一种放大器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种包括多个晶体管的放大器，该放大器具有第一电源端、第二电源端、第三电源端和第四电源端。该放大器的第三电源端和第四电源端可以耦接至动态电源，从而在提高该放大器效率的同时避免输出信号发生削波失真。
【专利说明】—种放大器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路装置，更具体但是并非排它地涉及多电源高效率放大器。
【背景技术】
[0002]放大器在模数转换电路和功率集成电路扮演了重要角色，其重要功能之一就是作为音频放大器对音频信号进行放大。而语音或音乐信号的峰值功率和平均功率之比(PeakAverage Ratio, PAR)较大，峰值电压远大于平均电压，且其幅度通常服从高斯分布，即大部分时间内音频信号的瞬态电压幅度都远远低于其峰值电压幅度。为了避免发生削波失真，放大器的电源电压必须足够大以能够处理绝大多数音频信号。在此电源电压下，当放大器处理幅度较低的音频信号时，能量就会损耗在输出晶体管上，不仅降低放大器的效率，也带来散热的问题。例如，对于如图1所示的放大器100，当电源电压VCC为5V，输出信号VO为IV时，输出晶体管Ql上的电压降会达到4V，即80%的电源电压会被晶体管Pl损耗，而非用于在扬声器SPK上产生有用功率。考虑到放大器其他组件的损耗，此时，放大器瞬态效率小于20%。实验证明，当输入信号的PAR为15dB时，其平均效率不到20%。如何提高放大器的效率，是本领域技术人员面临的难题。
【发明内容】
[0003]考虑到现有技术中的一个或多个问题，提供了一种放大器，包括，第一电流源，具有第一端和第二端，其第二端耦接至第一电源端；第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一电流源的第一端，其控制端配置为所述放大器的第一输入端；第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一电流源的第一端，其控制端配置为所述放大器的第二输入端；第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第一端，其第二端耦接至第二电源端，其控制端耦接至其第一端；第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端；第五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第四晶体管的第一端；第六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第五晶体管的第一端，其第二端耦接至第三电源端，其控制端耦接至其第一端；第七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第六晶体管的控制端；第八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端；第九晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第六晶体管的控制端；第十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第九晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端；第十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第六晶体管的控制端；第十二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端；第十三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十二晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接其第一端；第十四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十一晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接其第一端；第十五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第十三晶体管的控制端；第十六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十五晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接所述第十四晶体管的控制端；第十七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第十三晶体管的控制端；第十八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接所述第十四晶体管的控制端；第十九晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接其第一端；第二十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十六晶体管的第一端，其第二端耦接至第四电源端，其控制端耦接其第一端；第二十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接至所述第七晶体管的第一端；第二十二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二十一晶体管的第一端，其控制端耦接至所述第十九晶体管的控制端；第二十三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第四电源端，其控制端耦接至所述第十晶体管的第一端；第二十四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二十三晶体管的第一端，其控制端耦接至所述第二十晶体管的控制端；第二十五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端配置为所述放大器的输出端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第二十一晶体管的控制端；以及第二十六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二十五晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第四电源端，其控制端耦接所述第二十三晶体管的控制端。
[0004]本发明提供的放大器的第四电源端的电压可以低于第二电源端的电压，从而提高该放大器的效率。本发明提供的放大器的第三电源端和第四电源端还可以耦接至动态电源，从而在提高该放大器效率的同时避免发生削波失真。
[0005]【专利附图】
【附图说明】
下面将参考附图详细说明本发明的【具体实施方式】，其中相同的附图标记表示相同的部件或特征。
[0006]图1示出现有的放大器100的电路示意图；
图2示出根据本发明一个实施例的放大器200的电路示意图；
图3示出根据本发明一个实施例的放大器200的工作过程中的波形图；
图4不出根据本发明一个实施例的放大器400的电路图；
图5示出根据本发明一个实施例的放大系统500的电路示意图；
图6示出根据本发明一个实施例的放大系统500的工作过程中的波形图；
图7示出根据本发明一个实施例的放大系统700的电路示意图；
图8示出根据本发明一个实施例的放大系统700的工作过程中的波形图；以及 图9不出根据本发明一个实施例的放大器900的电路图。
[0007]【具体实施方式】
在下文的特定实施例代表本发明的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是:这些特定细节对于本发明而言不是必需的。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0008]在说明书中，提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。术语“在一个实施例中”在说明书中各个位置出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例或者可变实施例。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。当称“元件” “接收”某一信号时，可以使直接接收，也可以通过开关、电阻、电平位移器、信号处理单元等接收。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0009]对于放大器例如图1所不的AB类放大器100,在输出信号VO—定时,其损耗功率取决于其电源VCC的幅度大小。电源VCC的幅度越大，输出晶体管Ql上的压降越大，损耗功率就越大。在绝大部分时间里，音频输出信号VO的幅度远远低于放大器100的电源VCC。为此，可以为放大器100配置两对电源，例如高电压电源和低电压电源，在大部分输出电压较低的时间内，由低电压电源供电，以降低输出晶体管Ql上的电压降，减小损耗；当输出电压VO较高时，则由高电压电源供电，以避免产生削波失真。还可以为放大器100配置动态电源，动态电源的供电电压可以跟随信号自动变化。当功率放大器输出信号VO的幅度较小时，动态电源提供幅度较低的电压为放大器100供电；当输出信号VO幅度超过一定的门限时，动态电源提供幅度较高的电压为放大器100供电。
[0010]图2示出根据本发明一个实施例的放大器200的电路示意图。放大器200包括两级，输入级201和输出级202。输入级201,具有第一电源端、第二电源端、第一输入端、第二输入端和第一放大端，其第一电源端耦接至地电势GND，其第二电源端耦接至电源电压VCC (例如3.3V)，其第一输入端接收第一输入信号VIN1，其第二输入端接收第二输入信号VIN2，输入级201将第一输入信号VINl与第二输入信号VIN2之差VIN12放大，在其第一放大端提供第一放大信号VAl。输出级202,具有第一电源端、第二电源端、第一输入端和第一输出端，其第一电源端耦接至地电势GND，其第二电源端耦接至动态电源VDD，其第一输入端接收第一放大信号VA1，放大级202将第一放大信号VAl进一步放大，在其输出端提供输出信号V0。
[0011]图3示出根据本发明一个实施例的放大器200的工作过程中的波形图。当输出信号VO幅度较小时，由动态电源VDD提供一个幅度为VDDL的低电压为输出级202供电，以降低输出晶体管Ql的电压降，从而减小晶体管Ql上的损耗；当输出信号VO幅度较大时，动态电源VDD提供一个幅度为VDDH的较高电压为输出级202供电，以避免产生削波失真。在此过程中，输入级201的电源电压VCC保持恒定，以避免在输入级201引入噪声。
[0012]由于输入级201的第二电源端和输出级202第二电源端耦接至不同的电压(或电源)，如何用具体的电路结构实现电压(或电源)切换，是设计放大器200的难点。同时，由于输出级202的第一电源端耦接至地电源端，这就会使得放大器200输出静态点偏执于动态电源的一半，导致输出扬声器SPK上产生直流功耗，如何改进使得电路输出静态工作点设置在地电势，是设计放大器200的另一难点。
[0013]图4示出根据本发明一个实施例的放大器400的电路图。放大器400包括输入级401、第一放大级402、第二放大级403和输出级404。
[0014]输入级401包括:第一电流源11，具有第一端和第二端，其第二端耦接至第一电源端Tl ;第一晶体管Ql (以下可以简称为晶体管Ql或者Q1)，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第一电流源Il的第一端，其控制端配置为放大器400的第一输入端INl ；第二晶体管Q2，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第一电流源Il的第一端，其控制端配置为放大器400的第二输入端IN2;第三晶体管Q3，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第一晶体管Ql的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接至其第一端；第四晶体管Q4，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第二晶体管Q2的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接至第三晶体管Q3的控制端。
[0015]第一放大级402包括:第五晶体管Q5，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接至第四晶体管Q4的第一端；第六晶体管Q6，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第五晶体管Q5的第一端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接至其第一端；第七晶体管Q7，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接第六晶体管Q6的控制端；第八晶体管Q8，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第七晶体管Q7的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接至第三晶体管Q3的控制端；第九晶体管Q9，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接第六晶体管Q6的控制端；第十晶体管Q10，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第九晶体管Q9的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接至第三晶体管Q3的控制端；
第二放大级403包括:第十一晶体管Q11，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接第六晶体管Q6的控制端；第十二晶体管Q12，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接至第三晶体管Q3的控制端；第十三晶体管Q13，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十二晶体管Q12的第一端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接其第一端；第十四晶体管Q14，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十一晶体管Qll的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接其第一端；第十五晶体管Q15，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接第十三晶体管Q13的控制端；第十六晶体管Q16，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十五晶体管Q15的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接第十四晶体管Q14的控制端；第十七晶体管Q17，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接第十三晶体管Q13的控制端；第十八晶体管Q18，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十七晶体管Q17的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2，其控制端耦接第十四晶体管Q14的控制端;
输出级404包括:第十九晶体管Q19，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十七晶体管Q17的第一端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接其第一端；第二十晶体管Q20，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十六晶体管Q16的第一端，其第二端耦接至第四电源端T4，其控制端耦接其第一端；第二十一晶体管Q21，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接至第七晶体管Q7的第一端；第二十二晶体管Q22，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第七晶体管Q7的第一端，其第二端耦接至第二十一晶体管Q21的第一端，其控制端耦接至第十九晶体管Q19的控制端；第二十三晶体管Q23，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第四电源端T4，其控制端耦接至第十晶体管QlO的第一端；第二十四晶体管Q24，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十晶体管QlO的第一端，其第二端耦接至第二十三晶体管Q23的第一端，其控制端耦接至第二十晶体管Q20的控制端；第二十五晶体管Q25，具有第一端、第二端和控制端，其第一端配置为放大器400的输出端OUT,其第二端稱接至第三电源端T3，其控制端耦接第二十一晶体管Q21的控制端；以及第二十六晶体管Q26，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第二十五晶体管Q25的第一端，其第二端耦接至第四电源端T4，其控制端耦接第二十三晶体管Q23的控制端。
[0016]根据本发明的一个实施例，晶体管的尺寸可以设置为:第一晶体管Ql和第二晶体管Q2为匹配的晶体管(尺寸比例为1:1)，第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第八晶体管Q8和第十晶体管QlO的尺寸比例为:1:1:1: ( α +1): α，第六晶体管Q6、第七晶体管Q7和第九晶体管Q9的尺寸比例为:1: α: ( α+1 )，其中在优化的实施例中α大于 I。假定第一电流源的电流为21，则在稳态下第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第九晶体管Q9和第十晶体管QlO的偏置电流分别为α Ι、( α+1)Ι、( α+1)1和0 1，那么第二^^一晶体管Q21和第二十三晶体管Q23的偏置电流均为I。在稳态条件下，第二十一晶体管Q21和第二十二晶体管Q22均工作于饱和区，为此第二十一晶体管Q21和第二十五晶体管Q25将工作于电流镜模式。假定，第二十一晶体管Q21和第二十五晶体管Q25的尺寸比例为1: β，其中β大于I，则第二十五晶体管Q25的偏置电流为β I,即第二十五晶体管Q25的偏置电流被有效控制。在放大模式下，假定第一输入端INl的电压升高，第三晶体管Q3电流增大，第八晶体管Q8的电流会增大，而第七晶体管Q7的电流会减小，导致第二十一晶体管Q21和第二十二晶体管Q22的电流增大，从而使得第二十一晶体管Q21进入线性区(第二十一晶体管Q21的第一端电压降低，第二十一晶体管Q21的控制端电压升高)，节点A将进入高阻状态。此时，第二十五晶体管Q25不再镜像第二十一晶体管Q21的电流，而是在第二十一晶体管Q21的控制端电压控制下进行电压和/或电流的放大。同理，在放大模式下，当第一输入端INl的电压降低时，节点B将进入高阻状态。
[0017]第十九晶体管Q19和第二十一晶体管Q21的偏置电压可以由两个恒流源分别提供(例如电流为I的电流源和电流沉分别提供)。根据本发明的一个实施例，为了给第十九晶体管Q19和第二十一晶体管Q21提供偏置电流(即为第二十二晶体管Q22和第二十四晶体管Q24提供偏置电压)，同时进一步增大放大器400的放大能力，放大器400进一步包括第二放大级403。根据本发明的一个实施例，第三晶体管Q3和第十二晶体管Q12的尺寸比例为1: 1，第六晶体管Q6和第十一晶体管Qll的尺寸比例为1: 1，第十三晶体管Q13、第十五晶体管Q15和第十七晶体管Q17的尺寸比例为:1: ( y+1): Y，第十四晶体管Q14、第十六晶体管Q16和第十八晶体管Q18的尺寸比例为:1: Y:( Y+1)，则在稳态下第十五晶体管Q15、第十六晶体管Q16、第十七晶体管Q17和第十八晶体管Q18的偏置电流分别为(Y+1)1、Y 1>Y 1>( Y+1)1，那么第二十晶体管Q20和第十九晶体管Q19的电流均为I。即，在稳态下，第二放大级403为第十九晶体管Q19和第二十一晶体管Q21提供了稳定的偏置电流，即为第二十二晶体管Q22和第二十四晶体管Q24提供了稳定的偏置电压。在放大模式下，假定INl电压升高，第三晶体管Q3电流增大，第十二晶体管Q12和第十七晶体管Q17的电流也会增大，而第十一晶体管Qll和第十八晶体管Q18的电流会减小，导致第十九晶体管Q19的电流减小，使得第二十二晶体管Q22控制端电压降低，从而使得第二十一晶体管Q21更快地进入线性区(第二十一晶体管Q21的第一端电压降低，为保证电流能力，第二十一晶体管Q21的控制端电压将升高)。
[0018]根据本发明的一个实施例，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第六晶体管Q6、第七晶体管Q7、第九晶体管Q9、第十一晶体管Q11、第十三晶体管Q13、第十五晶体管Q15、第十七晶体管Q17、第十九晶体管Q19、第二十一晶体管Q21、第二十二晶体管Q22、第二十五晶体管Q25是NPN晶体管或者N沟道MOS晶体管，第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第八晶体管Q8、第十晶体管Q10、第十二晶体管Q12、第十四晶体管Q14、第十六晶体管Q16、第十八晶体管Q18、第二十晶体管Q20、第二十三晶体管Q23、第二十四晶体管Q24以及第二十六晶体管Q26是PNP晶体管或者P沟道MOS晶体管。在上述配置下，第一电源端Tl的电压低于第二电压端T2的电压，第三电源端T3的电压低于第四电压端T4的电压。
[0019]根据本发明的一个实施例，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第六晶体管Q6、第七晶体管Q7、第九晶体管Q9、第十一晶体管Q11、第十三晶体管Q13、第十五晶体管Q15、第十七晶体管Q17、第十九晶体管Q19、第二十一晶体管Q21、第二十二晶体管Q22、第二十五晶体管Q25是PNP晶体管或者P沟道MOS晶体管，第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第八晶体管Q8、第十晶体管Q10、第十二晶体管Q12、第十四晶体管Q14、第十六晶体管Q16、第十八晶体管Q18、第二十晶体管Q20、第二十三晶体管Q23、第二十四晶体管Q24以及第二十六晶体管Q26是NPN晶体管或者N沟道MOS晶体管。在上述配置下，第一电源端Tl的电压高于第二电压端T2的电压，第三电源端T3的电压高于第四电压端T4的电压。
[0020]图5示出根据本发明一个实施例的放大系统500的电路示意图。放大系统500包括放大器200和反馈电阻RFfRF4，可以直接将音频系统输出的具有非零(1.2V)共模电平的差分信号(VDl和VD2)转化为以地电势为静态工作点的单端信号V012。
[0021]参考图5，放大器200的第二输入端通过第一反馈电阻RFl和第二反馈电阻RF2分别耦接至第一差分信号VDl和地电源端，其第一输入端通过第三反馈电阻RF3和第四反馈电阻RF4分别耦接至第二差分信号VDl和其输出端，其第一电源端Tl耦接音频系统的参考电源端(地 电势)，其第二电源端T2耦接音频系统的稳态电源(5V)，其第三电源端T3耦接第一负电压(-2.5V)，其第四电源端T4耦接第一正电压(2.5V)。需要指出的是，反馈电阻RF1~RF4可以集成于放大器400内部，作为放大器400的一部分。
[0022]图6示出根据本发明一个实施例的放大系统500的工作波形图。VDl和VD2是共模电平为1.2V的差分信号，输出为电平为OV的单端信号。音频输入为零时(VDl和VD2相等)，输出V012为0V，SPK上不会产生静态电流。由于输出放大器200的输出级采用了 2.5V供电，而非5V电压，从而提高了电源利用率，提高了效率。本领域技术人员还可以根据需要，灵活设置第一正电压(或者第一负电压)，例如1.2V、3V、4.2V以提高电源效率。
[0023]图7示出根据本发明一个实施例的放大系统700的电路示意图。与图5所示的放大系统500区别在于，第三电源端T3耦接负动态负电源VDN，其第四电源端T4耦接至正动态电源VDP。
[0024]图8示出根据本发明一个实施例的放大系统700的工作波形图。VDl和VD2是共模电平为1.2V的差分信号，输出为电平为OV的单端信号V012。当输出信号V012大于零且幅值较小时，正动态电源VDP输出幅值为VDPL (例如1.25V)的电压为放大器400供电，以提高电源利用率；当输出信号V012大于零且幅值较小时，正动态电源VDP输出幅值为VDPH(例如2.5V)的电压为放大器400供电，以避免输出信号V012被电源削波。当输出信号V012小于零且幅值较小时，负动态电源VDN输出幅值为VDNL(例如-1.25V)的电压为放大器400供电，以提高电源利用率；当输出信号V012大于零且幅值较小时，负动态电源VDN输出幅值为VDNH (例如-2.5V)的电压为放大器400供电，以避免输出信号V012被电源削波。
[0025]本领域的技术人员，可以根据医用的领域合理设置高效放大器200的晶体管尺寸和比例，以确定其增益、电流放大倍数、静态工作电流等参数。在一些设置中，由于增益较高，可能导致在部分应用时环路不稳定。为此，需要对其进行补偿。
[0026]图9示出根据本发明一个实施例的高效放大器900。高效放大器900是在放大器400的基础上进一步改进以增大其稳定性，本领域的技术人员应该知道，图9示出了多种改进措施，这些措施可以单独或者全部用于图4所示的放大器400。
[0027]根据本发明一个实施例，高效放大器900包括第一补偿电容CCl，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二晶体管Q2的第一端，其第二端耦接至第二十五晶体管Q25的第一端。当耦接于第二晶体管Q2的第一端和第二十五晶体管Q25的第一端之间时，第一补偿电容CCl可以产生米勒效应，其有效电容将增大数百倍，从而有效地减小了电路面积。
[0028]根据本发明一个实施例，放大器900包括还包括，第一补偿电阻RC1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十五晶体管Q25的控制端；第二补偿电容CC2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一补偿电阻RCl的第二端，其第二端耦接至第二十五晶体管Q25的第一端；第二补偿电阻RC2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十六晶体管Q26的控制端；第三补偿电容CC3，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二电阻的第二端，其第二端耦接至第二十六晶体管Q26的第一端。第一补偿电阻RCl和第二补偿电阻RC2可以有效消除第二十五晶体管Q25和第二十六晶体管Q26的引入的零点，从而增强电路稳定性。
[0029]本领域的技术人员还可以用其他方式对放大器900进行补偿，例如在第二晶体管Q2的第一端引入大电容进行补偿，在第二十五晶体管Q25控制端引入大电容进行补偿，或者引入前馈通路进行补偿。
[0030]根据本发明一个实施例，放大器900包括还包括第一保护电路901 (图9中分为901a和901b两个部分)。第一保护电路901包括第二十七晶体管Q27、第一延迟电阻RDl、第一延迟电容⑶I和第二十八晶体管Q28。第二十七晶体管Q27，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接第二十一晶体管Q21的控制端；第一延迟电阻RD1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十七晶体管Q27的第一端，其第二端耦接至第二电源端T2 ;第一延迟电容⑶1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十七晶体管Q27的第一端，其第二端耦接至第二电源端Τ2;第二十八晶体管Q28，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第三晶体管Q3的控制端，其第二端耦接至第二电源端Τ2，其控制端耦接第二十七晶体管Q27的第一端。在运行过程尤其是启动过程中，第一保护电路901基于第二十五晶体管Q25的电流调整放大器900各晶体管的偏置电流(尤其是第三晶体管Q3的电流)，当第二十五晶体管Q25的电流过大时将通过减小第三晶体管Q3的电流而减小第二十五晶体管Q25的电流，从而有效抑制了放大器900在运行尤其是启动过程中的电压尖峰和、电压过冲和第二十五晶体管Q25的过电流。
[0031]根据本发明一个实施例，放大器900包括还包括第二保护电路902 (图9中分为902a和902b两个部分)。第二保护电路902包括第二十九晶体管Q29、第二延迟电阻RD2、第二延迟电容⑶2和第三十晶体管Q30。第二十九晶体管Q29，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第四电源端T4，其控制端耦接第二十三晶体管Q23的控制端；第二延迟电阻RD2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十九晶体管Q29的第一端，其第二端耦接至第三电源端T3 ;第二延迟电容⑶2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十九晶体管Q29的第一端，其第二端耦接至第三电源端T3 ;第三十晶体管Q30，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第六晶体管Q6的控制端，其第二端耦接至第三电源端T3，其控制端耦接第二十九晶体管Q29的第一端。在运行过程尤其是启动过程中，第二保护电路902基于第二十六晶体管Q26的电流调整放大器900各晶体管的偏置电流(尤其是第六晶体管Q6的电流)，当第二十六晶体管Q26的电流过大时将通过减小第六晶体管Q6的电流而减小第二十六晶体管Q26的电流，从而有效抑制了放大器900在运行尤其是启动过程中的电压尖峰和、电压过冲和第二十六晶体管Q26的过电流。。
[0032]在本公开内容中所使用的量词“一个”、“一种”等不排除复数。文中的“第一”、“第二”等仅表示在实施例的描述中出现的先后顺序，以便于区分类似部件。“第一”、“第二”在权利要求书中的出现仅为了便于对权利要求的快速理解而不是为了对其进行限制。权利要求书中的任何附图标记都不应解释为对范围的限制。
【权利要求】
1.一种放大器，包括， 第一电流源，具有第一端和第二端，其第二端耦接至第一电源端； 第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一电流源的第一端，其控制端配置为所述放大器的第一输入端； 第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一电流源的第一端，其控制端配置为所述放大器的第二输入端； 第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第一端，其第二端耦接至第二电源端，其控制端耦接至其第一端； 第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端； 第五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第四晶体管的第一端； 第六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第五晶体管的第一端，其第二端耦接至第三电源端，其控制端耦接至其第一端； 第七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第六晶体管的控制端； 第八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端； 第九晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第六晶体管的控制端； 第十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第九晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端； 第十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第六晶体管的控制端； 第十二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接至所述第三晶体管的控制端； 第十三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十二晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接其第一端； 第十四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十一晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接其第一端； 第十五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第十三晶体管的控制端； 第十六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十五晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接所述第十四晶体管的控制端； 第十七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第十三晶体管的控制端； 第十八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接所述第十四晶体管的控制端； 第十九晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接其第一端； 第二十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十六晶体管的第一端，其第二端耦接至第四电源端，其控制端耦接其第一端； 第二十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接至所述第七晶体管的第一端； 第二十二晶体管，具有第一 端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二十一晶体管的第一端，其控制端耦接至所述第十九晶体管的控制端； 第二十三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第四电源端，其控制端耦接至所述第十晶体管的第一端； 第二十四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二十三晶体管的第一端，其控制端耦接至所述第二十晶体管的控制端； 第二十五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端配置为所述放大器的输出端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第二十一晶体管的控制端；以及 第二十六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二十五晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第四电源端，其控制端耦接所述第二十三晶体管的控制端。
2.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第六晶体管、所述第七晶体管、所述第九晶体管、所述第十一晶体管、所述第十三晶体管、所述第十五晶体管、所述第十七晶体管、所述第十九晶体管、所述第二十一晶体管、所述第二十二晶体管、所述第二十五晶体管是NPN晶体管或者N沟道MOS晶体管；所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第八晶体管、所述第十晶体管、所述第十二晶体管、所述第十四晶体管、所述第十六晶体管、所述第十八晶体管、所述第二十晶体管、所述第二十三晶体管、所述第二十四晶体管以及所述第二十六晶体管是PNP晶体管或者P沟道MOS晶体管。
3.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第六晶体管、所述第七晶体管、所述第九晶体管、所述第十一晶体管、所述第十三晶体管、所述第十五晶体管、所述第十七晶体管、所述第十九晶体管、所述第二十一晶体管、所述第二十二晶体管、所述第二十五晶体管是PNP晶体管或者P沟道MOS晶体管；所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第八晶体管、所述第十晶体管、所述第十二晶体管、所述第十四晶体管、所述第十六晶体管、所述第十八晶体管、所述第二十晶体管、所述第二十三晶体管、所述第二十四晶体管以及所述第二十六晶体管是NPN晶体管或者N沟道MOS晶体管。
4.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述放大器的第一电源端耦接至地电势，所述放大器的第二电源端耦接至稳态正电压，所述放大器的第三电源端耦接至第一负电压，所述放大器的第四电源端耦接至第一正电压。
5.根据权利要求4所述的放大器，其中，所述放大器还包括， 第一反馈电阻，具有第一端和第二端，其第二端耦接至所述放大器的第二输入端； 第二反馈电阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述放大器的第二输入端，其第二端耦接至地电势； 第三反馈电阻，具有第一端和第二端，其第二端耦接至所述放大器的第一输入端；以及第四反馈电阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述放大器的第一输入端，其第二端耦接至所述放大器的输出端。
6.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第三电源端和/或所述第四电源端耦接至动态电源，所述动态电源至少具有两个电压幅值。
7.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述放大器还包括第一补偿电容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二十五晶体管的第一端。
8.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述放大器还包括， 第一补偿电阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十五晶体管的控制端; 第二补偿电容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一补偿电阻的第二端，其第二端耦接至所述第二十五晶体管的第一端； 第二补偿电阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十六晶体管的控制端；以及 第三补偿电容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二补偿电阻的第二端，其第二端耦接至所述第二十六晶体管的第一端。
9.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述放大器还包括， 第二十七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第二十一晶体管的控制端； 第一延迟电阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端； 第一延迟电容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十七晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第二电源端；以及 第二十八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第三晶体管的控制端，其第二端耦接至所述第二电源端，其控制端耦接所述第二十七晶体管的第一端。
10.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述放大器还包括， 第二十九晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第四电源端，其控制端耦接所述第二十三晶体管的控制端； 第二延迟电阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十九晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第三电源端； 第二延迟电容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十九晶体管的第一端，其第二端耦接至所述第三电源端；以及 第三十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第六晶体管的控制端，其第二端耦接至所述第三电源端，其控制端耦接所述第二十九晶体管的第一端。
【文档编号】H03F1/02GK103905001SQ201410127907
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】王海时 申请人:成都信息工程学院