreckt. Da Niedrigspannungstransistoren im Verhältnis zu Hochspannungstransistoren eine verbesserte Leistung bereitstellen können, kann es wünschenswert sein, Niedrigspannungstransistoren in der Eingangsverstärkungsstufe des Verstärkers zu verwenden, wie in einem Eingangstransistor-Differenzialpaar. Die Verwendung von Niedrigspannungstransistoren im Eingangstransistor-Differenzialpaar kann jedoch dazu führen, dass Niedrigspannungstransistoren unter allen oder einem Teil der Betriebsbedingungen des Verstärkers Durchschlagspannungen erreichen, wie für bestimmte Werte der Gleichtakteingangsspannung.
Es werden eine Vorrichtung und Verfahren zur Stromversorgungssteuerung für Verstärker bereitgestellt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet ein Verstärker eine Eingangsverstärkungsstufe und einen Stromversorgungssteuerblock zum Erzeugen einer Stromhochversorgung und einer Stromniedrigversorgung für die Eingangsverstärkungsstufe.
Der Stromversorgungssteuerblock empfängt ein Referenzsignal, das eine Gleichtakteingangsspannung, wie sie am Verstärker anliegt, anzeigt, und der Stromversorgungssteuerblock passt einen Spannungspegel der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung an und hält eine im Wesentlichen konstante Spannungsdifferenz zwischen der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung aufrecht. Der Stromversorgungssteuerblock ändert den Spannungspegel der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung basierend auf dem Referenzsignal, sodass sich die Spannungspegel der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung im Verhältnis zur Gleichtakteingangsspannung bewegen. Wenn der Stromversorgungssteuerblock auf diese Weise konfiguriert ist, kann die Eingangsverstärkungsstufe vorteilhaft mit Niedrigspannungstransistoren konfiguriert werden, ohne dass die Durchschlagspannungen der Niedrigspannungstransistoren über den Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich überschritten werden.
1A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verstärkers 10. Der Verstärker 10 beinhaltet eine erste oder Eingangsverstärkungsstufe 2, eine zweite Verstärkungsstufe 6, eine dritte oder Ausgangsverstärkungsstufe 8 und einen Stromversorgungssteuerblock 30. Der Verstärker 10 kann zum Beispiel als Operationsverstärker verwendet werden.
Der Verstärker 10 beinhaltet eine positive oder nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, eine negative oder invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und eine Ausgangsspannungsklemme Vout. Die erste Verstärkungsstufe 2 beinhaltet einen nicht invertierten Eingang 1a, einen invertierten Eingang 1b, einen nicht invertierten Ausgang 3a und einen invertierten Ausgang 3b. Die zweite Verstärkungsstufe 6 beinhaltet einen nicht invertierten Eingang 4a, einen invertierten Eingang 4b und einen Ausgang 5. Die dritte Verstärkungsstufe 8 beinhaltet einen Eingang 7 und einen Ausgang 9.
Die nicht invertierten und invertierten Eingänge 1a, 1b der ersten Verstärkungsstufe 2 sind elektrisch mit den nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemmen V_in+ bzw. V_in- des Verstärkers 10 verbunden. Die nicht invertierten und invertierten Ausgänge 3a, 3b der ersten Verstärkungsstufe 2 sind elektrisch mit den nicht invertierten und invertierten Eingängen 4a, 4b der zweiten Verstärkungsstufe 6 verbunden. Der Ausgang 5 der zweiten Verstärkungsstufe 6 ist elektrisch mit dem Eingang 7 der dritten Verstärkungsstufe 8 verbunden und der Ausgang 9 der dritten Verstärkungsstufe 8 ist elektrisch mit der Ausgangsspannungsklemme Vout des Verstärkers 10 verbunden.
Der Verstärker 10 kann verwendet werden, um ein auf den nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemmen V_in+, V_in- empfangenes Differenzialeingangsspannungssignal zu verstärken, um ein verstärktes Ausgangsspannungssignal auf der Ausgangsspannungsklemme Vout zu erzeugen. Zum Beispiel kann die erste Verstärkungsstufe 2 verwendet werden, um eine Differenz zwischen den nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemmen V_in+, V_in- zu verstärken, um ein verstärktes Spannungssignal zwischen den nicht invertierten und invertierten Ausgängen 3a, 3b der ersten Verstärkungsstufe 2 zu erzeugen, das durch die zweite Verstärkungsstufe 6 und die dritte Verstärkungsstufe 8 weiter verstärkt werden kann, um das verstärkte Ausgangsspannungssignal auf der Ausgangsspannungsklemme Vout zu erzeugen.
Durch die Verwendung einer Mehrzahl an Verstärkungsstufen, wobei Mehrzahl zwei oder mehr bedeutet, wie die erste, zweite und dritte Verstärkungsstufe 2, 6, 8, kann eine gewünschte Gesamtleerlaufverstärkung für den Verstärker 10 erreicht werden. Zum Beispiel kann der Verstärker 10 in einigen Konfigurierungen eine Verstärkung ungefähr gleich dem Produkt der Verstärkung der ersten Verstärkungsstufe 2, der Verstärkung der zweiten Verstärkungsstufe 6 und der Verstärkung der dritten Verstärkungsstufe 8 aufweisen. Dementsprechend können Verstärkungsstufen kaskadiert werden, um eine gewünschte Gesamtverstärkung des Verstärkers 10 zu erreichen. Zusätzlich kann die Verwendung einer Mehrzahl an Verstärkungsstufen im Verstärker 10 dabei helfen, im Verhältnis zu einem Verstärker mit einer einzigen Stufe den Eingangswiderstand des Verstärkers 10 zu erhöhen und/oder den Ausgangswiderstand des Verstärkers 10 zu verringern.
Die erste oder Eingangsverstärkungsstufe 2 kann eine verhältnismäßig große Auswirkung auf die Leistung des Verstärkers 10 haben. Da die nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemmen V_in+, V_in- zum Beispiel elektrisch mit den nicht invertierten und invertierten Eingängen 1a, 1b der ersten Verstärkungsstufe 2 verbunden sind, kann der Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich des Verstärkers 10 durch den Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich der ersten Verstärkungsstufe 2 beeinflusst werden. Zusätzlich können die Linearität und/oder die Störgeräusche der ersten Verstärkungsstufe 2 eine verhältnismäßig große Auswirkung auf die Gesamtleistung des Verstärkers 10 haben. Zum Beispiel können unter Verwendung der ersten Verstärkungsstufe 2 erzeugte nicht lineare Signalkomponenten und/oder Störgeräusche von der zweiten und dritten Verstärkungsstufe 6, 8 weiter verstärkt werden.
Der Stromversorgungssteuerblock 30 beinhaltet einen Spannungssteuerblock 31 und eine Spannungsquelle 32 und kann verwendet werden, um eine Stromhochversorgung V_PWRH und eine Stromniedrigversorgung V_PWRL für die erste Verstärkungsstufe 2 zu erzeugen. Während die Spannungsquelle 32 in 1A und 2B mit der Spannungsquelle im Signalpfad zwischen dem Spannungssteuerblock 31 und direkt oder indirekt der Stromhochversorgung V_PWRH dargestellt ist, kann die Spannungsquelle 32 in alternativen Ausführungsformen im Signalpfad zwischen dem Spannungssteuerblock 31 und direkt oder indirekt der Stromniedrigversorgung V_PWRL oder aufgeteilt zwischen beiden Pfaden, wie später in Verbindung mit 3A und 3B dargestellt, angeordnet sein.
Im Gegensatz zu der zweiten und dritten Verstärkungsstufe 6, 8, die unter Verwendung einer ersten oder Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ und einer zweiten oder Hochspannungsstromhochversorgung V₂ mit Strom versorgt werden, wird die erste Verstärkungsstufe 2 unter Verwendung der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung V_PWRH , V_PWRL , die vom Stromversorgungssteuerblock 30 erzeugt werden, mit Strom versorgt. Wie nachstehend beschrieben wird, kann die Spannungsdifferenz zwischen der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung V_PWRH , V_PWRL weniger als die Spannungsdifferenz zwischen der Hochspannungsstromhoch- und -stromniedrigversorgung V₂, V₁ betragen, wodurch die Verwendung von Niedrigspannungstransistoren in der ersten Verstärkungsstufe 2 möglich ist. Zum Beispiel kann die Verwendung der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung V_PWRH , V_PWRL dabei helfen, ein Niedrigspannungseingangstransistor-Differenzialpaar über eine Bandbreite von Betriebsbedingungen vorzuspannen, ohne jegliche Durchschlagspannungen des Niedrigspannungseingangstransistor-Differenzialpaars zu überschreiten.
Der Stromversorgungssteuerblock 30 kann die Spannungsquelle 32 verwenden, um eine im Wesentlichen konstante Spannungsdifferenz zwischen der Stromhoch- und der Stromniedrigversorgung V_PWRH , V_PWRL über den Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemmen V_IN+, V_IN- aufrecht zu erhalten. Zusätzlich kann der Stromversorgungssteuerblock 30 den Spannungssteuerblock 31 verwenden, um die Spannungspegel der Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL im Verhältnis zur Gleichtakteingangsspannung derart zu bewegen oder zu verändern, dass die Spannungspegel der Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL im Verhältnis zu der Gleichtakteingangsspannung folgen oder sich bewegen. Die Konfigurierung des Stromversorgungssteuerblocks 30, um die Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL auf diese Weise zu erzeugen, kann dabei helfen, die Schwankungen in den Vorspannungsbedingungen der Transistoren der Eingangsverstärkungsstufe 2 über Veränderungen in der Gleichtakteingangsspannung zu verringern, wodurch die Eingangsverstärkungsstufe 2 Niedrigspannungstransistoren verwenden und gleichzeitig mit Durchschlag verbundene Vorspannungsbedingungen vermeiden kann.
Wenn die Gleichtakteingangsspannung verhältnismäßig weit von der Spannung der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₂ und von der Spannung der Hochspannungsstromhochversorgung V₁ entfernt ist, kann der Spannungssteuerblock 31 in einer Ausführungsform die Spannung der Stromhochversorgung V_PWRH auf ungefähr gleich V_CM + V₃₂/2 und die Spannung der Stromniedrigversorgung V_PWRL auf ungefähr gleich V_CM - V₃₂/2 steuern, wobei V_CM die Gleichtakteingangsspannung ist und V₃₂ ungefähr gleich der Spannung der Spannungsquelle 32 ist. Wenn die Gleichtakteingangsspannung nahe an der Spannung der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ liegt, kann der Spannungssteuerblock 31 zusätzlich die Spannung der Stromhochversorgung V_PWRH so steuern, dass sie ungefähr gleich der Spannung der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ ist und kann die Spannung der Stromniedrigversorgung V_PWRL so steuern, dass sie ungefähr gleich V₂ - V₃₂ ist, wobei V₂ die Spannung der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ ist. Wenn die Gleichtakteingangsspannung nahe an der Spannung der Hochspannungsstromhochversorgung V₁ liegt, kann der Spannungssteuerblock 31 auf ähnliche Weise die Spannung der Stromniedrigversorgung V_PWRL so steuern, dass sie ungefähr gleich die Spannung der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ ist, und kann die Spannung der Stromhochversorgung V_PWRH so steuern, dass sie ungefähr gleich V₁ + V₃₂ ist, wobei V₁ die Spannung der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ ist. Demnach kann der Stromversorgungssteuerblock 30 konfiguriert sein, um die Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL derart zu erzeugen, dass die Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL der Gleichtakteingangsspannung folgen und gleichzeitig die Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL an die Hochspannungsstromhoch- und -stromniedrigversorgungen V₂ bzw. V₁, klemmen oder einschränken.
Wenngleich der Verstärker 10 aus 1A eine Konfigurierung mit drei Stufen darstellt, kann der Verstärker 10 angepasst werden, um mehr oder weniger Stufen zu beinhalten, einschließlich Stufen des gleichen und/oder eines anderen Typs. Obwohl die Leerlaufverstärkung des Verstärkers 10 üblicherweise größer als 1 ist, muss zudem keine der Verstärkungsstufen eine Verstärkung von mehr als 1 haben. Zum Beispiel kann die dritte Verstärkungsstufe 8 in einigen Ausführungen eine Niedrigverstärkungspufferstufe sein, die konfiguriert ist, um den Ausgangswiderstand des Verstärkers 10 zu erhöhen. Wenngleich 1 eine Konfigurierung zeigt, in welcher der Verstärker 10 ein asymmetrisches Ausgangsspannungssignal erzeugt, kann der Verstärker 10 ferner angepasst sein, um andere Ausgangssignale zu erzeugen, einschließlich zum Beispiel eines Differenzialausgangsspannungssignals und/oder eines asymmetrischen oder differenziellen Ausgangsstromstärkensignals.
1B ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers 20. Der Verstärker 20 beinhaltet eine erste Verstärkungsstufe 12, eine zweite Verstärkungsstufe 14, eine dritte Verstärkungsstufe 16, eine vierte Verstärkungsstufe 18 und den Stromversorgungssteuerblock 30.
Der Verstärker 20 beinhaltet eine nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, eine invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und eine Ausgangsspannungsklemme Vout. Die erste Verstärkungsstufe 12 beinhaltet einen nicht invertierten Eingang 11a, einen invertierten Eingang 1 1b, einen nicht invertierten Ausgang 13a und einen invertierten Ausgang 13b. Die zweite Verstärkungsstufe 14 beinhaltet einen nicht invertierten Eingang 15a, einen invertierten Eingang 15b, einen nicht invertierten Ausgang 17a und einen invertierten Ausgang 17b. Die dritte Verstärkungsstufe 16 beinhaltet einen ersten nicht invertierten Eingang 19a, einen ersten invertierten Eingang 19b, einen zweiten nicht invertierten Eingang 21a, einen zweiten invertierten Eingang 21b und einen Ausgang 23. Die vierte Verstärkungsstufe 18 beinhaltet einen Eingang 25 und einen Ausgang 27.
Die nicht invertierten und invertierten Eingänge 11a, 11b der ersten Verstärkungsstufe 12 sind elektrisch mit der nicht invertierten bzw. invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, bzw. V_in- des Verstärkers 20 verbunden. Zusätzlich sind die nicht invertierten und invertierten Eingänge 15a, 15b der zweiten Verstärkungsstufe 14 elektrisch mit der nicht invertierten bzw. invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+ bzw. V_in- des Verstärkers 20 verbunden. Die nicht invertierten und invertierten Ausgänge 13a, 13b der ersten Verstärkungsstufe 12 sind elektrisch mit dem ersten nicht invertierten Eingang 19a bzw. dem ersten invertierten Eingang 19b der dritten Verstärkungsstufe 16 verbunden. Die nicht invertierten und invertierten Ausgänge 17a, 17b der zweiten Verstärkungsstufe 14 sind elektrisch mit dem zweiten nicht invertierten Eingang 21a bzw. dem zweiten invertierten Eingang 21b der dritten Verstärkungsstufe 16 verbunden. Der Ausgang 23 der dritten Verstärkungsstufe 16 ist elektrisch mit dem Eingang 25 der vierten Verstärkungsstufe 18 verbunden und der Ausgang 27 der vierten Verstärkungsstufe 18 ist elektrisch mit der Ausgangsspannungsklemme Vout des Verstärkers 20 verbunden.
Der Verstärker 20 kann verwendet werden, um ein auf den nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemmen V_in+, V_in- empfangenes Differenzialeingangsspannungssignal zu verstärken, um ein verstärktes Ausgangssignal auf der Ausgangsspannungsklemme Vout zu erzeugen. Zum Beispiel kann die erste Verstärkungsstufe 12 verwendet werden, um die Differenz zwischen der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- zu verstärken, um ein erstes verstärktes differenzielles Spannungssignal auf den nicht invertierten und invertierten Ausgänge 13a, 13b zu erzeugen. Zum Beispiel kann die erste Verstärkungsstufe 14 verwendet werden, um eine Differenz zwischen der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- zu verstärken, um ein zweites verstärktes differenzielles Spannungssignal auf den nicht invertierten und invertierten Ausgänge 17a, 17b zu erzeugen. Das erste verstärkte differenzielle Spannungssignal und das zweite verstärkte differenzielle Spannungssignal können kombiniert und unter Verwendung der dritten Verstärkungsstufe 16 und der vierten Verstärkungsstufe 18 verstärkt werden.
Der Stromversorgungssteuerblock 30 kann konfiguriert sein, um die Stromhochversorgung V_PWRH und die Stromniedrigversorgung V_PWRL für die erste und zweite Verstärkungsstufe 12, 14 zu erzeugen. Zusätzlich werden die dritte und vierte Verstärkungsstufe 16, 18 in der dargestellten Konfigurierung unter Verwendung der Hochspannungstromniedrigversorgung V₁ und der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ mit Strom versorgt.
Im Gegensatz zum Verstärker 10 aus 1A beinhaltet der Verstärker 20 aus 1B eine Mehrzahl an Eingangsverstärkungsstufen, die elektrisch parallel geschaltet sind. Zum Beispiel sind die erste und zweite Verstärkungsstufe 12, 14 jeweils elektrisch mit der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- verbunden und dienen als Eingangsstufen für den Verstärker 20. Wie in 1B dargestellt, wurde der Stromversorgungssteuerblock 30 konfiguriert, um sowohl die erste als auch die zweite Verstärkungsstufe 12, 14 mit Strom zu versorgen.
Durch die Verwendung einer Mehrzahl an Eingangsverstärkungsstufen im Verstärker 20 kann der Gesamtgleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich des Verstärkers 20 verbessert werden. Zum Beispiel kann die erste Verstärkungsstufe 12 verwendet werden, um die Differenz zwischen der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- zu verstärken, wenn die Gleichtakteingangsspannung relativ hoch ist, und die zweite Verstärkungsstufe 14 kann verwendet werden, um die Differenz zwischen der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- zu verstärken, wenn die Gleichtakteingangsspannung relativ niedrig ist. Dementsprechend kann in einigen Ausführungen eine Mehrzahl an Eingangsverstärkungsstufen verwendet werden, um eine Differenzialeingangsspannung über verschiedene Bereiche der Gleichtakteingangsspannung zu verstärken, wobei jede der Eingangsverstärkungsstufen konfiguriert werden kann, um über einen anderen Abschnitt des Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereichs zu arbeiten, um die Leistung des Verstärkers 20 zu verbessern.
2A ist ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Verstärkers 50. Der Verstärker 50 beinhaltet eine erste oder Eingangsverstärkungsstufe 41, eine zweite Ausgangsverstärkungsstufe 42, einen ersten Kondensator 43, einen zweiten Kondensator 44 und einen Stromversorgungssteuerblock 40. Der Verstärker 50 beinhaltet ferner eine nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, eine invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und eine Ausgangsspannungsklemme Vout.
Die Eingangsverstärkungsstufe 41 beinhaltet einen nicht invertierten Eingang, der elektrisch mit der nicht invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+ verbunden ist, und einen invertierten Eingang, der elektrisch mit der invertierten Eingangsspannungsklemme V_in- verbunden ist. Die Eingangsverstärkungsstufe 41 beinhaltet ferner einen nicht invertierten Ausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des ersten Kondensators 43 und einem nicht invertierten Eingang der Ausgangsverstärkungsstufe 42 verbunden ist. Die Eingangsverstärkungsstufe 41 beinhaltet ferner einen invertierten Ausgang, der elektrisch mit einem ersten Ende des zweiten Kondensators 44 und einem invertierten Eingang der Ausgangsverstärkungsstufe 42 verbunden ist. Die Eingangsverstärkungsstufe 41 beinhaltet ferner einen Stromhochversorgungseingang, der konfiguriert ist, um die Stromhochversorgung V_PWRH vom Stromversorgungssteuerblock 40 zu empfangen, und einen Stromniedrigversorgungseingang, der konfiguriert ist, um die Stromniedrigversorgung V_PWRL vom Stromversorgungssteuerblock 40 zu empfangen. Die Ausgangsverstärkungsstufe 42 beinhaltet ferner einen Ausgang, der elektrisch mit einem zweiten Ende des zweiten Kondensators 44 und der Ausgangsspannungsklemme V_out verbunden ist. Die Ausgangsverstärkungsstufe 42 beinhaltet ferner einen Stromhochversorgungseingang, der elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist, und einen Stromniedrigversorgungseingang, der elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist. Der erste Kondensator 43 beinhaltet ferner ein zweites Ende, das elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist.
Der Stromversorgungssteuerblock 40 beinhaltet den Spannungssteuerblock 31, die Spannungsquelle 32, einen Gleichtaktdetektorblock 45, einen ersten Verstärkungsblock 46, einen zweiten Verstärkungsblock 47, einen N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-(NMOS)-Transistor 48 und einen P-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-(PMOS)-Transistor 49. Wie sie hierin verwendet werden und wie für Fachleute ersichtlich ist, können MOS-Transistoren Gates aufweisen, die aus Materialien bestehen, die keine Metalle sind, wie Polysilizium, und können dielektrische Bereiche aufweisen, die nicht nur mit Silikonoxid, sondern anderen Dielektrika implementiert sind, wie High-K-Dielektrika.
Die Eingangsverstärkungsstufe 41 ist konfiguriert, um ein Differenzialeingangsspannungssignal, das zwischen der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- empfangen wird, zu verstärken, um ein verstärktes Signal zu erzeugen. Die Ausgangsverstärkungsstufe 42 ist konfiguriert, um das verstärkte Signal zu empfangen und um das verstärkte Signal weiter zu verstärken, um ein Ausgangsspannungssignal auf der Ausgangsspannungsklemme Vout zu erzeugen.
Der Gleichtaktdetektorblock 45 beinhaltet einen ersten Eingang, der elektrisch mit der nicht invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+ verbunden ist, einen zweiten Eingang, der elektrisch mit der invertierten Eingangsspannungsklemme V_in- verbunden ist, und einen Ausgang, der elektrisch mit einem Eingang des Spannungssteuerblock 31 verbunden ist. Der Spannungssteuerblock 31 beinhaltet ferner einen Ausgang, die elektrisch mit einer ersten Klemme der Spannungsquelle 32 und einem invertierten Eingang des ersten Verstärkungsblocks 46 verbunden ist. Der erste Verstärkungsblock 46 beinhaltet ferner einen Ausgang, der elektrisch mit einem Gate des NMOS-Transistors 48 verbunden ist, und einen nicht invertierten Eingang, der elektrisch mit einem Drain des NMOS-Transistors 48 verbunden ist, an einem Knoten des Stromversorgungssteuerblocks 40, der konfiguriert ist, um die Stromniedrigversorgung V_PWRL zu erzeugen. Der NMOS-Transistor 48 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist. Die Spannungsquelle 32 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit einem invertierten Eingang des zweiten Verstärkungsblocks 47 verbunden ist. Der zweite Verstärkungsblock 47 beinhaltet ferner einen Ausgang, der elektrisch mit einem Gate des PMOS-Transistors 49 verbunden ist, und einen nicht invertierten Eingang, der elektrisch mit einem Drain des PMOS-Transistors 49 verbunden ist, an einem Knoten des Stromversorgungssteuerblocks 40, der konfiguriert ist, um die Stromhochversorgung V_PWRH zu erzeugen. Der PMOS-Transistor 49 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist.
Im Gegensatz zum Stromversorgungssteuerblock 30 aus 1A und 1B beinhaltet der Stromversorgungssteuerblock 40 aus 2A ferner den Gleichtaktdetektorblock 45, den ersten und zweiten Verstärkungsblock 46, 47 und die NMOS- und PMOS-Transistoren 48, 49.
Der Gleichtaktdetektorblock 45 kann ein Referenzsignal erzeugen, das den Spannungssteuerblock 31 bei der Erzeugung einer Ausgangsspannung unterstützen kann, die der Gleichtakteingangsspannung der nicht invertierten und invertierten Spannungsklemme V_IN+, V_IN- folgt oder sich mit ihr bewegt.
Der erste und zweite Verstärkungsblock 46, 47 und die NMOS- und PMOS-Transistoren 48, 49 können enthalten sein, um bei der Pufferung der ersten und zweiten Klemme der Spannungsquelle 32 von der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung V_PWRH bzw. V_PWRL zu helfen. Ferner können der erste und zweite Verstärkungsblock 46, 47 und die NMOS- und PMOS-Transistoren 48, 49 den Stromversorgungssteuerblock 40 bei der Erzeugung der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung V_PWRH , V_PWRL unterstützen, sodass die Stromhochversorgung V_PWRH an die Hochspannungsstromhochversorgung V₂ geklemmt oder auf diese beschränkt ist und die Stromniedrigversorgung V_PWRL an die Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ geklemmt oder auf diese beschränkt ist. Zum Beispiel können der erste Verstärkungsblock 46 und der NMOS-Transistor 48 als ein erster Low-Dropout-(LDO)-Regler arbeiten, der den Spannungspegel der Stromniedrigversorgung V_PWRL basierend auf einem Spannungspegel der ersten Klemme der Spannungsquelle 32 steuert, während der zweite Verstärkungsblock 47 und der PMOS-Transistor 49 als ein zweiter LDO-Regler arbeiten können, der den Spannungspegel der Stromhochversorgung V_PWRH basierend auf einem Spannungspegel der zweiten Klemme der Spannungsquelle 32 steuert.
2B ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers 60. Der Verstärker 60 beinhaltet die Eingangsverstärkungsstufe 41, die Ausgangsverstärkungsstufe 42, den ersten Kondensator 43, den zweiten Kondensator 44 und einen Stromversorgungssteuerblock 51. Der Verstärker 60 beinhaltet ferner eine nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, eine invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und eine Ausgangsspannungsklemme Vout.
Der Verstärker 60 aus 2B ähnelt dem Verstärker 50 aus 2A, außer dass der Verstärker 60 eine andere Anordnung eines Stromversorgungssteuerblocks beinhaltet. Im Gegensatz zum Stromversorgungssteuerblock 40 aus 2A, der den Gleichtaktdetektorblock 45 beinhaltet, zeigt der Stromversorgungssteuerblock 51 zum Beispiel eine Konfigurierung, in welcher der Gleichtaktdetektorblock 45 weggelassen wurde und stattdessen der Spannungspegel der nicht invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+ als Referenzsignal für den Spannungssteuerblock 31 verwendet wird. In bestimmten Ausführungen, wie in Konfigurierungen, in denen eine Spannungsdifferenz zwischen der nicht invertierten und der invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- während des Betriebs verhältnismäßig gering ist, einschließlich zum Beispiel bei rückgekoppelten Implementierungen des Verstärkers, kann ein Spannungspegel einer der Eingangsspannungsklemmen die Gleichtakteingangsspannung anzeigen und als ein Referenzsignal für den Spannungssteuerblock 31 verwendet werden. Wenngleich 2B eine Konfigurierung zeigt, in der die nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+ als Referenzsignal verwendet wurde, kann die invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- in bestimmten Ausführungen als ein Referenzsignal verwendet werden.
3A ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers 70. Der Verstärker 70 beinhaltet die Eingangsverstärkungsstufe 41, die Ausgangsverstärkungsstufe 42, den ersten Kondensator 43, den zweiten Kondensator 44 und einen Stromversorgungssteuerblock 61. Der Verstärker 70 beinhaltet ferner eine nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, eine invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und eine Ausgangsspannungsklemme Vout. Die Eingangsverstärkungsstufe 41, die Ausgangsverstärkungsstufe 42, der erste Kondensator 43 und der zweite Kondensator 44 können wie oben mit Bezugnahme auf 2A beschrieben ausgeführt sein.
Der Stromversorgungssteuerblock 61 aus 3A beinhaltet den Gleichtaktdetektorblock 45, einen ersten und zweiten Verstärkungsblock 46, 47, einen ersten und zweiten NMOS-Transistor 48, 68, einen ersten und zweiten PMOS-Transistor 49, 69, eine erste und zweite Zenerdiode 63, 64, einen ersten und zweiten Bias-Block 65, 66 und einen dritten Verstärkungsblock 62. Der Gleichtaktdetektorblock 45 beinhaltet einen ersten Eingang, der elektrisch mit der nicht invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+ verbunden ist, einen zweiten Eingang, der elektrisch mit der invertierten Eingangsspannungsklemme V_in- verbunden ist, und einen Ausgang, der elektrisch mit einem invertierten Eingang des dritten Verstärkungsblocks 62 verbunden ist. Der dritte Verstärkungsblock 62 beinhaltet ferner einen nicht invertierten Eingang, der elektrisch mit einer Kathode der ersten Zenerdiode 63 und einer Anode der zweiten Zenerdiode 64 verbunden ist. Der dritte Verstärkungsblock 62 beinhaltet ferner einen Ausgang, die elektrisch mit einer ersten Klemme des ersten Bias-Blocks 65 und einer ersten Klemme des zweiten Bias-Blocks 66 verbunden ist.
Der erste Bias-Block 65 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit einem Gate des zweiten NMOS-Transistors 68 verbunden ist. Der zweite NMOS-Transistor 68 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist, und einen Drain, der elektrisch mit einer Anode der ersten Zenerdiode 63 und mit einem invertierten Eingang des ersten Verstärkungsblocks 46 verbunden ist. Der erste Verstärkungsblock 46 beinhaltet ferner einen Ausgang, der elektrisch mit einem Gate des ersten NMOS-Transistors 48 verbunden ist, und einen nicht invertierten Eingang, der elektrisch mit einem Drain des ersten NMOS-Transistors 48 verbunden ist, an einem Knoten des Stromversorgungssteuerblocks 61, der konfiguriert ist, um die Stromniedrigversorgung V_PWRL zu erzeugen. Der erste NMOS-Transistor 48 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist. Der zweite Bias-Block 66 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit einem Gate des zweiten PMOS-Transistors 69 verbunden ist. Der zweite PMOS-Transistor 69 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist, und einen Drain, der elektrisch mit einer Kathode der zweiten Zenerdiode 64 und mit einem invertierten Eingang des zweiten Verstärkungsblocks 47 verbunden ist. Der zweite Verstärkungsblock 47 beinhaltet ferner einen Ausgang, der elektrisch mit einem Gate des ersten PMOS-Transistors 49 verbunden ist, und einen nicht invertierten Eingang, der elektrisch mit einem Drain des ersten PMOS-Transistors 49 verbunden ist, an einem Knoten des Stromversorgungssteuerblocks 61, der konfiguriert ist, um die Stromhochversorgung V_PWRH zu erzeugen. Der erste PMOS-Transistor 49 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist.
Die erste und zweite Zenerdiode 63, 64 können dabei helfen, ein Rückkopplungsspannungssignal an den dritten Verstärkungsblock 62 bereitzustellen und gleichzeitig dabei helfen, die nicht invertierenden Eingänge des ersten und zweiten Verstärkungsblocks 46, 47 auf Spannungspegel vorzuspannen, die für die Erzeugung der Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL geeignet sind. Zusätzlich kann die zweite Zenerdiode 64 einen geringen Widerstand an eine Quellenspannung bereitstellen, die vom zweiten PMOS-Transistor 69 erzeugt wird, und die erste Zenerdiode 63 kann einen geringen Widerstand an eine Anschlussspannung bereitstellen, die durch den zweiten NMOS-Transistor 68 erzeugt wird. Die erste und zweite Zenerdiode 63, 64 können verwendet werden, um einen im Wesentlichen konstanten Spannungsabfall über eine große Bandbreite an Diodenstromstärkenwerten bereitzustellen. Demnach kann das Einbeziehen der ersten und zweiten Zenerdiode 63, 64 eine verbesserte Leistung bereitstellen. Wenngleich 3A eine Konfigurierung zeigt, in der Zenerdioden verwendet werden, können die erste und zweite Zenerdiode 63, 64 in bestimmten Ausführungen weggelassen werden und an ihrer statt können verschiedene andere Komponenten verwendet werden, einschließlich zum Beispiel Shunt-Reglern und/oder Widerständen.
Der dritte Verstärkungsblock 62 ist elektrisch in einer rückgekoppelten Konfigurierung verbunden, in der die Ausgangsspannung des dritten Verstärkungsblocks 62 derart gesteuert wird, dass die nicht invertierten und invertierten Eingänge des dritten Verstärkungsblocks 62 im Wesentlichen gleich sind. Da der invertierte Eingang des dritten Verstärkungsblocks 62 konfiguriert ist, um ein Referenzsignal vom Gleichtaktdetektorblock 45 zu empfangen, das die Gleichtakteingangsspannung des Verstärkers anzeigt, kann die Rückkopplung arbeiten, um den nicht invertierten Eingang des dritten Verstärkungsblocks 62 derart zu steuern, dass er ungefähr gleich der Gleichtakteingangsspannung des Verstärkers ist. Zusätzlich kann die erste Zenerdiode 63 eine Spannung an den invertierten Eingang der ersten Verstärkungsstufe 46 bereitstellen, die ungefähr gleich V_CM - V_Z1 ist, wobei V_Z1 der Spannungsabfall über die erste Zenerdiode 63 ist und V_CM eine Referenzsignalspannung ist, wie von einem Referenzsignal, das die Gleichtakteingangsspannung des Verstärkers anzeigt. Ferner kann die zweite Zenerdiode 64 eine Spannung an den invertierten Eingang der zweiten Verstärkungsstufe 47 bereitstellen, die ungefähr gleich V_CM + V_Z2 ist, wobei V_Z2 der Spannungsabfall über die zweite Zenerdiode 64 ist.
3B ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers 72. Der Verstärker 72 beinhaltet die Eingangsverstärkungsstufe 41, die Ausgangsverstärkungsstufe 42, den ersten Kondensator 43, den zweiten Kondensator 44 und einen Stromversorgungssteuerblock 71. Der Verstärker 70 beinhaltet ferner die nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, die invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und die Ausgangsspannungsklemme Vout.
Der Verstärker 72 aus 3B ähnelt dem Verstärker 70 aus 3A, außer dass der Verstärker 72 eine andere Anordnung eines Stromversorgungssteuerblocks beinhaltet. Im Gegensatz zum Stromversorgungssteuerblock 61 aus 3A, der den ersten und zweiten Verstärkungsblock 46, 47 und den ersten NMOS- und ersten PMOS-Transistor 48, 49 beinhaltet, zeigt der Stromversorgungssteuerblock 71 zum Beispiel ein Konfigurierung, in der diese Komponenten weggelassen wurden. Statt den ersten Verstärkungsblock 46 und den ersten NMOS-Transistor 48 zu verwenden, um die Stromniedrigversorgung V_PWRL zu erzeugen, verwendet der Stromversorgungssteuerblock 71, wie in 3B dargestellt, zum Beispiel den zweiten NMOS-Transistor 68, um die Stromniedrigversorgung V_PWRL zu erzeugen. Statt den zweiten Verstärkungsblock 47 und den ersten PMOS-Transistor 49 zu verwenden, um die Stromhochversorgung V_PWRH zu erzeugen, verwendet der Stromversorgungssteuerblock 71 zusätzlich den zweiten PMOS-Transistor 69, um die Stromhochversorgung V_PWRH zu erzeugen.
4 ist ein Graph 75 der Stromversorgungsspannung im Vergleich zur Gleichtakteingangsspannung für ein Beispiel eines Verstärkers. Der Graph 75 kann zum Beispiel die Spannungspegel der Stromhochversorgung V_PWRH und der Stromniedrigversorgung V_PWRL im Vergleich zur Gleichtakteingangsspannung für eine Ausführung des Verstärkers 10 aus 1 darstellen.
Wie in 4 dargestellt, können die Spannungspegel der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung V_PWRH , V_PWRL der Gleichtakteingangsspannung V_CM folgen, während sie an der Hochspannungsstromhoch- und Stromniedrigversorgung V₂, V₁ geklemmt oder durch diese beschränkt sind. Die Spannungsdifferenz zwischen den Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL kann über die Gleichtakteingangsspannung V_CM im Wesentlichen konstant sein. In einer Ausführungsform ist eine Spannungsdifferenz zwischen der Stromhochversorgung V_PWRH und der Stromniedrigversorgung V_PWRL konfiguriert, um in einem Bereich von 2,3 V bis etwa 2,7 V zu liegen.
5 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Spannungsversorgungssteuerblocks 80. Der Stromversorgungssteuerblock 80 beinhaltet erste bis dritte Stromquellen 76-78, erste bis sechste NMOS-Transistoren 81-86, erste bis siebte PMOS-Transistoren 91-97, eine Bandlückenreferenzspannungsquelle 79, erste und zweite Widerstände 87, 88, eine Verstärkungsschaltung 89 und eine Bias-Schaltung 90. Der Stromversorgungssteuerblock 80 ist konfiguriert, um ein Referenzsignal V_CM zu empfangen, das eine Gleichtakteingangsspannung eines Verstärkers anzeigt. Der Stromversorgungssteuerblock 80 ist ferner konfiguriert, um eine Stromhochversorgung V_PWRH und eine Stromniedrigversorgung V_PWRL zu erzeugen.
Der erste PMOS-Transistor 91 beinhaltet ein Gate, das elektrisch mit dem Referenzsignal V_CM verbunden ist, und eine Quelle, die elektrisch mit einer Quelle des zweiten PMOS-Transistors 92 und einer ersten Klemme der ersten Stromquelle 76 verbunden ist. Die erste Stromquelle 76 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist. Der erste PMOS-Transistor 91 beinhaltet ferner einen Drain, der elektrisch mit einem Drain des zweiten NMOS-Transistors 82 und mit einer Quelle des vierten NMOS-Transistors 84 verbunden ist. Der zweite PMOS-Transistor 92 beinhaltet ferner einen Drain, der elektrisch mit einem Drain des ersten NMOS-Transistors 81 und mit einer Quelle des dritten NMOS-Transistors 83 verbunden ist. Der erste und zweite NMOS-Transistor 81, 82 beinhalten jeweils eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einer ersten Spannungsreferenz V_REF1 verbunden ist. Der dritte NMOS-Transistor 83 beinhaltet ferner einen Drain, der elektrisch mit einem Drain des dritten PMOS-Transistors 93, einem Gate des fünften PMOS-Transistors 95 und einem Gate des sechsten PMOS-Transistors 96 verbunden ist. Der vierte NMOS-Transistor 84 beinhaltet ferner einen Drain, der elektrisch mit einer ersten Klemme der Bias-Schaltung 90 und einem Gate des fünften NMOS-Transistors 85 verbunden ist. Der dritte und vierte NMOS-Transistor 83, 84 beinhalten jeweils ferner ein Gate, das elektrisch mit einer zweiten Spannungsreferenz V_REF2 verbunden ist. Der fünfte NMOS-Transistor 85 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist.
Der dritte und vierte PMOS-Transistor 93, 94 beinhalten jeweils ein Gate, das elektrisch mit einer dritten Spannungsreferenz V_REF3 verbunden ist. Der dritte PMOS-Transistor 93 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit einem Drain des fünften PMOS-Transistors 95 verbunden ist. Der vierte PMOS-Transistor 94 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit einem Drain des sechsten PMOS-Transistors 96 verbunden ist. Der fünfte und sechste PMOS-Transistor 95, 96 beinhalten ferner jeweils eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist. Der vierte PMOS-Transistor 94 beinhaltet ferner einen Drain, der elektrisch mit einem Gate des siebten PMOS-Transistors 97 und mit einer zweiten Klemme der Bias-Schaltung 90 verbunden ist. Der siebte PMOS-Transistor 97 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist, und einen Drain, der elektrisch mit einem ersten Ende des zweiten Widerstands 88, mit einer ersten Klemme der dritten Stromquelle 78 und mit einem Drain des sechsten NMOS-Transistors 86 verbunden ist, an einem Knoten, der konfiguriert ist, um die Stromhochversorgung V_PWRH zu erzeugen. Die dritte Stromquelle 78 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ verbunden ist. Der zweite Widerstand 88 beinhaltet ferner ein zweites Ende, das elektrisch mit einem Gate des zweiten PMOS-Transistors 92, mit einem ersten Ende des ersten Widerstands 87 und mit einem positiven oder nicht invertierten Eingang der Verstärkungsschaltung 89 verbunden ist. Der erste Widerstand 87 beinhaltet ferner ein zweites Ende, das elektrisch mit einem Drain des fünften NMOS-Transistors 85, mit einer ersten Klemme der Bandlückenreferenzspannungsquelle 79, mit einer ersten Klemme der zweiten Stromquelle 77 und einer Quelle des sechsten NMOS-Transistors 86 verbunden ist, an einem Knoten, der konfiguriert ist, um die Stromniedrigversorgung V_PWRL zu erzeugen. Die zweite Stromquelle 77 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ verbunden ist. Die Bandlückenreferenzspannungsquelle 79 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit einem negativen oder invertierten Eingang der Verstärkungsschaltung 89 verbunden ist. Die Verstärkungsschaltung 89 beinhaltet ferner einen Ausgang, der elektrisch mit einem Gate des sechsten NMOS-Transistors 86 verbunden ist.
Die Bandlückenreferenzspannungsquelle 79 kann konfiguriert sein, um basierend auf einer Bandlückenspannung von Silikon, wie einer Ausgangsspannung von ungefähr 1,26 V bei Zimmertemperatur, eine Ausgangsspannung zu erzeugen. Zusätzlich ist die Verstärkungsschaltung 89 elektrisch in einer rückgekoppelten Konfigurierung verbunden und kann eine Spannung des Gates des sechsten NMOS-Transistors 86 steuern, um einen Stromfluss durch den sechsten NMOS-Transistor 86 im Verhältnis zu einem Stromfluss durch den ersten und zweiten Widerstand 87, 88, die einen Spannungsteiler bilden, zu variieren. Die Verstärkungsschaltung 89 kann die Gate-Spannung des sechsten NMOS-Transistors 86 derart steuern, dass eine Spannung über den ersten Widerstand 87 ungefähr der Spannung der Bandlückenreferenzspannungsquelle 79 gleicht. Zusätzlich kann ein Widerstand des zweiten Widerstands 88 im Verhältnis zu einem Widerstand des ersten Widerstands 87 gesteuert werden, um eine Spannungsdifferenz zwischen der Stromhochversorgung V_PWRH und der Stromniedrigversorgung V_PWRL zu steuern. Wenn der erste und zweite Widerstand 87, 88 zum Beispiel so konfiguriert sind, dass sie ungefähr den gleichen Widerstand aufweisen, kann die Spannungsdifferenz zwischen der Stromhochversorgung V_PWRH und der Stromniedrigversorgung V_PWRL ungefähr gleich sein oder das Doppelte der Spannung der Bandlückenreferenzspannungsquelle 79 betragen.
Die ersten bis fünften NMOS-Transistoren 81-85 und die ersten bis siebten PMOS-Transistoren 91-97 sind elektrisch in einer rückgekoppelten Konfigurierung verbunden, die verwendet werden kann, um die Spannungspegel der Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL im Verhältnis zu einem Spannungspegel des Referenzsignals V_CM zu verändern, während die Stromniedrigversorgung V_PWRL an die Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ geklemmt ist und die Stromhochversorgung V_PWRH an die Hochspannungsstromhochversorgung V₂ geklemmt ist. Zum Beispiel können die ersten bis vierten NMOS-Transistoren 81-84 und die dritten bis sechsten PMOS-Transistoren 93-96 eine Differenz zwischen den Gate-Spannungen des ersten und zweiten PMOS-Transistors 91, 92 verstärken, um die Gate-Spannungen des fünften NMOS-Transistors 85 und des siebten PMOS-Transistors 97 zu steuern. Da das Gate des ersten PMOS-Transistors 91 konfiguriert ist, um das Referenzsignal V_CM zu empfangen, können die ersten bis vierten NMOS-Transistoren 81-84 und die ersten bis sechsten PMOS-Transistoren 91-96 die Spannung durch den fünften NMOS-Transistor 85 und den siebten PMOS-Transistor 97 steuern, um eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten PMOS-Transistor 91, 92 zu verringern. Wenn das Referenzsignal V_CM weit von den Hochspannungsstromhoch- und Stromniedrigversorgungen V₂, V₁ entfernt ist, kann die Rückkopplung dazu führen, dass die Gate-Spannung des zweiten PMOS-Transistors 92 ungefähr gleich dem Referenzsignal V_CM ist. Für verhältnismäßig hohe Spannungspegel des Referenzsignals V_CM kann der siebte PMOS-Transistor 97 jedoch arbeiten, um die Stromhochversorgung V_PWRH an die Hochspannungsstromhochversorgung V₂ zu klemmen. Auf ähnliche Weise kann der fünfte NMOS-Transistor 85 für verhältnismäßig niedrige Spannungspegel des Referenzsignals V_CM arbeiten, um die Stromniedrigversorgung V_PWRL an die Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ zu klemmen.
6 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers 100. Der Verstärker 100 beinhaltet die ersten bis dritten Verstärkungsstufen 121-123, die vierte Verstärkungsstufe 18, den Stromversorgungssteuerblock 30 und einen Gleichtaktdetektor- und Steuerblock 125. Der Verstärker 100 beinhaltet ferner eine nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, eine invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und eine Ausgangsspannungsklemme Vout.
Der Verstärker 100 ist elektrisch in der oben mit Bezugnahme auf 1B beschriebenen Konfigurierung verbunden. Zum Beispiel ist die nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+ des Verstärkers 100 elektrisch mit einem nicht invertierten Eingang 11a der ersten Verstärkungsstufe 121 und mit einem nicht invertierten Eingang 15a der zweiten Verstärkungsstufe 122 verbunden. Zusätzlich ist die invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- des Verstärkers 100 elektrisch mit einem invertierten Eingang 11b der ersten Verstärkungsstufe 121 und mit einem invertierten Eingang 15b der zweiten Verstärkungsstufe 122 verbunden. Ferner sind ein nicht invertierter Ausgang 13a und ein invertierter Ausgang 13b der ersten Verstärkungsstufe 121 elektrisch mit einem ersten nicht invertierten Eingang 19a und einem ersten invertierten Eingang 19b der dritten Verstärkungsstufe 123 verbunden. Zusätzlich sind ein nicht invertierter Ausgang 17a und ein invertierter Ausgang 17b der zweiten Verstärkungsstufe 122 elektrisch mit einem zweiten nicht invertierten Eingang 21a bzw. einem zweiten invertierten Eingang 21b der dritten Verstärkungsstufe 123 verbunden. Ferner ist einen Ausgang 23 der dritten Verstärkungsstufe 110 elektrisch mit einem Eingang 25 der vierten Verstärkungsstufe 18 verbunden und ein Ausgang 27 der vierten Verstärkungsstufe 18 ist elektrisch mit der Ausgangsspannungsklemme Vout des Verstärkers 100 verbunden.
Im Gegensatz zum Verstärker 20 aus 1B, in dem der Stromversorgungssteuerblock 30 die erste und zweite Verstärkungsstufe 12, 14, jedoch nicht die dritte Verstärkungsstufe 16 mit Strom versorgt, zeigt der Verstärker 100 aus 6 jedoch eine Konfigurierung, in der die erste bis dritte Verstärkungsstufe 121-123 unter Verwendung des Stromversorgungssteuerblocks 30 mit Strom versorgt werden. Sowohl im Verstärker 20 aus 1B als auch im Verstärker 100 aus 6 wird die vierte Verstärkungsstufe 18 unter Verwendung der Hochspannungsstromhoch- und -stromniedrigversorgungen V₂, V₁ mit Strom versorgt. In bestimmten Ausführungsformen sind Verstärker bereitgestellt, in denen Eingangsstufen und eine oder mehrere Zwischenverstärkungsstufe(n) unter Verwendung eines Stromversorgungssteuerblocks mit Strom versorgt werden, eine Ausgangsstufe kann jedoch unter Verwendung von Hochspannungsstromversorgungen angetrieben werden, damit das Ausgangssignal einen relativ großen Ausgangsspannungsschwankungsbereich haben kann.
Die erste Verstärkungsstufe 121 beinhaltet einen ersten Niedrigspannungseingangs-NMOS-Transistor 107, einen zweiten Niedrigspannungseingangs-NMOS-Transistor 108, einen ersten Niedrigspannungs-PMOS-Lasttransistor 111, einen zweiten Niedrigspannungs-PMOS-Lasttransistor 112 und eine erste Stromquelle 127. Der erste Niedrigspannungseingangs-NMOS-Transistor 107 beinhaltet ein Gate, das elektrisch mit dem nicht invertierten Eingang 11a verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem invertierten Ausgang 13b verbunden ist, und eine Quelle, die elektrisch mit einer Quelle des zweiten Niedrigspannungseingangs-NMOS-Transistors 108 und mit einer ersten Klemme der ersten Stromquelle 127 verbunden ist. Die erste Stromquelle 127 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit der Stromniedrigversorgung V_PWRL verbunden ist, und einen Steuereingang, der konfiguriert ist, um ein Steuersignal von Gleichtaktdetektor- und dem Steuerblock 125 zu empfangen. Der zweite Niedrigspannungseingangs-NMOS-Transistor 108 beinhaltet ferner ein Gate, das elektrisch mit dem invertierten Eingang 11b verbunden ist, und einen Drain, der elektrisch mit dem nicht invertierten Ausgang 13a verbunden ist. Der erste Niedrigspannungs-PMOS-Lasttransistor 111 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit der Stromhochversorgung V_PWRH verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem invertierten Ausgang 13b verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einer vierten Referenzspannung V_REF4 verbunden ist. Der zweite Niedrigspannungs-PMOS-Lasttransistor 112 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit der Stromhochversorgung V_PWRH verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem nicht invertierten Ausgang 13a verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit der vierten Referenzspannung V_REF4 verbunden ist.
Die zweite Verstärkungsstufe 122 beinhaltet einen ersten Niedrigspannungseingangs-PMOS-Transistor 117, einen zweiten Niedrigspannungseingangs-PMOS-Transistor 118, einen ersten Niedrigspannungs-NMOS-Lasttransistor 101, einen zweiten Niedrigspannungs-NMOS-Lasttransistor 102 und eine zweite Stromquelle 128. Der erste Niedrigspannungseingangs-PMOS-Transistor 117 beinhaltet ein Gate, das elektrisch mit dem nicht invertierten Eingang 15a verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem invertierten Ausgang 17b verbunden ist, und eine Quelle, die elektrisch mit einer Quelle des zweiten Niedrigspannungseingangs-PMOS-Transistors 118 und mit einer ersten Klemme der zweiten Stromquelle 128 verbunden ist. Die zweite Stromquelle 128 beinhaltet ferner eine zweite Klemme, die elektrisch mit der Stromhochversorgung V_PWRH verbunden ist, und einen Steuereingang, der konfiguriert ist, um ein Steuersignal vom Gleichtaktdetektor- und Steuerblock 125 zu empfangen. Der zweite Niedrigspannungseingangs-PMOS-Transistor 118 beinhaltet ferner ein Gate, das elektrisch mit dem invertierten Eingang 15b verbunden ist, und einen Drain, der elektrisch mit dem nicht invertierten Ausgang 17a verbunden ist. Der erste Niedrigspannungs-NMOS-Lasttransistor 101 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit der Stromniedrigversorgung V_PWRL verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem invertierten Ausgang 17b verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einer fünften Referenzspannung V_REF5 verbunden ist. Der zweite Niedrigspannungs-NMOS-Lasttransistor 102 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit der Stromniedrigversorgung V_PWRL verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem nicht invertierten Ausgang 17a verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einer fünften Referenzspannung V_REF5 verbunden ist.
Die dritte Verstärkungsstufe 123 beinhaltet erste bis vierte Niedrigspannungs-PMOS-Transistoren 113-116 und erste bis vierte Niedrigspannungs-NMOS-Transistoren 103-106. Der erste Niedrigspannungs-PMOS-Transistor 113 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit der Stromhochversorgung V_PWRH verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem ersten invertierten Eingang 19b verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einem Gate des zweiten Niedrigspannungs-PMOS-Transistors 114, mit einem Drain des dritten Niedrigspannungs-PMOS-Transistors 115 und mit einem Drain des dritten Niedrigspannungs-NMOS-Transistors 105 verbunden ist. Der zweite Niedrigspannungs-PMOS-Transistor 114 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit der Stromhochversorgung V_PWRH verbunden ist, und einen Drain, der elektrisch mit dem ersten nicht invertierten Eingang 19a verbunden ist. Der zweite Niedrigspannungs-PMOS-Transistor 115 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit dem ersten invertierten Eingang 19b verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einer sechsten Referenzspannung V_REF6 verbunden ist. Der vierte Niedrigspannungs-PMOS-Transistor 116 beinhaltet ferner ein Gate, das elektrisch mit der sechsten Referenzspannung V_REF6 verbunden ist, und einen Drain, der elektrisch mit dem Ausgang 23 verbunden ist. Der dritte Niedrigspannungs-NMOS-Transistor 105 beinhaltet ferner eine Quelle, die elektrisch mit dem zweiten invertierten Eingang 21b verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit der siebten Referenzspannung V_REF7 verbunden ist. Der erste Niedrigspannungs-NMOS-Transistor 103 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit der Stromniedrigversorgung V_PWRL verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem zweiten invertierten Eingang 21b verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einer achten Referenzspannung V_REF5 verbunden ist. Der zweite Niedrigspannungs-NMOS-Transistor 104 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit der Stromniedrigversorgung V_PWRL verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem zweiten nicht invertierten Eingang 21a verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit einer achten Referenzspannung V_REF5 verbunden ist. Der vierte Niedrigspannungs-NMOS-Transistor 106 beinhaltet eine Quelle, die elektrisch mit dem zweiten nicht invertierten Eingang 21a verbunden ist, einen Drain, der elektrisch mit dem Ausgang 23 verbunden ist, und ein Gate, das elektrisch mit der siebten Referenzspannung V_REF7 verbunden ist.
Demnach beinhaltet der Verstärker 100 den Stromversorgungssteuerblock 30, der die Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL derart erzeugen kann, dass die Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL der Gleichtakteingangsspannung folgen, während die Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL an die Hochspannungsstromhoch- und -stromniedrigversorgungen V₂, V₁, geklemmt oder durch diese beschränkt sind. Der Verstärker 100 beinhaltet ferner den Gleichtaktdetektor- und Steuerblock 125, der verwendet werden kann, um einen Gleichtaktspannungspegel der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemmen V_in+, V_in- zu verstärken und um die erste und zweite Verstärkungsstufe 121, 122 basierend auf dem erkannten Gleichtaktspannungspegel zu aktivieren oder zu deaktivieren. Das Konfigurieren des Verstärkers 100, sodass er den Stromversorgungssteuerblock 30 und den Gleichtaktdetektor- und Steuerblock 125 beinhaltet, kann dem Verstärker 100 dabei helfen, über eine große Bandbreite von Gleichtakteingangsspannungen arbeiten zu können, einschließlich zum Beispiel über einen Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich, der sich wenigstens zwischen der Hochspannungsstromniedrigversorgung V₁ und der Hochspannungsstromhochversorgung V₂ erstreckt.
In einer Ausführungsform kann der Gleichtaktdetektor- und Steuerblock 125 konfiguriert sein, um die erste Stromquelle 127 der ersten Verstärkungsstufe 121 zu aktivieren und die zweite Stromquelle 128 der zweiten Verstärkungsstufe 122 zu deaktivieren, wenn die Gleichtaktspannung der nicht invertierten und der invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- verhältnismäßig hoch ist, wie eine Grenzwertspannung innerhalb von etwa 1,2 V um die Hochspannungsstromhochversorgung V₂. Zusätzlich kann der Gleichtaktdetektor- und Steuerblock 125 konfiguriert sein, um die erste Stromquelle 127 der ersten Verstärkungsstufe 121 zu aktivieren und die zweite Stromquelle 128 der zweiten Verstärkungsstufe 122 zu deaktivieren, wenn die Gleichtaktspannung der nicht invertierten und der invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- unterhalb der Grenzwertspannung liegt.
Die vierten bis achten Referenzspannungen V_REF4--V_REF8 können jede beliebige geeignete Referenzspannung sein. In bestimmten Ausführungsformen werden die vierten bis achten Referenzspannungen V_REF4--V_REF8 unter Verwendung der Bias-Schaltung erzeugt, die unter Verwendung der Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen V_PWRH , V_PWRL mit Strom versorgt wird. Das Erzeugen der vierten bis achten Referenzspannungen V_REF4--V_REF8 auf diese Weise kann sich für die Vorspannung der Niedrigspannungstransistoren in der ersten bis dritten Verstärkungsstufe 121-123 als hilfreich erweisen, während gleichzeitig Transistordurchschlagbedingungen von Gate zu Drain und/oder Quelle zu Drain über den Gleichtakteingangsspannungsbetriebsbereich des Verstärkers vermieden werden.
7 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Verstärkers 130. Der Verstärker 130 beinhaltet die erste Verstärkungsstufe 2, die zweite Verstärkungsstufe 6, die dritte Verstärkungsstufe 8, den Stromversorgungssteuerblock 30, eine Eingangszerhackerschaltung 131, eine Ausgangszerhackerschaltung 132, eine Eingangszerhackersteuerschaltung 133, eine Ausgangszerhackersteuerschaltung 134 und einen Kerbfilter 135. Der Verstärker 130 beinhaltet ferner die nicht invertierte Eingangsspannungsklemme V_in+, die invertierte Eingangsspannungsklemme V_in- und die Ausgangsspannungsklemme Vout.
Der Verstärker 130 aus 7 ähnelt dem Verstärker 10 aus 1A, außer dass der Verstärker 130 ferner die Eingangszerhackerschaltung 131, die Ausgangszerhackerschaltung 132, die Eingangszerhackersteuerschaltung 133, die Ausgangszerhackersteuerschaltung 134 und den Kerbfilter 135 beinhaltet. Die Eingangszerhackerschaltung 131 beinhaltet einen Zeitgebereingang, der konfiguriert ist, um ein erstes Zerhackerzeitgebersignal zu empfangen, das von der Eingangszerhackersteuerschaltung 133 erzeugt wird, einen Differenzialeingang, der elektrisch mit der nicht invertierten und invertierten Eingangsspannungsklemme V_in+, V_in- verbunden ist, und einen Differenzialausgang, der elektrisch mit den nicht invertierten und invertierten Eingängen 1a, 1b der Eingangsverstärkungsstufe 2 verbunden ist. Zusätzlich beinhaltet die Ausgangszerhackerschaltung 132 einen Zeitgebereingang, der konfiguriert ist, um ein zweites Zerhackerzeitgebersignal zu empfangen, das von der Ausgangszerhackersteuerschaltung 134 erzeugt wird, einen Differenzialeingang, der elektrisch mit den nicht invertierten und invertierten Ausgängen 3a, 3b der Eingangsverstärkungsstufe 2 verbunden ist, und einen Differenzialausgang, der elektrisch mit einem Differenzialeingang des Kerbfilters 135 verbunden ist. Ferner beinhaltet der Kerbfilter 135 einen Differenzialausgang, der elektrisch mit den nicht invertierten und invertierten Eingängen der zweiten Verstärkungsstufe 6 verbunden ist.
Die Eingangszerhackerschaltung 131 kann verwendet werden, um die nicht invertierten und invertierten Eingänge 1a, 1b der ersten Verstärkungsstufe 2 zu zerhacken, indem periodisch die positiven und negativen Eingangsspannungsklemmen V_IN+, V_IN- in einer Zerhackerfrequenz des durch die Eingangszerhackersteuerschaltung 133 erzeugten Zerhackerzeitgebersignals gewechselt oder zerhackt werden. Zum Beispiel kann die Eingangszerhackerschaltung 131 verwendet werden, um regelmäßig die Polarität des an die erste Verstärkungsstufe 2 bereitgestellten, zwischen den positiven und negativen Eingangsspannungsklemmen V_IN+, V_IN- empfangenen Differenzialeingangsspannungssignals umzukehren. Zusätzlich kann die Ausgangszerhackerschaltung 132 verwendet werden, um die nicht invertierten und invertierten Ausgänge 3a, 3b der ersten Verstärkungsstufe 2 zu zerhacken. Die Eingangszerhackerschaltung 131 kann arbeiten, um den Frequenzinhalt oder das Spektrum des Eingangssignals des Verstärkers durch die Zerhackerfrequenz hoch zu stufen, und die Ausgangszerhackerschaltung 132 kann arbeiten, um den Frequenzinhalt des Eingangssignals des Verstärkers durch die Zerhackerfrequenz herunter zu stufen.
Das von der ersten Verstärkungsstufe 2 erzeugte Differenzialausgangssignal kann eine Größenordnung im Bereich der Zerhackerfrequenz aufweisen, die sich proportional zur Eingangs-Offset-Spannung des Verstärkers 130 verhält. In Abwesenheit eines Eingangssignals an die erste Verstärkungsstufe 2 kann zum Beispiel das Differenzialausgangssignal der ersten Verstärkungsstufe 2 ein Rechteckwellensignal mit einer Stärke, die sich proportional zu der Eingangs-Offset-Spannung des Verstärkers verhält, und einer Frequenz, die ungefähr gleich der Zerhackerfrequenz des von der Eingangszerhackersteuerschaltung 133 erzeugten Zerhackerzeitgebersignals ist, sein. Da ein derartiges Rechteckwellensignal gleichermaßen durch eine Fourierreihe an Sinuswellen in der Zerhackerfrequenz und in ungeraden Harmonien davon repräsentiert werden kann, kann das Differenzialausgangssignal der ersten Verstärkungsstufe 2 in der Nähe der Zerhackerfrequenz eine Stärke aufweisen, die sich im Verhältnis zur Eingangs-Offset-Spannung des Verstärkers 130 verändert. Der Kerbfilter 135 kann das Differenzialausgangssignal der Ausgangszerhackerschaltung 132 in der Zerhackerfrequenz ausfiltern, wodurch die Eingangs-Offset-Spannung des Verstärkers verringert oder entfernt wird. Das Eingangssignal des Verstärkers kann jedoch von der Eingangszerhackerschaltung 131 hochgestuft und von der Ausgangszerhackerschaltung 132 heruntergestuft werden und demnach im Wesentlichen ohne Abschwächung den Kerbfilter 135 passieren.
Wie in 7 dargestellt, wird die Eingangszerhackersteuerschaltung 133 unter Verwendung der durch den Stromversorgungssteuerblock 30 erzeugten Stromhochversorgung V_PWRH und Stromniedrigversorgung V_PWRL mit Strom versorgt. Durch diese Stromversorgung der Eingangszerhackersteuerschaltung 133 kann die Eingangszerhackersteuerschaltung 133 ein Zerhackerzeitgebersignal erzeugen, das einen Spannungspegel aufweist, der sich mit der Gleichtakteingangsspannung des Verstärkers 130 ändert. In bestimmten Ausführungsformen kann der Stromversorgungssteuerblock 30 nicht nur verwendet werden, um Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen für eine Eingangsverstärkungsstufe zu erzeugen, sondern auch, um Stromhoch- und Stromniedrigversorgungen für die Eingangszerhackersteuerschaltung 133 zu erzeugen.
Die vorangehende Beschreibung und die Ansprüche können sich auf Elemente oder Merkmale als miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ beziehen. Wie sie hierin verwendet wird, bedeutet die Bezeichnung „verbunden“, außer dies ist ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist, und nicht unbedingt mechanisch. Auf ähnliche Art und Weise bedeutet die Bezeichnung „gekoppelt“, außer dies ist ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal gekoppelt ist, und nicht unbedingt mechanisch. Wenngleich die verschiedenen in den Abbildungen gezeigten schematischen Darstellungen beispielhafte Anordnungen von Elementen und Komponenten zeigen, können demnach zusätzliche Zwischenelemente, Geräte, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein (vorausgesetzt, dass die Funktionalität der dargestellten Schaltungen nicht nachteilig beeinflusst wird).
Anwendungen
Geräte, in denen die oben beschriebenen Systeme verwendet werden, können in verschiedene elektronische Geräte implementiert sein. Zum Beispiel können Verstärker in Verbraucherelektronikprodukten, Teilen von Verbraucherelektronikprodukten, elektronischen Prüfgeräten, Speicherchips, Speichermodulen, Schaltungen von optischen Netzwerken oder anderen Kommunikationsnetzwerken und Plattenlaufwerkschaltungen verwendet werden. Die Verbraucherelektronikprodukte können ein Mobiltelefon, ein Telefon, einen Fernseher, einen Computerbildschirm, einen Computer, einen tragbaren Computer, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), eine Mikrowelle, einen Kühlschrank, ein Automobil, eine Stereoanlage, einen Rekorder oder ein Abspielgerät für Kassetten, einen DVD-Player, einen CD-Player, einen Videorekorder, einen MP3-Player, ein Radio, einen Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, einen tragbaren Speicherchip, eine Waschmaschine, einen Trockner, eine Waschmaschine mit Trocknerfunktion, ein Kopiergerät, ein Faxgerät, einen Scanner, ein multifunktionales Peripheriegerät, eine Armbanduhr, eine Uhr, ein globales Positionsbestimmungssystem-(GPS)-Gerät, ein Fernsteuerungsgerät, ein drahtloses Netzwerkterminal usw. beinhalten, wobei diese Auflistung nicht abschließend ist. Ferner kann das elektronische Gerät unvollendete Produkte beinhalten.
Wenngleich diese Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, fallen andere, für Fachleute ersichtliche Ausführungsformen, einschließlich Ausführungsformen, die nicht alle der hierin aufgeführten Merkmale und Vorteile bereitstellen, ebenfalls in den Umfang dieser Erfindung. Ferner können die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Zudem können bestimmte im Zusammenhang einer Ausführungsform gezeigte Merkmale auch in andere Ausführungsformen integriert werden. Dementsprechend ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch Verweis auf die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Verstärker, aufweisend: einen ersten Eingangsanschluss; einen zweiten Eingangsanschluss; eine erste Verstärkungsstufe, die ausgebildet ist, um eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangsanschluss zu verstärken, um ein erstes verstärktes Signal zu erzeugen; und einen Stromversorgungssteuerblock, der ausgebildet ist, um ein Referenzsignal zu empfangen, das wenigstens eine von einer Spannung des ersten Eingangsanschlusses oder einer Spannung des zweiten Eingangsanschlusses anzeigt, wobei der Stromversorgungssteuerblock ausgebildet ist, um eine Stromhochversorgung und eine Stromniedrigversorgung für die erste Verstärkungsstufe zu erzeugen, und wobei der Stromversorgungsteuerblock ferner ausgebildet ist, um wenigstens teilweise basierend auf dem Referenzsignal einen Spannungspegel der Stromhochversorgung und einen Spannungspegel der Stromniedrigversorgung zu steuern, und wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner konfiguriert ist, um die Stromniedrig- und Stromhochversorgung aus einer ersten Hochspannungsstromversorgung und aus einer zweiten Hochspannungsstromversorgung zu erzeugen, und der Stromversorgungssteuerblock ferner ausgebildet ist, um den minimalen Spannungspegel der Stromniedrigversorgung auf einen Spannungspegel der ersten Hochspannungsstromversorgung zu begrenzen und um den maximalen Spannungspegel der Stromhochversorgung auf einen Spannungspegel der zweiten Hochspannungsstromversorgung zu begrenzen.
Verstärker nach Anspruch 1, wobei der Stromversorgungssteuerblock ausgebildet ist, um eine Spannungsdifferenz zwischen der Stromhochversorgung und der Stromniedrigversorgung im Wesentlichen so zu steuern, dass sie im Wesentlichen konstant ist.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromversorgungssteuerblock eine Spannungsquelle und einen Spannungssteuerblock umfasst, wobei der Spannungssteuerblock ausgebildet ist, um den Spannungspegel von einer von der Stromniedrigversorgung oder der Stromhochversorgung basierend auf dem Referenzsignal zu steuern, und wobei die Spannungsquelle ausgebildet ist, um den Spannungspegel der anderen der Stromniedrigversorgung oder der Stromhochversorgung derart zu steuern, dass die Spannungsdifferenz zwischen der Stromhochversorgung und der Stromniedrigversorgung im Wesentlichen konstant ist.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärker ferner eine Ausgangsverstärkungsstufe umfasst, wobei die Ausgangsverstärkungsstufe ausgebildet ist, um das erste verstärkte Signal zu verstärken, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, und wobei die Ausgangsverstärkungsstufe unter Verwendung der ersten Hochspannungsstromversorgung und der zweiten Hochspannungsstromversorgung mit Strom versorgt wird, und wobei eine Spannungsdifferenz zwischen der zweiten und ersten Hochspannungsstromversorgung größer ist als die Spannungsdifferenz zwischen der Stromhochversorgung und der Stromniedrigversorgung.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Verstärkungsstufe eine Mehrzahl an Niedrigspannungstransistoren umfasst und wobei die Ausgangsverstärkungsstufe eine Mehrzahl an Hochspannungstransistoren umfasst, wobei die Hochspannungstransistoren eine höhere Durchschlagspannung haben als die Niedrigspannungstransistoren.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine Eingangszerhackerschaltung und eine Eingangszerhackersteuerschaltung umfasst, wobei die Eingangszerhackerschaltung ausgebildet ist, um periodisch den ersten und zweiten Eingangsanschluss basierend auf einem Zerhackerzeitgebersignal, das von der Eingangszerhackersteuerschaltung erzeugt wird, zu zerhacken, wobei die Eingangszerhackersteuerschaltung von der Stromhochversorgung und der Stromniedrigversorgung mit Strom versorgt wird.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine zweite Verstärkungsstufe umfasst, die ausgebildet ist, um die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangsanschluss zu verstärken und ein zweites verstärktes Signal zu erzeugen, wobei die zweite Verstärkungsstufe durch die Stromhochversorgung und die Stromniedrigversorgung mit Strom versorgt wird.
Verstärker nach Anspruch 7, der ferner einen Gleichtaktdetektor- und -steuerblock umfasst, wobei die erste Verstärkungsstufe ein Niedrigspannungs-n-Typ-Eingangstransistor-Differenzialpaar umfasst und wobei die zweite Verstärkungsstufe ein Niedrigspannungs-p-Typ-Eingangstransistor-Differenzialpaar umfasst und wobei der Gleichtaktdetektor- und - steuerblock ausgebildet ist, um eine Gleichtaktspannung des ersten und zweiten Eingangsanschlusses zu erkennen, um eine erkannte Gleichtaktspannung zu erzeugen und wobei der Gleichtaktdetektor- und -steuerblock ferner ausgebildet ist, um selektiv jede der ersten und zweiten Verstärkungsstufe basierend auf der erkannten Gleichtaktspannung zu aktivieren, wobei eine Durchschlagspannung des Niedrigspannungs-n-Typ-Eingangstransistor-Differenzialpaars und eine Durchschlagspannung des Niedrigspannungs-p-Typ-Eingangstransistor-Differenzialpaars nicht für den Betrieb mit der ersten Hochspannungsstromversorgung oder der zweiten Hochspannungsstromversorgung geeignet sind.
Verstärker nach Anspruch 8, der ferner eine dritte Verstärkungsstufe, eine vierte Verstärkungsstufe und einen Ausgangsspannungsanschluss umfasst, wobei die dritte Verstärkungsstufe ausgebildet ist, um das erste und zweite verstärkte Signal zu kombinieren, um ein drittes verstärktes Signal zu erzeugen, und wobei die vierte Verstärkungsstufe ausgebildet ist, um das dritte verstärkte Signal zu verstärken, um ein Ausgangssignal auf dem Ausgangsspannungsanschluss zu erzeugen, und wobei die dritte Verstärkungsstufe unter Verwendung der Stromhochversorgung und der Stromniedrigversorgung mit Strom versorgt wird und wobei die vierte Verstärkungsstufe unter Verwendung einer ersten Hochspannungsstromversorgung und einer zweiten Hochspannungsstromversorgung mit Strom versorgt wird.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen Gleichtaktdetektorblock umfasst, der ausgebildet ist, um basierend auf einer Gleichtaktspannung des ersten und zweiten Eingangsanschlusses das Referenzsignal zu erzeugen.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Referenzsignal basierend auf einem Spannungspegel des ersten Eingangsanschlusses erzeugt wird.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner eine erste Zenerdiode, eine zweite Zenerdiode und eine Verstärkungsschaltung umfasst, wobei die erste und zweite Zenerdiode elektrisch in Reihe geschaltet sind und wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner ausgebildet ist, um den Spannungspegel der Stromhochversorgung basierend auf einem Spannungspegel einer Kathode der zweiten Zenerdiode zu steuern, und wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner ausgebildet ist, um den Spannungspegel der Stromniedrigversorgung basierend auf einem Spannungspegel einer Anode der ersten Zenerdiode zu steuern, und wobei die Verstärkungsschaltung ausgebildet ist, um einen Spannungspegel einer Kathode der ersten Zenerdiode und einen Spannungspegel einer Anode der zweiten Zenerdiode basierend auf einem Spannungspegel des Referenzsignals zu steuern.
Verstärker nach Anspruch 12, wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner einen ersten Low-Dropout-(LDO)-Regler und einen zweiten LDO-Regler umfasst, wobei der erste LDO-Regler ausgebildet ist, um den Spannungspegel der Stromniedrigversorgung basierend auf dem Spannungspegel der Anode der ersten Zenerdiode zu steuern, und wobei der zweite LDO-Regler ausgebildet ist, um den Spannungspegel der Stromhochversorgung basierend auf dem Spannungspegel der Kathode der zweiten Zenerdiode zu steuern.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromversorgungssteuerblock einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, eine Bandlückenreferenzspannungsquelle und eine Verstärkungsschaltung umfasst, wobei der erste und zweite Widerstand elektrisch in Reihe geschaltet sind und wobei die Verstärkungsschaltung elektrisch in einer rückgekoppelten Konfigurierung verbunden ist, die eine Spannung über jeden des ersten und zweiten Widerstands bereitstellt, die ungefähr einer Spannung der Bandlückenreferenzspannungsquelle entspricht.
Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner ausgebildet ist, um den Spannungspegel der Stromniedrigversorgung basierend auf einem Spannungspegel eines ersten Endes des ersten Widerstands zu steuern, und wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner ausgebildet ist, um den Spannungspegel der Stromhochversorgung basierend auf einem Spannungspegel eines ersten Endes des zweiten Widerstands zu steuern, und wobei der Stromversorgungssteuerblock ferner ausgebildet ist, um einen Spannungspegel eines zweiten Endes des ersten Widerstands und eines zweiten Endes des zweiten Widerstands basierend auf einem Spannungspegel des Referenzsignals zu steuern.
Verfahren zur Stromversorgung eines Verstärkers, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen einer ersten Hochspannungsstromversorgung und einer zweiten Hochspannungsstromversorgung; Erzeugen einer Stromniedrigversorgung und einer Stromhochversorgung aus der ersten und zweiten Hochspannungsstromversorgung; Empfangen eines Referenzsignals, das wenigstens eine von einer Spannung eines ersten Eingangsanschlusses des Verstärkers oder einer Spannung eines zweiten Eingangsanschlusses des Verstärkers anzeigt; Steuern eines Spannungspegels der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung basierend wenigstens teilweise auf dem Referenzsignal; Versorgen einer Eingangsverstärkungsstufe des Verstärkers mit Strom mit der Stromhoch- und Stromniedrigversorgung; Versorgen einer Ausgangsverstärkungsstufe des Verstärkers mit Strom mit der ersten und zweiten Hochspannungsstromversorgung; Begrenzen des minimalen Spannungspegels der Stromniedrigversorgung auf einen Spannungspegel der ersten Hochspannungsstromversorgung; und Begrenzen des maximalen Spannungspegels der Stromhochversorgung auf einen Spannungspegel der zweiten Hochspannungsstromversorgung.