专利名称：差动放大电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有CMOS晶体管并且按AB类放大的推挽输出放大电路。本发明的装置涉及适用于像便携电话这种需要确保电池寿命的节电型设备的差动放大电路。
这样构成的装置中，偏置电路2从正电压电源VDD与基准电压VSS的差电压减去晶体管T1的管压降得到的电压施加在电阻R1上，电流流过在节点NB连接电阻R1和晶体管T1的直流电路。该电流大小按偏置电压的形式经NB节点提供给各元件，决定各元件的工作点。输入电路1中，晶体管T3和T6以及晶体管T2和T5使用特性相等的晶体管。节点N3是晶体管T5和晶体管T6的公共连接点，N3节点电压VN3随+侧输入信号电压V+IN和-侧输入信号电压V-IN的差电压(V+IN-V-IN)的变化而大幅度变动。即，使用晶体管T5、T6的漏极电流ID和漏极·源极间电压VDS引起的负载电阻，由有功负载提高电压增益。
输出电路4的输出晶体管T8成为作为输出晶体管T7的负载而运作的有功负载，同时通过晶体管T9把信号施加到输出晶体管T8上。输出晶体管T7随N3节点电压VN3改变输出晶体管T7的电流。电容器Cc在高频下使增益降低，防止振荡。有功负载把该电流变化变换为大振幅的信号，从输出端子out输出。电平移动电路3变换从输入电路1供给的差电压(V+IN-V-IN)的电压电平，提供给输出电路4。
并且，进行线性信号放大的A类放大时，不管有无输入信号，总是流过偏置电流。另一方面，大功率放大电路的情况下，由于进行B类放大，将偏置电压设置为零电压，在无信号时防止偏置电流流动。但是，B类放大中，产生零电流附近的特性的非直线性引起的串扰失真。因此，为防止串扰失真，使用仅流过偏置电流的AB类放大。
但是，现有技术中，存在的问题是由于制造偏差、电源变动等，输出电路的工作点改变，容易导致特性的变化。从而，为确保余裕度，仅流过无信号时的偏置电流，但另一方面，便携电话中每一电池将待机时间保持100小时以上是很重要的，因此需要使无信号时的偏置电流非常小。为解决上述问题，本发明的目的是提供一种差动放大电路，即便有制造偏差、电源变动，输出电路的工作点也是稳定的，并且无信号时的偏置电流与最大输出电流相比非常小即可。
这样构成的装置中，在施加给输入电路10的信号为无信号时，反馈·偏置电路20向输出电路提供与最大输出电流相比仅一点点消耗电流的偏置电压，并进行AB类放大。电流检测电路40检测输出电流并返回反馈·偏置电路20，反馈·偏置电路20返回输出电流来进行控制偏置电压的反馈控制，因此，即便有制造偏差、电源变动，也可得到输出电路的工作点稳定的差动放大电路。
输入电路10最好具有+侧输入信号输入到栅极端子的第一晶体管MP2和-侧输入信号输入到栅极端子的第二晶体管MP1，该第一和第二晶体管的源极端子经恒流源晶体管MP3连接正电压电源VDD，漏极端子连接于上述反馈·偏置电路，如果是这样的构成，第一和第二晶体管的特性相等，就能够生成正确的差电压信号。
输出电路30最好具有连接在正电压电源VDD和基准电压GND，VSS之间的第一输出晶体管MP17和第二输出晶体管MN11，向该第一和第二输出晶体管的源极端子施加从反馈·偏置电路20提供的偏置电压，同时该第一和第二输出晶体管公共连接的端子作为输出端子，如果是这样的构成，第一和第二输出晶体管的有功负载作用使偏置电压的微小变动变换为大振幅信号，从输出端子输出。
电流检测电路40最好具有将供给第一输出晶体管MP17的偏置电压施加在栅极端子并将正电压电源VDD的电压施加在源极端子的第一电流检测用晶体管MP16和将供给第二输出晶体管MN11的偏置电压施加在栅极端子并将基准电压GND，VSS的电压施加在源极端子的第二电流检测用晶体管MN10，如果是这样的构成，就适合于将输出电路30的输出电流返回反馈·偏置电路20。另外，如果电流检测电路40具有将供给第一输出晶体管MP17的偏置电压施加在栅极端子并将正电压电源VDD的电压施加在源极端子的电流控制晶体管MP12和将供给第二输出晶体管MN11的偏置电压施加在栅极端子并将基准电压GND，VSS的电压施加在源极端子的第三电流检测用晶体管MN23，电路结构就比权利要求4记载的结构简单。
发明的最佳实施例以下用
本发明的实施例。
图1是说明本发明的一个实施例的构成框图。图中，输入电路10具有-侧输入信号-IN输入到栅极端子的P沟道晶体管MP1和+侧输入信号+IN输入到栅极端子的P沟道晶体管MP2。晶体管MP1，2的源极端子经恒流源连接正电压电源VDD，漏极端子连接于反馈·偏置电路20。
反馈·偏置电路20将对应输入到输入电路10的+侧输入信号+IN和-侧输入信号-IN的差动电压的控制信号提供给输出电路30，同时使用从电流检测电路40返回的电流检测信号进行反馈控制。电流检测电路40具有电流检测用P沟道晶体管MP16和电流检测用N沟道晶体管MN10。电流检测用P沟道晶体管MP16的栅极端子连接反馈·偏置电路20的供给P沟道输出晶体管MP17的控制输出电压端，源极端子连接正电压电源VDD，漏极端子连接于反馈·偏置电路20的返回端子。电流检测用N沟道晶体管MN10的栅极端子连接反馈·偏置电路20的供给N沟道输出晶体管MN11的控制输出电压端，源极端子连接反馈·偏置电路20，漏极端子接地。
输出电路30具有P沟道输出晶体管MP17和N沟道输出晶体管MN11。P沟道输出晶体管MP17的栅极端子连接在反馈·偏置电路20的控制输出电压端，源极端子连接正电压电源VDD，漏极端子连接负载输出端子out。N沟道输出晶体管MN11的栅极端子连接在反馈·偏置电路20的控制输出电压端，源极端子连接负载输出端子out，漏极端子接地。
接着说明这样构成的装置的运作。没有来自输入电路10的差动输入时，反馈·偏置电路20的输出电流(电流检测电路40的检测电流)为i，电流I流过输出电路30。虽然该输出电路30的电流I可以是任何值，但在没有输出电流Iout的状态下，为了不浪费电流，要取小电流。
因此，用电流检测电路40进行按照电流镜像的电流检测，由反馈·偏置电路20进行控制，以使该检测电流为一定值。来自输入电路10的差动输入电流对应+侧或-侧，反馈·偏置电路20的控制输出电压，即输出晶体管的栅极电压被变换为与差动输入电流相同符号的电压输出，去驱动连接于输出电路30的负载。
输出电路30在负载中流过电流时，在P沟道输出晶体管MP17中流过电流I+Iout，电流检测用P沟道晶体管MP16也检测到大电流。此时，N沟道输出晶体管MN11中流过电流I，电流检测用N沟道晶体管MN10也检测到与该电流I对应的电流。反馈·偏置电路20输出电流检测用P沟道晶体管MP16和电流检测用N沟道晶体管MN10的检测电流中小的一个并对其进行控制，使输出电流Iout不降低。
接着，说明实施本发明的具体电路。图2是说明本发明的第一实施例的电路图。输入电路10具有-侧输入信号-IN输入到栅极端子的P沟道晶体管MP1和+侧输入信号+IN输入到栅极端子的P沟道晶体管MP2。晶体管MP1，2的源极端子经晶体管MP3连接正电压电源VDD。晶体管MP3由根据电源中断信号PDN通断的晶体管MP20接通断开，使差动放大电路的通断与电源中断信号PD联动。电源中断信号PD从安装差动放大电路的电源开关等提供，根据晶体管的极性生成正相的PDP和反相的PDN。
反馈·偏置电路20具有和晶体管MP3联动来通断的晶体管MP8，9，10，11，18。电源中断信号PDN也输入到晶体管MP21的栅极端子，晶体管MP4，5，6，7与晶体管MP21联动通断。电源中断信号PDP输入晶体管MN15的栅极端子，晶体管MN12，13，14与晶体管MN15联动通断。电源中断信号PDP也输入到晶体管MN19的栅极端子，来决定向晶体管MN12的栅极端子施加电流基准信号Iref的通断。晶体管MN13，14，15构成电流镜像电路。
晶体管MP5和MP8、晶体管MP6和MP9、晶体管MP7和MP10构成级联，在低电压下运行。晶体管MP6，7叠合来增大级联电路的输出阻抗。晶体管MP11的漏极端子连接晶体管MN3，MN4，MN6的栅极端子。晶体管MP11上流过基准电流i，由晶体管MN6进行电流/电压变换，偏置晶体管MN3和MN4，晶体管MN1和MN2叠合构成级联电路，增大输出阻抗，提高增益。
晶体管MN1的源极端子接地，漏极端子连接P沟道晶体管MP1的漏极端子和晶体管MN3的源极端子。晶体管MN2的源极端子接地，漏极端子连接P沟道晶体管MP2的漏极端子和晶体管MN4，MN5的源极端子。晶体管MN1，MN2的栅极端子连接晶体管MN3的漏极端子与晶体管MP5的漏极端子的公共连接点。晶体管MN4的漏极端子连接晶体管MP6的漏极端子，同时和P沟道输出晶体管MP17的栅极端子连接。晶体管MN5的漏极端子和晶体管MP7的漏极端子连接，并且和N沟道输出晶体管MN11的栅极端子连接。
输出电路30中在P沟道输出晶体管MP17的漏极和栅极之间设置相位补偿用的电阻R2和电容器C2构成的CR电路。N沟道输出晶体管MN11的漏极和栅极之间设置相位补偿用的电阻R3和电容器C3构成的CR电路。P沟道输出晶体管MP17由根据电源中断信号PDN通断的晶体管MP22通断。N沟道输出晶体管MN11由根据电源中断信号PDN通断的晶体管MN16通断。电流检测电路40具有构成电流镜像电路的晶体管MP13，MP14，MP15。电流检测用P沟道晶体管MP16的栅极端子连接P沟道输出晶体管MP17的栅极端子，源极端子连接晶体管MP15的漏极端子，漏极端子经晶体管MN9接地。电流检测用N沟道晶体管MN10的栅极端子连接N沟道输出晶体管MN11的栅极端子，源极端子连接晶体管MN8的漏极端子，漏极端子经晶体管MP14连接正电压电源VDD。晶体管MN7使用晶体管MP13检测流过电流镜像电路的电流，还由晶体管MP12反映P沟道输出晶体管MP17的栅极端子电压，进行电流/电压变换，返回晶体管MN5的栅极端子。
这样构成的装置中，晶体管MN6和MN7的电流按其大小比来控制，来减小输出电路的电流I，从而可减少消耗电流。使该输出电路的电流I为最大输出电流的几百分之一，就能够减少无信号时的消耗电流。
图3是说明本发明的第二实施例的电路图。第二实施例与第一实施例相比，电流检测电路40简化了。电流检测电路40具有构成电流镜像电路的晶体管MP13，MP14、电流限制用的电阻R4、晶体管MP12和晶体管MN7，MN23。电流控制晶体管MP12向栅极端子施加提供给输出晶体管MP17的偏置电压，经晶体管MP13把正电压电源VDD的电压施加到源极端子。电流检测用晶体管MN23向栅极端子施加提供给输出晶体管MN11的偏置电压，源极端子接地，漏极端子经电阻R4和晶体管MP14连接正电压电源VDD。晶体管MN7与第一实施例相同。
即使这样电路结构也能够提供无信号时的偏置电流非常小并且大信号时得到大电流的差动放大电路。另外，上述实施例中，作为反馈·偏置电路和电流检测电路表示了使用CMOS晶体管的情况，但本发明不限定于此，也可以使用主要是能节电、放大率高的元件的其他形式的放大元件。
如上说明，按照本发明的差动放大电路，反馈·偏置电路在施加于输入电路上的信号是无信号时，与最大输出电流相比仅向输出电路提供消耗电流的偏置电压来进行AB类放大，因此无信号时的消耗电流与最大输出电流相比可以非常小，从而可确保延长电池寿命，尤其适合用于便携电话、便携游戏机中。由于电流检测电路检测出输出电流并返回反馈·偏置电路，并且反馈·偏置电路返回输出电流来控制偏置电压，所以，即便存在制造偏差、电源变动等，也能够得到输出电路的工作点稳定的差动放大电路。
权利要求
1.一种差动放大电路，其特征在于包括生成+侧输入信号和-侧输入信号的差电压信号的输入电路、输入由该输入电路供给的差电压信号、供给与该差电压信号相当的偏置电压的同时返回输出电流来反馈控制该偏置电压的反馈·偏置电路、向负载侧供给与该偏置电压对应的输出电流的输出电路和检测该输出电流来提供给该反馈·偏置电路的电流检测电路；在所述差电压信号为无信号时所述差动放大电路使所述偏置电压的电流值接近于零，并进行AB类放大。
2.根据权利要求1的差动放大电路，其特征在于所述输入电路具有+侧输入信号输入到栅极端子的第一晶体管(MP2)和-侧输入信号输入到栅极端子的第二晶体管(MP1)，该第一和第二晶体管的源极端子经恒流源晶体管(MP3)连接正电压电源(VDD)，漏极端子连接于所述反馈·偏置电路。
3.根据权利要求1或2的差动放大电路，其特征在于所述输出电路具有连接在正电压电源(VDD)和基准电压(GND，VSS)之间的第一输出晶体管(MP17)和第二输出晶体管(MN11)，向该第一和第二输出晶体管的源极端子施加从所述反馈·偏置电路提供的偏置电压的同时，该第一和第二输出晶体管公共连接的端子作为输出端子。
4.根据权利要求3的差动放大电路，其特征在于所述电流检测电路具有将供给所述第一输出晶体管的偏置电压施加在栅极端子并将所述正电压电源的电压施加在源极端子的第一电流检测用晶体管(MP16)和将供给所述第二输出晶体管的偏置电压施加在栅极端子并将所述基准电压的电压施加在源极端子的第二电流检测用晶体管(MN10)。
5.根据权利要求3的差动放大电路，其特征在于所述电流检测电路具有将供给所述第一输出晶体管的偏置电压施加在栅极端子并将所述正电压电源的电压施加在源极端子的电流控制晶体管(MP12)和将供给所述第二输出晶体管的偏置电压施加在栅极端子并将所述基准电压的电压施加在源极端子的第三电流检测用晶体管(MN23)。
全文摘要
本发明的差动放大电路包括生成+侧输入信号和－侧输入信号的差电压信号的输入电路10；输入由输入电路10供给的差电压信号、供给与该差电压信号相当的偏置电压的同时，返回输出电流并反馈控制该偏置电压的反馈·偏置电路20；向负载侧供给与该偏置电压对应的输出电流的输出电路30；检测输出电流来提供给反馈·偏置电路20的电流检测电路40。在差电压信号为无信号时差动放大电路使偏置电压的电流值接近于零并进行AB类放大。
文档编号H03F3/45GK1402904SQ00816358
公开日2003年3月12日 申请日期2000年12月1日 优先权日1999年12月2日
发明者前岛利夫 申请人:雅马哈株式会社