专利名称：阿莱效应消除电路和消除方法、差分放大器及线性稳压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及阿莱效应消除电路和阿莱效应消除方法，更具体地，涉及能够防止由阿莱效应生成的电流出现在电流镜电路的输出电流中的电路和方法。
背景技术：
如果在流入电流镜电路的输入电流中包含由于阿莱效应(Earlyeffect)而引起的电流变化分量，则其效应将直接出现在电流镜电路的输出电流中。因此，作为在线性稳压器(linear regulator)系统的DC-DC变换器(converter)中使用的示例，解释了该电流镜电路。
在膝上型以及其他便携式电器中，电池被用作电器的电源，但是电池电压通常随着放电的进行而下降，并且通过使用DC-DC变换器来试图稳定电池输出电压，以保持电器中所使用的电压恒定。在小输出电流容量的情形中，由于DC-DC变换器的物理尺寸或者扼流圈的成本方面的原因，常常使用线性稳压器。小容量的线性稳压器由单芯片半导体组成，并且其物理尺寸小、成本低。如果输入和输出电压比小，则线性稳压器的效率足以用于实际应用。具体地，在开关噪声必须被消除的声源电路等中，优选地使用线性稳压器。
在本申请提交之前所研究的现有技术文献中，在本申请之前提交或公开的出版物、论文以及其他印刷文献中没有披露过涉及本申请的发明的信息。因此，本申请没有引用现有技术和文献信息。
发明内容
如果在流入电流镜电路的输入电流中包含由于阿莱效应引起的电流变化分量，则因为电流变化分量直接出现在电流镜电路的输出电流中，所以，这是一个问题。具体地，当电流镜电路被用在线性稳压器中作为声源电路时，可能在线性稳压器的输出电压中出现纹波噪声，并且声音质量可能恶化。为了防止从线性稳压器输出纹波噪声，通过在输出级中安装由线圈(或电阻)和电容器组成的滤波器，可以强制抑制纹波噪声。但是这种滤波器使用电容器等，并且安装面积大，导致增大了芯片尺寸。
本发明被设计来解决背景技术中的至少一个问题，因此本发明的目的是提供能够防止电流镜电路的输入晶体管中由于阿莱效应生成的电流出现在电流镜电路的输出电流中的阿莱效应消除电路和阿莱效应消除方法。本发明的目的还在于提供能够防止输入电压中的纹波噪声出现在输出电压中的DC-DC变换器的控制电路。
为了达到上述目的，根据本发明第一方面的阿莱效应消除电路包括电流镜电路、用于向电流镜电路提供输入电流的第一输入晶体管、用于向电流镜电路提供消除电流的辅助电流镜电路，和用于向辅助电流镜电路提供消除电流的第二输入晶体管。
阿莱效应消除电路包括电流镜电路。第一输入晶体管向电流镜电路提供输入电流。辅助电流镜电路向电流镜电路提供消除电流。第二输入晶体管向辅助电流镜电路提供消除电流。
当在电流镜电路的电源电压等之中生成纹波电压时，在第一输入晶体管中生成由于阿莱电压效应而流动的电流。因此，输入电流包括由阿莱电压效应生成的电流。在第二输入晶体管中，也生成由于阿莱电压效应而流动的电流。从第二输入晶体管所提供的电流从辅助电流镜电路中流出作为消除电流。因此，消除电流包括由阿莱电压效应生成的电流。
从辅助电流镜电路所提供的消除电流加到电流镜电路的输入电流中。进入电流镜电路的电流是输入电流减去消除电流。在相减时，消除了由阿莱电压效应引起的电流。
结果，防止了在电流镜电路的第一输入晶体管中由于阿莱电压效应生成的电流出现在电流镜电路的输出中。因此，防止了由于阿莱效应引起的纹波噪声泄漏到电流镜电路的输出电流中。
另外，根据本发明第一方面的阿莱效应消除方法包括向电流镜电路提供包含由阿莱电压效应生成的电流在内的输入电流的步骤、向电流镜电路提供包含由阿莱电压效应生成的电流在内的消除电流的步骤，以及向电流镜电路提供通过从输入电流中减去消除电流得到的电流的步骤。
电流镜电路的输入电流包含由阿莱电压效应引起的电流。消除电流也包含由阿莱电压效应引起的电流。实际进入电流镜电路的电流是通过从输入电流中减去消除电流得到的。在相减时，消除了由阿莱电压效应引起的电流。
结果，防止了由阿莱电压效应引起的电流分量(即，输入电流中包含的分量)出现在电流镜电路的输出中。
本发明第二方面的差分放大器包括至少一个连接成二极管的晶体管作为有源负载元件，并具有差分输出端，并且还包括至少一个辅助差分放大器，所述辅助差分放大器具有电流镜电路作为有源负载元件，其中辅助差分放大器中的一对输入端连接到差分放大器的差分输入端，并且辅助差分放大器的输出端连接到差分放大器的至少一个差分输出端。
差分放大器包含连接成二极管的晶体管和差分输出端。所述差分放大器包含至少一个被构成为具有电流镜电路的辅助差分放大器，其中辅助差分放大器的一对输入端分别连接到差分放大器的差分输入端，并且辅助差分放大器的输出端连接到差分放大器的差分输出端中的至少一个。
差分放大器的每个输出电流包含由阿莱电压效应引起的电流分量。辅助差分放大器的每个输出电流也以与差分放大器的每个输出电流相对应的模式包含由阿莱电压效应引起的电流分量。当辅助差分放大器的输出端连接到至少一个差分输出端时，辅助差分放大器的输出电流与差分放大器的输出电流相合并。在合并时，消除了由阿莱电压效应引起的电流。结果，防止了由阿莱电压效应引起的电流分量出现在差分放大器的每个输出中。
当结合附图阅读下面的详细描述时，本发明的上述以及其他目的和新颖特征将更全面地体现出来。然而，应该清楚地理解，附图只是用于说明的目的，而不是要定义本发明的界限。
图1示出了根据原理图的阿莱效应消除电路1；图2示出了根据原理图的阿莱效应消除电路1a；图3示出了第一实施例中的线性稳压器20；图4示出了线性稳压器20中阿莱电压电流对输出电压Vo的影响；图5示出了第二实施例中的线性稳压器20a；并且图6示出了线性稳压器20n。
具体实施例方式
下面将参考图1至图6来具体解释阿莱效应消除电路、差分放大器、线性稳压器和阿莱效应消除方法的具体实施例。图1和图2中示出了本发明的原理图。
图1示出了阿莱效应消除电路1。阿莱效应消除电路1包括电流镜电路2、辅助电流镜电路3以及输入晶体管PQ1和PQ2。电流镜电路2和辅助电流镜电路3在连接和配置方面相同。输入晶体管PQ1和PQ2在连接和配置方面相同。辅助电流镜3的输出端连接到电流镜电路2的输入端。辅助电流镜电路3与电流镜电路2并联连接。辅助电流镜电路3的输出电流添加到电流镜电路2的输入电流中。电流镜电路2流出输出电流Io。
输入晶体管PQ1串联连接到电流镜电路2的二极管组件部分一侧。在该二极管组件部分中，下降了一定量的电压。当电流镜电路2的电源电压Vcc中产生了纹波电压时，因为在电流镜电路2的二极管组件部分中的电压下降量是固定的，所以纹波电压直接出现在输入晶体管PQ1的漏极端。结果，流入输入晶体管PQ1的电流IA由于阿莱效应而波动。假设由于阿莱效应而流入输入晶体管PQ1的电流分量是电流α，则流入晶体管PQ1的电流表示为(IA+α)。
类似地，流入输入晶体管PQ2的电流IB由于阿莱效应而波动。这里，电流镜电路2和辅助电流镜电路3在电路配置上相同。在两个电流镜电路中，提供了相同的电源电压Vcc。因此，经由电流镜电路2施加在输入晶体管PQ1的电流路径端的电压与经由辅助电流镜电路3施加在输入晶体管PQ2的电流路径端的电压相同。此时，在输入晶体管PQ1和PQ2的漏极端出现的电源电压Vcc的纹波电压也相同。结果，由于阿莱效应而在输入晶体管PQ1和PQ2中出现的电流波动分量应该几乎彼此相等。这样，由于阿莱效应而流入输入晶体管PQ2的电流可以表示为α，并且流入输入晶体管PQ2的电流表示为(IB+α)。
下面解释操作。辅助电流镜电路3与电流镜电路2并联，作为用于检测阿莱电压的电路。辅助电流镜电路3的输出电流(IB+α)被加到电流镜电路2的输入电流中。进入电流镜电路2的电流是流入晶体管PQ1的电流减去辅助电流镜电路3的输出电流，即，(IA-IB)。由此得知，从电流镜电路2的输入电流中消除了由于阿莱电压而出现的电流α。电流镜电路流出输出电流Io(＝IA-IB)。
结果，防止了由于阿莱电压效应在电流镜电路2的输入晶体管PQ1中生成的电流α出现在输出电流Io中。同时，防止了由于阿莱效应而引起的纹波噪声泄漏到电流镜电路2的输出电流中。
输出电流Io的电流值是是输入晶体管PQ1的电流(电流IA)和输入晶体管PQ2的电流(电流IB)的差分值。因此，为了获得指定电流值的输出电流Io，应该适当地设置电流IA和电流IB的值，从而电流IA和电流IB的差分值可以是指定的电流值。优选地，电流IA和电流IB的值应该彼此不同。
图2示出了阿莱效应消除电路1a。阿莱效应消除电路1a类似于图1中的阿莱效应消除电路1，只是交换了晶体管的极性和电源电压Vcc-接地电压的连接。阿莱效应消除电路1a包括电流镜电路2a、辅助电流镜电路3a以及输入晶体管PQ1a和PQ2a。其他配置与阿莱效应消除电路1(图1)相同，并且省略了对此的描述。
假设由于阿莱电压效应流入输入晶体管PQ1a的电流是电流β，则流入晶体管PQ1a的电流可以表示为(IA+β)。如上所述，由于阿莱效应流入输入晶体管PQ2a的电流也应该是电流β，所以流入输入晶体管PQ2a的电流可以表示为(IB+β)。从电流镜电路2a的输入电流中减去了辅助电流镜电路3a的输出电流(IB+β)。因此，进入电流镜电路2a的电流是流入晶体管PQ1a的电流减去辅助电流镜电路3a的输出电流，表示为(IA-IB)。由此得知，从电流镜电路2a的输入电流中消除了由于阿莱电压而生成的电流β。电流镜电路2a流出输出电流Io(＝IA-IB)。
这样，防止了由于阿莱电压效应在电流镜电路2a的输入晶体管PQ1a中生成的电流β出现在输出电流Io中。即，防止了由于阿莱效应而引起的纹波噪声泄漏到电流镜电路2a的输出电流中。
下面参考图3至图5描述本发明的第一和第二实施例。在第一和第二实施例中，本发明的阿莱效应消除电路被应用于线性稳压器。
在第一实施例中，通过参考图3，解释驱动器电路21中阿莱电压效应的消除。图3所示的线性稳压器20包括驱动器电路21、阿莱电压检测器22、误差放大器23、主晶体管FET1、电容器C1以及电阻元件R1和R2。线性稳压器20接收输入电压Vi，并且发送出输出电压Vo。主晶体管FET1是用于调节输入电压Vi的晶体管，并且送出输出电压Vo。输入电压Vi进入主晶体管FET1的源极，并且从漏极送出输出电压Vo。驱动器电路21的输出端连接到主晶体管FET1的控制电极(栅极)。电容器C1是用于平滑输出电压Vo的电容器。
驱动器电路21是用于通过接收误差放大器23的输出来驱动主晶体管FET1的电路。驱动器电路21包括晶体管Q7、Q8，用于组成电流镜电路25，以驱动主晶体管FET1。驱动器电路21还包括输入晶体管Q5、Q6，用于从误差放大器23接收差分输出信号。驱动器电路21的输入晶体管Q5和误差放大器23的输出晶体管Q3被连接为电流镜电路配置。输入晶体管Q5的大小是输出晶体管Q3的两倍。
阿莱电压检测器22是用于检测由阿莱电压效应所生成的电流的电路。阿莱电压检测器22包括用于从误差放大器23接收输出的晶体管Q9以及用于组成辅助电流镜电路26的晶体管Q10、Q11。阿莱电压检测器22的端间连接方式和驱动器电路21相同。
误差放大器23是具有反相输入和非反相输入的电压放大器。误差放大器23包括恒流源CG、电阻元件R3、R4、用于差分输入的输入晶体管Q1、Q2以及用于输出的输出晶体管Q3、Q4。参考电压e1进入到误差放大器23的反相输入。参考电压e1是用于控制线性稳压器20的输出电压Vo的参考电压。在误差放大器23的非反相输入中，进入了线性稳压器的输出电压Vo被电阻元件R1、R2分压后的电压。在输出电压Vo是预定电压情况下，在指定电阻元件R1和R2的电阻值时，如此设置分压，以使其与参考电压e1一致。
下面解释线性稳压器20的操作。参考电压e1进入到作为误差放大器23的反相输入的输入晶体管Q1。此时，流入晶体管Q1的电流IQ1的电流值假设为(i1)。因为与输入晶体管Q1串联连接的晶体管Q3构成了二极管，所以流入晶体管Q3的电流IQ3的电流值也是(i1)。
在作为误差放大器23的非反相输入的晶体管Q2中，进入了输出电压Vo被电阻元件R1和R2分压后的电压。此时，流入晶体管Q2的电流IQ2的电流值是(i2)。因为晶体管Q4与晶体管Q2串联连接，所以流入晶体管Q4的电流IQ4也是电流(i2)。流入输入晶体管Q1和Q2的电流与从恒流源CG提供的电流(i0)之间建立了如下的公式。
i0＝i1+i2(公式1)误差放大器23的输出晶体管Q3和驱动器电路21的输入晶体管Q5被连接为电流镜电路配置。输入晶体管Q5的大小是输出晶体管Q3的两倍，因此，电流提供容量也加倍。因此，流入输入晶体管Q5的电流IQ5是流入晶体管Q3的电流IQ3的电流值的两倍，即(2(i1))。
这里，输入晶体管Q5的漏极端串联连接到晶体管Q7。因为晶体管Q7构成二极管，所以电压下降量是常数。在输入晶体管Q5的漏极端中，直接出现输入电压Vi的纹波电压。由于这种纹波电压，输入晶体管Q5受到阿莱效应影响。假设由于阿莱效应流入输入晶体管Q5的电流是电流α。则流入输入晶体管Q5的电流IQ5的值可以表示为加上该电流α，即，(2(i1)+α)。
类似地，误差放大器23的输出晶体管Q4和阿莱电压检测器22的输入晶体管Q9连接为电流镜电路配置。输入晶体管Q9的大小与输出晶体管Q4相同。因此，流入输入晶体管Q9的电流IQ9是电流(i2)。
输入晶体管Q9的漏极端串联连接到晶体管Q10。因为晶体管Q10构成了二极管，所以电压下降数量是常数。因此，在输入晶体管Q9的漏极端，直接出现输入电压Vi的纹波电压，并且由于该纹波电压，输入晶体管Q9受到阿莱效应的影响。
下面解释在输入晶体管Q9中由阿莱效应生成的电流。电流镜电路25的晶体管Q7和辅助电流镜电路26的晶体管Q10的晶体管大小相等，并且同为二极管配置。在这两个电流镜电路中，共同提供了相同的输入电压Vi。因此，经由晶体管Q7施加在输入晶体管Q5的电流路径端之间的电压与经由晶体管Q10施加在输入晶体管Q9的电流路径端之间的电压彼此相等。此时，在输入晶体管Q9和Q5的漏极端出现的输入电压Vi的纹波电压也相等。因此，由于阿莱效应流入输入晶体管Q5的电流与由于阿莱效应流入输入晶体管Q9的电流是由相等的纹波电压生成的。这两个电流近似为几乎相同的电流值，并且由于阿莱效应流入输入晶体管Q9的电流可以表示为α。因此，流入输入晶体管Q9的电流IQ9的值表示为(i2+α)。
因为晶体管Q10串联连接到输入晶体管Q9，所以流入晶体管Q10的电流IQ10的值是与电流IQ9相等的电流值(i2+α)。因为晶体管Q10和输出晶体管Q11构成了电流镜电路，所以流入输出晶体管Q11的电流IQ11是与电流IQ10相等的电流值(i2+α)。这里，电流IQ11被定义为消除电流。
输出晶体管Q11与驱动器电路21的晶体管Q7并联连接。作为阿莱电压检测器22的输出电流的电流IQ11流入驱动器电路21的输入晶体管Q5。进入电流镜电路25的电流IQ7是流入输入晶体管Q5的电流减去流入输出晶体管Q11的电流，这由如下的公式确定。
IQ7＝(2(i1)+α)-(i2+α)＝(2(i1)-i2) (公式2)从公式2可知，通过在输入晶体管Q5的电流IQ5中加上电流IQ11，电流镜电路25的输入电流(电流IQ7)可以消除电流α。因为晶体管Q7和Q8构成了电流镜电路，所以从电流镜电路25流出的电流IQ8等于电流IQ7，即(2(i1)-i2)。
下面解释驱动器电路21的输出电流Io。在驱动器电路21中，输入晶体管Q6和晶体管Q8串联连接。因此，从这两个晶体管的接点流出的输出电流Io变为流入输入晶体管Q6的电流IQ6与从电流镜电路25流出的电流IQ8之间的差。
下面确定电流IQ6。输入晶体管Q6连接到输出晶体管Q4，并且连接为电流镜电路配置。这两个晶体管的大小相等。流入晶体管Q6的电流IQ6与输出晶体管Q4的电流值(i2)相同。由于与输入晶体管Q6串联连接的晶体管Q8与晶体管Q7是电流镜电路配置，所以晶体管Q8是恒流电路。因此，输入晶体管Q6不受阿莱效应的影响。
输出电流Io由如下的公式确定。
输出电流Io＝IQ8-IQ6＝(2(i1)-i2)-(i2)＝2(i1-i2)(公式3)从公式3可知，计算了误差放大器23中差分输入电流i1、i2的误差电流，并且作为输出电流Io流出。
输出电流Io是用于驱动主晶体管FET1的电流。即，当输出电压Vo下降时，由电阻元件R1和R2得到的分压电压降低，并且误差放大器23的非反相输入晶体管Q2的输入电压降低。结果，流入输入晶体管Q2的电流i2增加，并且流入输入晶体管Q1的电流i1减小。此时，根据公式3，输出电流Io减小，并且主晶体管FET1的栅极电压下降。因为栅极电压下降，所以主晶体管FET1的导通电阻减小，并且输出电压Vo上升。因此，输出电压Vo被调节在指定值。
另一方面，当输出电压Vo上升时，由电阻元件R1和R2得到的分压电压升高，并且误差放大器23的非反相输入晶体管Q2的输入电压升高。结果，流入输入晶体管Q2的电流i2减小，并且流入输入晶体管Q1的电流i1增加。此时，根据公式3，输出电流Io增加，主晶体管FET1的栅极电压上升，主晶体管FET1的导通电阻增加，并且输出电压Vo下降。因此，输出电压Vo被调节在指定值。
如这里具体描述的这样，第一实施例中的线性稳压器20中的阿莱效应消除电路包括阿莱电压检测器22，其具有与驱动器电路21相同的连接和配置，并且与驱动器电路21并联连接，检测流入阿莱电源检测22的输入晶体管Q9的电流。可以检测到驱动器电路21的输入晶体管Q5中由于阿莱电压效应生成的电流α。
从阿莱电压检测器22流出的消除电流(电流IQ11)加到驱动器电路21的输入电流(电流IQ5)中。结果，在电流镜电路25的输入电流(电流IQ7)中，可以消除由阿莱电压效应引起的电流α。因此，防止了电流镜电路25的输入和输出电流由于阿莱电压效应而改变。这样，防止了由于阿莱效应在电流镜电路25的输入晶体管Q5中生成的电流α出现在电流镜电路25的输出电流(电流IQ8)中。因此，防止了输入电压Vi中的纹波噪声出现在线性稳压器20的输出电压中。
换言之，由于具有与驱动器电路21配置相同的阿莱电压检测器22，所以在阿莱电压检测器22中生成了与驱动器电路21中生成的纹波电流相同的纹波电流。通过将包含有纹波电流的阿莱电压检测器22的输出电流加到驱动器电路21的输入电流中，消除了输入电流中的纹波电流。
根据使用驱动器电路21和阿莱电压检测器22的线性稳压器20，防止了电流镜电路25的输入晶体管Q5中生成的电流α出现在用于控制主晶体管FET1的输出电流Io中。因此，可以构成能更稳定地耐受输入电压Vi的纹波噪声的线性稳压器20。这样，可以高精度地控制输出电压Vo。
根据该实施例，从电流镜电路25的输入电流(电流IQ5)中减去了包括由于阿莱电压效应而引起的电流α在内的消除电流(电流IQ11)。这里，作为消除电流，优选地使用误差放大器23中的差分输入电流(i2)。输入电流(电流IQ5)、消除电流(电流IQ9)和差分输入电流(电流IQ6)的比例优选地被设置为2∶1∶1。在电流镜电路25的输入电流(电流IQ7)中，减去了第一差分输入电流(电流IQ11＝i2)。在输出电流Io中，减去了第二差分输入电流(电流IQ6＝i2)。结果，两次从另一差分输入电流(i1)中减去了差分输入电流(i2)。因此，为了电流IQ5的值可以是输入电流(i1)的双倍电流值，晶体管Q5的大小被设置为晶体管Q3的两倍。因此，可以流出误差电流的运算结果(2(i1-i2))作为输出电流Io。
通过参考图4和图5，描述本发明的第二实施例。在第二实施例中，想要消除误差放大器23中的阿莱电压效应。首先，参考图4，使用与第一实施例中相同配置的线性稳压器20，解释由于误差放大器23中的阿莱电压生成的电流对输出电压Vo的影响。
参考电压e1进入到误差放大器23的反相输入的输入晶体管Q1。输入晶体管Q1的漏极端串联连接到二极管配置的晶体管Q3。因此，输入晶体管Q1受到阿莱效应的影响。假设由于阿莱效应流入输入晶体管Q5的电流是电流β。由于参考电压e1而流动的电流假设为i1。因此，流入输入晶体管Q1的电流IQ1的值可以表示为(i1+β)。
下面解释流入输入晶体管Q2的电流。晶体管Q3和晶体管Q4具有相同的晶体管大小，并且都被构成为相同的二极管配置。因此，经由晶体管Q3施加到输入晶体管Q1的电流路径端的电压与经由晶体管Q4施加到输入晶体管Q2的电流路径端的电压彼此相等。在输入晶体管Q1和Q2的漏极端出现的输入电压Vi的纹波电压也相等。因此，由于阿莱效应流入输入晶体管Q1的电流与由于阿莱效应流入输入晶体管Q2的电流是由相等的纹波电压生成的。这两个电流近似为几乎相同的电流值，并且由于阿莱效应流入输入晶体管Q2的电流可以表示为电流β。因此，流入输入晶体管Q2的电流IQ2的值表示为(i2+β)。
因为串联连接到晶体管Q1的晶体管Q3构成了二极管，所以流入晶体管Q3的电流也是i1+β。误差放大器23的输出晶体管Q3和驱动器电路21的输入晶体管Q5连接为电流镜配置。因为输入晶体管Q5的大小是输出晶体管Q3的两倍，所以在晶体管Q5中出现晶体管Q3的双倍电流2(i1+β)。因为串联连接到输入晶体管Q5的晶体管Q7构成了二极管，所以由于阿莱电压效应引起的电流α流入输入晶体管Q5。因此，流入输入晶体管Q5的电流IQ5可以表示为(2(i1+β)+α)。即，可以得知，误差放大器23中生成的电流β被放大了，并且直接出现在作为电流镜电路25的输入电流的电流IQ5中。
误差放大器23的输出晶体管Q4和驱动器电路21的输入晶体管Q6连接为电流镜电路配置。由于与输入晶体管Q6串联连接的晶体管Q8与晶体管Q7是电流镜电路配置，所以晶体管Q8是恒流电路。因此，晶体管Q6不受阿莱电压效应的影响。因此，输入晶体管Q6的电流IQ6是(i2+β)，与流入晶体管Q2、Q4的电流值相同。
类似地，误差放大器23的输出晶体管Q4与阿莱电压检测器电路的输入晶体管Q9连接成电流镜电路配置，并且串联连接到晶体管Q9的晶体管Q10构成了二极管。因此，流入晶体管Q9的电流IQ9是与晶体管Q4中相同的电流值i2+β与由于阿莱电压效应而引起的电流α的总电流，并且表示为((i2+β)+α)。因为晶体管Q10串联连接到输入晶体管Q9，所以流入晶体管Q10的电流IQ10与电流IQ9相同。因为输出晶体管Q11和Q10构成电流镜电路，所以流入晶体管Q11的电流IQ11等于电流IQ9。因此，电流IQ11表示为((i2+β)+α)。
阿莱电压检测器22的输出晶体管Q11与驱动器电路21的晶体管Q7并联连接。电流IQ11(即，阿莱电压检测器22的输出电流)加到驱动器电路21的输入电流中。因此，进入电流镜电路25的电流IQ7的值是电流IQ5(2(i1+β)+α)减去电流IQ11(电流值(i2+β)+α)，即，(2i1-i2+β)。
因为晶体管Q7和晶体管Q8构成电流镜电路，所以流入晶体管Q8的电流IQ8是(2i1-i2+β)。因为晶体管Q6和晶体管Q8串联连接，所以输出电流Io的电流值是电流IQ8和电流IQ6的差，并且表示为如下的公式。
输出电流Io＝(2i1-i2+β)-(i2+β)＝2(i1-i2)(公式4)从公式4可知，输出电流Io消除了由于误差放大器23的阿莱电压效应生成的电流β。这是因为在误差放大器23中由于阿莱电压效应生成的电流β流入了从晶体管Q1到Q11的所有晶体管中，因此在驱动器电路21中计算差值时彼此消除。然而，在实际电路中，电流β受到晶体管中的波动以及其他因素的影响。因此，为了计算驱动器电路21中精确的差分电流，优选地在输出级中从误差放大器23的电流中消除电流β的影响。通过在误差放大器23的每个输入中并联地提供用于检测阿莱电压的电路，误差放大器23的输出电路中电流β的消除方法起到作用。
参考图5，解释第二实施例中的线性稳压器20a。阿莱电压效应出现在反相输入侧晶体管Q1和非反相输入侧晶体管Q2中，误差放大器23的参考电压e1连接到晶体管Q1，并且晶体管Q2接收输出电压Vo的分压电压。因此，线性稳压器20a具有与每个输入并联连接的第一辅助误差放大器24和第二辅助误差放大器34。因此，这是一种防止阿莱电压效应出现在误差放大器23的输出电流中的方法。
第一辅助误差放大器24和第二辅助误差放大器34是具有与误差放大器23相同的元件配置的差分输入电流镜电路结构。第一辅助误差放大器24与误差放大器23的反相输入侧晶体管Q1并联连接，并且第二辅助误差放大器34与误差放大器23的非反相输入侧晶体管Q2并联连接。
第一辅助误差放大器24包括与参考电压e1连接的反相输入侧晶体管Q12，以及接收输出电压Vo的分压电压的非反相输入侧晶体管Q13。第一辅助误差放大器24还具有用作辅助电流镜电路的晶体管Q14、Q15作为输出单元。第一辅助误差放大器24还具有恒流源CG2，用于流出与误差放大器23的恒流源CG相同的电流。
第二辅助误差放大器34包括与参考电压e1连接的反相输入侧晶体管Q16，以及接收输出电压Vo的分压电压的非反相输入侧晶体管Q17。第二辅助误差放大器34还具有用作辅助电流镜电路的晶体管Q18、Q19作为输出单元。第二辅助误差放大器34还具有恒流源CG3，用于流出与误差放大器23的恒流源CG相同的电流。
下面解释第一辅助误差放大器24的操作。第一辅助误差放大器24是用于消除由于阿莱电压效应在晶体管Q1中生成的电流β的电路。晶体管Q13接收分压电压，即，输出电压Vo被电阻元件R1和R2分压后得到的电压。因为晶体管Q13串联连接到二极管配置的晶体管Q15，所以在晶体管Q13中由于阿莱电压效应而生成电流。因为第一辅助误差放大器24和误差放大器23在元件配置上相同，所以由于阿莱效应在晶体管Q13和晶体管Q2中生成的电流可以近似为几乎相同的电流值。因此，由于阿莱效应流入晶体管Q13的电流表示为电流β。因此，流入晶体管Q13的电流IQ13的值是(i2+β)。因为串联连接到晶体管Q13的晶体管Q15也构成了二极管，所以流入晶体管Q15的电流也是(i2+β)。
参考电压e1进入到第一辅助误差放大器24的反相输入的晶体管Q12中。串联连接到晶体管Q12的晶体管Q14与晶体管Q15一起组成了电流镜电路，因此，晶体管Q14是恒流电路。因此，晶体管Q12不受阿莱电压效应的影响。此时，流入晶体管Q12的电流IQ12的电流值与晶体管Q1中的电流相同，即(i1)。
晶体管Q12和晶体管Q14串联连接。因此，第一辅助误差放大器24的输出电流是流入晶体管Q12的电流i1与流入晶体管Q14的电流i2+β的差，并且由如下公式确定。
i1-(i2+β)＝i1-i2-β (公式5)如上所述，误差放大器23的输入晶体管Q1的电流IQ1的值表示为(i1+β)。输出晶体管Q3串联连接到晶体管Q1，并且还与第一辅助误差放大器24的输出晶体管Q14并联连接。因此，流入输出晶体管Q3的电流IQ3表示为如下公式。
IQ3＝(i1+β)+(i1-i2-β)＝2i1-i2 (公式6)根据公式6，可知在电流IQ3中消除了由于阿莱电压效应引起的电流β。
下面解释第二辅助误差放大器34的操作。第二辅助误差放大器34是用于消除由于阿莱电压效应在晶体管Q2中生成的电流β的电路。参考电压e1进入到晶体管Q16。因为晶体管Q16串联连接到二极管配置的晶体管Q18，所以在晶体管Q16中由于阿莱电压效应而生成电流。因为第二辅助误差放大器34和误差放大器23在元件配置上相同，所以由于阿莱效应在晶体管Q16和晶体管Q1中生成的电流可以近似为几乎相同的电流值。因此，由于阿莱效应流入晶体管Q16的电流表示为电流β。因此，电流IQ16的值表示为(i1+β)。因为串联连接到晶体管Q16的晶体管Q18也构成了二极管，所以流入晶体管Q18的电流也是(i1+β)。
晶体管Q17接收分压电压，即，输出电压Vo被电阻元件R1和R2分压后得到的电压。串联连接到晶体管Q17的晶体管Q19与晶体管Q18一起组成了电流镜电路，因此，晶体管Q17是恒流电路。因此，晶体管Q17不受阿莱电压效应的影响。此时，流入晶体管Q17的电流IQ17的电流值与晶体管Q2中的电流相同，即(i2)。
晶体管Q19和晶体管Q17串联连接。因此，第二辅助误差放大器34的输出电流是晶体管Q17与晶体管Q19的电流差，并且由如下公式确定。
i2-(i1+β)＝i2-i1-β (公式7)如上所述，误差放大器23的输入晶体管Q2的电流IQ2的值表示为(i2+β)。因此，流入输出晶体管Q4的电流IQ4表示为如下公式。
IQ4＝(i2+β)+(i2-i1-β)＝2i2-i1 (公式8)根据公式6和公式8，在作为误差放大器23的输出电流的电流IQ3、IQ4中消除了电流β。
下面解释驱动器电路21的输出电流Io。运算的细节与第一实施例中的线性稳压器20相同，并且省略具体的描述。通过加入由于阿莱效应引起的电流α，流入驱动器电路21的输入晶体管Q5的电流IQ5的值表示为(4(i1)-2(i2)+α)。流入阿莱电压检测器22的输入晶体管Q9的电流IQ9的值表示为(2(i2)-i1+α)。流入输出晶体管Q11的电流IQ11的值表示为(2(i2)-i1+α)。进入电流镜电路25的电流IQ7是电流IQ5减去电流IQ11。即，电流IQ7＝(5(i1)-4(i2))。因此，可知在电流IQ7中消除了电流α。
电流IQ8和电流IQ7的值相等。电流IQ6表示为(2(i2)-i1)。输出电流Io是流入输入晶体管Q6的电路IQ6与从电流镜电路25流出的电流IQ8的差，并且表示为如下公式。
输出电流Io＝IQ8-IQ6＝(5(i1)-4(i2))-(2(i2)-i1)＝6(i1-i2)(公式9)从公式9可知，计算了误差放大器23中的差分输入电流i1、i2的差分电流，并且作为输出电流Io流出。
如这里所述，第二实施例中的线性稳压器20a中的误差放大器23包括与误差放大器23的每个输入并联连接的阿莱电压检测器电路(第一辅助误差放大器24、第二辅助误差放大器34)。第一辅助误差放大器24的输出电流加到误差放大器23的输入电流(电流IQ1)中。第二辅助误差放大器34的输出电流加到误差放大器23的输入电流(电流IQ2)中。这样，可以从误差放大器23的输出电流中消除由于阿莱电压效应而在误差放大器23中生成的电流β。因此，防止了驱动器电路21的输入和输出电流由于电流β的影响而变化，从而可以更精确地操作线性稳压器20a。
换言之，在具有与误差放大器23相同的元件结构的第一辅助误差放大器24和第二辅助误差放大器34中生成了与误差放大器23中相等的纹波电流。由于第一辅助误差放大器24、第二辅助误差放大器34的输出电流中包含纹波电流，因而在误差放大器23中这些纹波电流彼此抵消。
本发明并不仅仅限于这些实施例，而是在不脱离本发明范围的条件下可以做出各种改变和修改。在实施例中，在图3至图5中，在电流镜电路和误差放大器中使用了PMOS晶体管，但是并不限于这种类型，例如，可以使用NMOS晶体管，并且可以获得相同的效果。例如，可以构成图6所示的线性稳压器20n，而不是线性稳压器20(图3)。驱动器电路21n(图6)包括晶体管Q5n至Q8n。驱动器电路21n类似于驱动器电路21(图3)，只是交换了NMOS晶体管和PMOS晶体管，并且输入电压Vi和接地电压的连接关系相反。阿莱电压检测器22n和误差放大器23n也是类似构成的。
在实施例中，输入晶体管Q5是输出晶体管Q3的两倍大小，但是该大小不是特定的。当如此设置晶体管Q5、Q9、Q6，以致输入电流(电流IQ5)、消除电流(电流IQ9)和差分输入电流(电流IQ6)的比值可以是2∶1∶1时，就足够了。
在第二实施例中(图5)，解释了防止误差放大器23的阿莱电压效应的方法。本发明的误差放大器不限于仅仅在DC-DC变换器中使用，而是可以应用于一般的差分放大器。
在第二实施例中，误差放大器23被解释为具有一个反相输入和一个非反相输入的误差放大器，但是本发明并不限于这种模式。如果有多个反相输入和非反相输入，则可以在每个输入中并联连接用于检测阿莱电压的电路(辅助误差放大器)。结果，在误差放大器的输出中，可以防止阿莱电压效应的出现。
在实施例中，作为本发明的误差放大器的使用的示例，解释了线性稳压器系统的DC-DC变换器，但是并不局限于此。在开关稳压器系统的DC-DC变换器中，也可以使用误差放大器来放大参考电压和输出电压的差。因此，本发明也可以应用于开关稳压器系统的DC-DC变换器。
在实施例中，使用了MOS晶体管，但是也可以使用双极型晶体管，并且可以获得相同的效果。
在实施例中，电流镜电路由两个晶体管构成，但是并不限于这种配置，可以提供各种补偿电路。
输入晶体管Q5是第一输入晶体管的示例，输入晶体管Q9是第二输入晶体管的示例，输入晶体管Q6是第三输入晶体管的示例，电流IQ11是消除电流的示例，误差放大器23是差分放大器的示例，并且第一辅助误差放大器24和第二辅助误差放大器34分别是辅助差分放大器的示例。
根据本发明的阿莱效应消除电路和阿莱效应消除方法，在电流镜电路的输入晶体管中，防止了由阿莱效应生成的电流出现在电流镜电路的输出电流中。根据本发明的DC-DC变换器的控制电路，防止了输入电压中的纹波噪声出现在DC-DC变换器的输出电压中。
本申请基于如下申请并对其要求优先权于2005年2月25日提交的日本专利申请No.2005-051250，其完整内容结合于此用作参考。
权利要求
1.一种阿莱效应消除电路，包括电流镜电路；第一输入晶体管，用于向所述电流镜电路提供输入电流；辅助电流镜电路，用于向所述电流镜电路提供消除电流；和第二输入晶体管，用于向所述辅助电流镜电路提供所述消除电流。
2.如权利要求1所述的阿莱效应消除电路，其中经由所述电流镜电路施加于所述第一输入晶体管的电流路径端的电压等于经由所述辅助电流镜电路施加于所述第二输入晶体管的电流路径端的电压。
3.如权利要求1所述的阿莱效应消除电路，其中从所述第一输入晶体管提供的所述输入电流和从所述第二输入晶体管提供的所述消除电流具有不同的电流值。
4.如权利要求1所述的阿莱效应消除电路，其中提供所述消除电流，以致减小提供给所述电流镜电路的输入电流。
5.如权利要求1所述的阿莱效应消除电路，其中所述第一输入晶体管的一个电流路径端连接到所述电流镜电路中的输入端，所述输入端连接到连接为二极管的晶体管，并且所述第二输入晶体管的一个电流路径端连接到所述辅助电流镜电路中连接为二极管的晶体管的控制端。
6.如权利要求1所述的阿莱效应消除电路，其中所述电流镜电路和第一输入晶体管，以及所述辅助电流镜电路和第二输入晶体管各自以相同的端间连接关系构成。
7.如权利要求1所述的阿莱效应消除电路，其中所述输入电流是差分输入电流，并且计算并流出了所述差分输入电流的差电流。
8.如权利要求7所述的阿莱效应消除电路，其中所述消除电流是在差分输入电流中任意一个的基础上生成的电流。
9.如权利要求7所述的阿莱效应消除电路，还包括第三输入晶体管，其连接到所述电流镜电路中的输出端，所述输出端连接到未连接成二极管的晶体管，其中所述差分输入电流之一被送入所述第一输入晶体管，并且另一差分输入电流被送入所述第二输入晶体管和第三输入晶体管。
10.如权利要求9所述的阿莱效应消除电路，其中从所述第二输入晶体管提供的所述消除电流与从所述第三输入晶体管送出的所述差分输入电流彼此相等，并且所述第一输入晶体管的电流提供容量是所述第二输入晶体管和第三输入晶体管的电流提供容量的两倍。
11.如权利要求7所述的阿莱效应消除电路，还包括差分放大器，其中从所述差分放大器流出所述差分输入电流。
12.一种差分放大器，具有至少一个连接成二极管的晶体管作为有源负载元件，并具有差分输出端，所述差分放大器包括至少一个辅助差分放大器，所述辅助差分放大器包括电流镜电路作为有源负载元件，其中所述辅助差分放大器中的一对输入端连接到所述差分输入端，并且所述辅助差分放大器的输出端至少连接到所述差分输出端中的任意一个。
13.如权利要求12所述的差分放大器，还包括两套辅助差分放大器，其中每个辅助差分放大器的输出端连接到每个差分输出端。
14.一种直流一直流变换器的控制电路，包括如权利要求1所述的阿莱效应消除电路，其中基于所述阿莱效应消除电路的输出电流来控制主晶体管。
15.一种直流一直流变换器的控制电路，包括如权利要求12所述的差分放大器，其中基于所述差分放大器的输出电流来控制主晶体管。
16.一种阿莱效应消除方法，包括如下步骤向电流镜电路提供包含由阿莱电压效应生成的电流在内的输入电流的步骤；向所述电流镜电路提供包含由阿莱电压效应生成的电流在内的消除电流的步骤；和向所述电流镜电路提供通过从所述输入电流中减去所述消除电流得到的电流的步骤。
全文摘要
在电流镜电路的输入晶体管中，想要防止由阿莱效应生成的电流出现在电流镜电路的输出电流中。由于具有阿莱电压检测器(22)，其具有与驱动器电路(21)相同的连接和结构，并且与驱动器电路(21)并联连接，所以检测到了流入阿莱电压检测器(22)的输入晶体管(Q9)的电流。阿莱电压检测器(22)的输出电流(电流IQ11)加到驱动器电路(21)的输入电流(电流IQ5)中。结果，在电流镜电路(25)的输入电流(电流IQ7)中，可以消除由于阿莱电压效应引起的电流α。同时，防止了由于阿莱电压效应在电流镜电路(25)的输入晶体管(Q5)中生成的电流α出现在电流镜电路(25)的输出电流(电流IQ8)中。
文档编号G05F3/26GK1825239SQ200510076689
公开日2006年8月30日 申请日期2005年6月13日 优先权日2005年2月25日
发明者木崎贵洋, 安河内克之, 伊藤秀信 申请人:富士通株式会社