专利名称：放大器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放大器电路。
背景技术：
为了将良好性能与低静态电流结合，许多放大器电路是用AB类 输出级来实现的。而且，期望具有高增益的第二放大级来获得低失真。 通常用共源型电路或双极晶体管情况下的共发射极电路来实现高增 益。在小型两级放大器中，这意味着希望在共源型电路中有AB类特 性。能够通过下面列出的参考文献[l]、 [2]、 [3]、 [4]、 [5]、 [6] 及[10]中提供的前馈电路中的一种来实现共源输出晶体管和AB类特 性的组合。
还可以使用通常更精确地控制静态电流并能给出更加对称的特 性的反馈电路，这对改善失真性能有益。这些实例提供在参考文献 [l]、 [2]、 [7]、 [8]、 [9]、 [10]和[11]中。这些电路利用了最小值 选择器，其将该输出级晶体管中的最小电流与基准电流比较。反馈环
路则保证该最小电流将保持在该基准电平，因此保证任何一个输出晶 体管都不被完全断开。该反馈环路实现了输出级中的最小静态电流的 精确控制。
参考文献[1]和[2]提供的技术方案使用了与本发明的某些实施 例相同类型的最小值选择器，但其需要用于AB类电流控制的附加级， 其中该输出级晶体管中的最小电流被与基准电流比较并且将该比较 结果转换成被反馈至输出级晶体管的一个差动信号。
参考文献[8]、 [9]和[10]提供的技术方案使用了其它类型的最 小值选择器，但是它们仍需要许多附加晶体管来将该最小值电流与该 基准电流相比较，并随后把该比较结果转换成能被反馈至该输出晶体 管的一个差动信号。
参考文献[ll]中的技术方案不是控制该最小电流，而是保持输 出晶体管中的两个电流的乘积恒定。这也保证了任何一个输出晶体管
都不被完全断开。
参考文献[7]的技术方案仍使用一个附加级来将电流从该最小 值选择器转移到该输出晶体管。
参考文献 K丄de Langen, J.H. Huijsing, "Low-Voltage Power-Efficient Operational Amplifier Design Techniques-An Overview", IEEE Custom integrated circuits conference, 2003, pp. 677-684. K丄de Langen, J.H. Huijsing， "Compact Low-Voltage Power-Efficient Operational Amplifier Cells for VLSI", IEEE Journal of solid-state circuits, vol.33, no. 10, October 1998, pp. 1482-1496. R. van Dongen， V. Rikkink， "A 1.5 V Class AB CMOS Buffer Amplifier for Driving Low-Resistance Loads", IEEE Journal of solid-state circuits, voL30, no.12， December 1995, pp. 1333-1338. D.M.Monticelli， "A Quad CMOS Single-Supply Op Amp with Rail-to-Rail Output Swing", IEEE Journal of solid-state circuits, vol. SC-21, no. 6， December 1986， pp. 1026-1034. M.D.Pardoen, M.G.Degrauwe, "A Rail-to-Rail Input/Output CMOS Power Amplifier", IEEE Journal of solid-state circuits, vol.25, no.2, April 1990， pp. 501-504. T.Stockstad，H.Yoshizawa， "A 0.9 V 0.5 juA Rail-to-Rail CMOS Operational Amplifier",' IEEE Journal of solid-state circuits, vol.37， no.3, March 2002, pp. 286-292. V.C. Vincence et al, "A Low-Voltage CMOS Class國AB Operational Amplifier", IEEE International Symposium on Circuits and Systems 2002, Vol.3, 26-29 May 2002, p .111-603 - III-606. F.N.L. op 't Eynde et al.， "A CMOS Large-Swing Low-Distortion Three-Stage Class AB Power Amplifier", IEEE Journal
of solid-state circuits, vol.25, no.l, February 1990, pp.265-273. J.H.Botma et al., "A low-voltage CMOS Op Amp with rail-to-rail constant-gm input stage and a class AB rail-to-rail output stage", IEEE International Symposium on Circuits and Systems 1993, 3-6 May 1993, pp.1314-1317. J.H.Huijsing et al., "Low-Power Low-Voltage VLSI Operational Amplifier Cells", IEEE Transactions on circuits and systems-I: Fundamental theory of applications, vol.42, no.l 1, November 1995, pp.841-852. J.H.Huijsing,D丄inebacher, "Low-Voltage Operational Amplifier with Rail-to-Rail Input and Output Ranges", IEEE Journal of solid-state circuits, vol.SC-20， no.6, December 1985, pp.1144-1150.
发明内容
本发明的一个目的尤其是提供一种改进的放大器电路。为此目 的，本发明提供如权利要求1中所限定的放大器电路。在从属权利要 求中限定了优选实施例。
本发明的一个主要方面提供了一种放大器电路，其包括差动 输入级、耦合到该差动输入级的各自输出端的两个交叉耦合的电流反 射镜、以及耦合到该电流反射镜的输出端的最小值选择电路。
本发明的优选实施例不需要连接到其最小值选择器的附加中间
放大级来实现该AB类特性。以这种方式，能够节省电路面积以及供
电电流。
参照以下描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得更加
明显并得到解释。附图中
图1示出了根据本发明的放大器电路的第一实施例；
图2示出了具有恒定的用于输入级的拖尾电流的实施例；以及
图3示出了具有恒定的用于该输入级的拖尾电流及非对称最小
值选择器的实施例。
具体实施例方式
在图1的实施例中，在接收差动输入电压Vw+、Vf的差动输入级 Ml和M2的上方放置了两个交叉耦合电流反射镜M3， M4和M5， M6。 这两个电流反射镜形成对于来自输入级的共模信号(偏置电流)的低 阻抗和对于差动电流的高阻抗(信号电流)。这些差动电流将进入形成 第二差动级的共源PM0S晶体管M7和M8的栅极。晶体管M7和M8中 的偏置电流被很好的控制并且是电流反射镜M3、 M4及M5、 M6中的偏 置电流的比例值。能通过对所述PMOS晶体管的尺寸规格进行比例縮 放来实现这种比例确定。通过电流反射镜M9、 M10把晶体管M7和M8 的差动输出电流变换为单端电流。在晶体管M10的漏极可得到输出电
为了控制电流反射镜晶体管M9和M10中的最小电流，添加了简 单的最小值选择器。这一最小值选择器实际上有两个串联的MOS晶体 管Mil和M12，具有较低的栅极驱动的一个将确定该最小电流。添加 第二个串联MOS晶体管M13和M14来获得对称的特性。如果最小值选 择器中的电流小于意向值，则更多电流将通过晶体管M1和M2，并因此 通过晶体管M3、 ...M6，且最终进入到输出级中。以此方式，精确地 控制了输出级中的电流。
与图1的实施例相比较，图2的实施例包括第一最小值选择器 Mll、 M12、 Mlla、 M12a，以及第二最小值选择器M13、 M14、 M13a、 M14a, 以便保证该最小电流不再影响差动对的拖尾电流，从而降低失真。
图3示出了第二个可选方案，其中使用了第一非对称最小值选择 器Mll、 M12,以及第二非对称最小值选择器M13、 M14。这将实现共 模至差模转换，从而降低了 PMOS电流反射镜级的差动输入阻抗。这意 味着该电路的环路增益降低，然而还相对于图2的电路降低了复杂 性。
本发明的有利实施例提供了以AB类共源输出级来实现放大器电 路的非常紧凑的电路。已有技术的AB类输出级通常包括相当复杂的
电路，这将导致大的芯片面积。本发明的实用实施例将两个交叉耦合 电流反射镜与一个简单M0S最小值选择器结合，来获得很紧凑的两级 放大器，能非常容易地仅从一个电流源对该两级放大器进行偏置。该
电路可被用于其中期望高环路增益和AB类特性的任何电路。这种电 路的实例有A/D转换器中的电流-电压转换、音频电路、以及用于基 准电压的缓存器。该电路可被使用在MP3播放器IC中的基准缓存器 中，以便加载和卸载基准电容。为了实现需要的充电和放电次数，需 要一个相当大的电流。还需要一个高环路增益来实现基准电压的高精 度。
应当注意上面描述的实施例说明而不是限制本发明，对于本领 域的技术人员来说能够在不脱离本发明的所附权利要求的范围的情 况下设计多种替代的变型。例如，不用示出的电流反射镜类型，而是使 用例如双反射镜、共源共栅或威尔逊(Wilson)反射镜。有可能通过 用PM0S晶体管替换全部函0S晶体管并反相来实施本发明。该输入级 和晶体管M9、 M10可以是双极晶体管而不是M0S晶体管。
在权利要求中，括号内的参考标记都不应作为对权利要求的限 制。单词"包括"不排除不同于列在权利要求中的单元或步骤情况。 在元件前面的单词"一个"或"一种"不排除多个这种元件的存在。 仅有的事实是在相互不同的从属权利要求中相互引用的某些措施并 不表示这些措施的结合不能被用来形成优势。
权利要求
1.一种放大器电路，包括差动输入级(M1，M2)；耦合到所述差动输入级(M1，M2)各自输出端的两个交叉耦合电流反射镜(M3，M4；M5，M6)；以及耦合到所述电流反射镜输出端的最小值选择电路(M11，M12)。
2. 如权利要求1所述的放大器，其中所述最小值选择电路包括 对称的最小值选择器(M11，M12， M13，M14)。
3. 如权利要求1所述的放大器，其中所述最小值选择电路包括 两个最小值选择器(M11，M12; M13,M14)。
4. 如权利要求3所述的放大器，其中所述最小值选择器是非对 称的。
全文摘要
一种放大器电路，包括差动输入级(M1，M2)、耦合到所述差动输入级(M1，M2)各自输出端的两个交叉耦合电流反射镜(M3，M4；M5，M6)、以及耦合到所述电流反射镜输出端的最小值选择电路(M11，M12，M13，M14)。
文档编号H03F3/45GK101371435SQ200780002454
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月17日 优先权日2006年1月18日
发明者保罗·布鲁因 申请人:Nxp股份有限公司