专利名称：具有输入共模反馈的乘法器-跨阻抗放大器组合的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电信号放大器电路，本发明更具体地涉及具有光电二 极管的电信号放大器电路。
背景技术：
具有光电二极管的电信号放大器电路能够用于许多应用(如用于数字 化视频光盘(DVD)播放器，和光盘(CD)播放器内)，以及需要宽动态 范围增益而同时保持电路带宽的许多其它应用。在其它方法中，己经通过 在普通跨阻抗放大器之前放置乘法器而尝试了此。
以下根据下面的附图详细说明本发明优选的实施例，其中 图1是乘法器/放大器电路的示例； 图2是一个实施例的改良的乘法器/放大器电路；以及 图3是详细地图示了乘法器/放大器电路的 一个示例。
具体实施例方式
图1示出了诸如6-晶体管Gilbert单元分数乘法器的乘法器(Gilbert cell fractional multiplier) 110，该乘法器110能够包括交叉耦合的差 分放大器120和交叉耦合的差分放大器125。差分放大器120能够包括晶体 管121、 122和123。差分放大器125能够包括晶体管126、 127和128。平衡-差分(balanced-differential)电流源130能够控制差分放大器120，而 平衡-差分电流源135能够控制差分放大器125。外部电位器(未示出)能 够控制平衡-差分电流源130和135。电流源154和156能够与光电二极管140 并联放置。放大器150能够包括反馈电阻器152和154。
在一个实施例中，由于乘法器的交叉耦合，当由光电二极管140注入 的电流为零时，即使平衡-差分电流源130和135正在生成不同的电流，只 要电流源154和156正在生成相等的电流，在乘法器110的输出146和148处 不发生差分电流净变化。相反，当平衡-差分电流源130和135正在生成相 等的电流时，由光电二极管140注入的任何光电流将在晶体管121和126之 间相等分配。光电流将作为共模信号出现在乘法器110的输出146和148处 (乘法器110的输出146和148也是放大器150的输入)。乘法器110的净输出 被限定为输出146和148之间的差。净输出等于来自于光电二极管140的光 电流与由电流源154与156所生成的电流差的乘积。
为了提供适当的偏压，能够提供乘法器的稳定输出电流，通过电阻器 160和165，在放大器150的输入处设定共模电压。乘法器110的增益近似为
图l示出的所述构造存在一些问题和性能局限性。由于上述偏压限制
(biasing restrictions), TIA 150的反馈因子(P)高于具有大约为1/5 的典型值的理想的反馈因子。因此，与放大器150相关联的输出失调电压
(offset voltage)、失调电压漂移和输出噪声每一个均大约是与放大器 150的输入146和148相关联的值的五倍。因为开环增益小于最优增益，因
此将需要使用更复杂的放大器，以将开环增益提高到可接受的水平。然而， 试图通过增大电阻器160和165的电阻而增大P能够产生1)不可接受的 输入共模电压的位移；和2)当把乘法器设定在低分数增益时，会产生高 瞬态输入共模电压摆动。使用图l的构造实现大于大约100MHz的闭环带宽
5是最有问题的。
图2中所示的本发明的电路的一个实施例包括诸如Gilbert单元 (cell)的乘法器201，该乘法器201可操作地连接到诸如跨阻抗放大器的 放大器202。乘法器的输出节点220和222作为输入连接到放大器202。不使 用电阻器来偏压放大器202，而能够使用电流反射镜204。电流反射镜204 能够使用来自于放大器202的反馈，以为放大器202设定偏压。
通过电流反射镜304能够感测放大级的输入共模电压，并且电流能够 被反馈以设定等于输出共模电压的输入共模电压。
在一个实施例中，不使用图1的电阻器160和165，而使用电流反射镜 204。这能够减小在到放大器202的输入处的电压偏移(excursion)。在图 2的示例中，电流反射镜204能够具有三个晶体管206、 208、 210，这三个 晶体管206、 208、 210的基极能够连接到放大器202的节点，如共模反馈节 点。在一个实施例中，晶体管210的集电极连接到晶体管206、 208、 210的 基极，和放大器202内的节点，其能够提供允许改善放大器的操作的反馈。
由于输入共模反馈，放大器202的输入处的共模电压的偏移能够被限 制到小于100mv，从而允许乘法器上的宽动态范围的增益设置。
现在放大器202能够在为1的闭环增益下操作，由此而最小化失调和失 调漂移RTO，同时最大化环路增益和闭环带宽。结果是，在乘法器增益设 置的整个范围上获得了最大带宽下的良好DC稳定性。
图3详细示出了一个实施例的电路的细节。图3包括电流反射镜302、 放大器304和乘法器306。乘法器306的输出节点308和310作为输入连接到 放大器304和电流反射镜302。共模反馈节点312连接到放大器304，以为电 流反射镜306提供反馈。
不存在来自于光电二极管301的任何信号电流，放大器304的晶体管 314和316的基极设为2.5V。此电压通过输入共模环路来确立，该输入共模 环路包括差分对晶体管318和320，和射极跟随器322。电流反射镜302和305 也可以使用V2作为基准。
乘法器306可以是普通6-晶体管跨导乘法器。如果电流I4和I5相等(乘 以0)，来自于二极管301的任何信号电流被乘法器差分对相等分配，并且 在基极处看不到差分信号。然而，大的共模信号将出现在放大器304的晶体管314和316的基极处，并被调节成在晶体管314和316的基极处保持大约 2. 5V的共模。当在晶体管I4和I5之间确立差电流(difference current) 时，将在乘法器差分对与差电流之间不均衡地分割来自于光电二极管301 的信号电流，且差电流与共模电流结合，将出现在晶体管314和316的基极 处。差电流在晶体管332和334的发射极处被转换成差分输出电压。剩余的
共模电流由输入共模环路吸收，并且共模输出电压由输出共模环路保持为 2. 5V。
允许放大器在为l的增益下操作。这最大化了带宽，最小化了噪声和 输出电压漂移。
由于使用输入共模反馈，放大器304的输入处的共模电压偏移被限制 到不超过大约200-300mv的全范围，从而允许乘法器上的宽动态范围的增 益设置。放大器级在为l的闭环增益下操作，由此而最小化失调电压和失 调漂移，同时最大化环路增益和闭环带宽。结果是，在乘法器增益设置的 整个范围上获得了最大带宽下的良好的直流稳定性。
带宽被最大化，噪声被最小化，失调被最小化，并且失调漂移被最小 化。这使得能够建立用于控制激光功率的非常快速的乘法器增益控制装 置。
根据一组实施例，电路也能够包括输出共模调节环路，以提供实际的 差分入/差分出(differential — in/differential — out)操作。 如图3中所示，输出电流反射镜305能够连接到放大器输出。 出于解释和说明的目的，已经提供了本发明的上述说明。前面的描述 不是穷举的，也不试图将本发明限于所公开的具体形式。对本领域的技术 人员来说，许多改变和修改将是显而易见的。具体地，显然，根据插图记 号(vignette score)按照有用顺序用数字顺序检测并排列图像的上述特 征能够并入除所述那些软件应用之外的其它类型的软件应用中。选择并说 明实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，由此使本领域的 其他技术人员理解对于各种实施例和具有适于所构思的具体应用的各种 改变的本发明。本发明的保护范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
1. 一种能够放大电信号的电路，包括a)乘法器，所述乘法器能够接收并使得两个输入电信号相乘以产生放大器输入信号，其中所述放大器输入信号包括输入共模电压；b)放大器，所述放大器能够接收来自于所述乘法器级的所述输入信号，并能够放大所述输入信号；以及c)电流反射镜，所述电流反射镜被配置成偏压所述放大器输入。
2. 根据权利要求l所述的电路，其中所述电流反射镜保持所述输入共 模电压处于近似恒定的电平。
3. 根据权利要求l所述的电路，其中所述乘法器为Gilbert单元。
4. 根据权利要求l所述的电路，其中所述放大器的增益/反馈因子邝 近似等于l。
5. 根据权利要求l所述的电路，其中所述乘法器具有两个输出，所述 两个输出连接到所述放大器和所述电流反射镜。
6. 根据权利要求l所述的电路，其中所述放大器级是跨阻抗放大器。
7. 根据权利要求l所述的电路，其中输入共模电压的随时间的满标度 变化不超过大约300毫伏。
8. 根据权利要求l所述的电路，进一步包括光电二极管，所述光电二 极管产生到所述乘法器级的至少一个输入。
9. 根据权利要求l所述的电路，其中所述放大器的所述输出用于基于 激光的器件内。
10. 根据权利要求7所述的装置，其中所述基于激光的器件是光盘 (CD)驱动器。
11. 根据权利要求7所述的装置，其中所述基于激光的器件是数字化 视频光盘(DCD)驱动器。
12. 根据权利要求l所述的电路，其中所述电流反射镜连接到所述乘 法器级。
13. 根据权利要求l所述的电路，其中所述电流反射镜连接到所述放 大器级。
14. 根据权利要求l所述的装置，进一步包括-连接到所述放大器的两个输出的输出共模调节环路，其中所述输出共 模调节环路被配置成减小所述输出共模电压和所述输入共模电压之间的 差的大小。
15. 根据权利要求l所述的装置，其中所述电流反射镜包括连接到所述放大器级的多个晶体管。
16. 根据权利要求15所述的装置，其中所述电流反射镜的所述多个晶 体管之一的基极连接到所述放大器级内的节点。
17. —种电路，包括 光电二极管；可操作地连接到所述光电二极管的Gilbert单元； 可操作地连接到所述Gilbert单元的两个输出的2-输入放大器；以及 偏压所述放大器的所述两个输入的反馈单元，且所述反馈单元连接到 所述放大器内的反馈节点。
18. 根据权利要求17所述的电路，其中所述反馈单元是电流反射镜。
19. 根据权利要求17所述的电路，其中所述反馈单元保持所述输入共 模电压处于近似恒定的电平。
20. 根据权利要求17所述的电路，其中电流被反馈以将所述放大器的 所述输入共模电压设定成等于所述放大器的所述输出共模电压。
全文摘要
电流反射镜用于偏压连接到乘法器的放大器。
文档编号H03F3/45GK101438493SQ200780013839
公开日2009年5月20日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年2月17日
发明者理查德·岚田莱特 申请人:爱萨有限公司