具有准确输入偏移电压的差动放大器的制作方法

专利名称：具有准确输入偏移电压的差动放大器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电子器件，且更具体来说涉及放大器。
背景技术：
放大器通常用以缓冲和/或放大信号以获得所要的信号电平。放大器广泛用于各 种应用(例如通信、计算、网络连接、消费者电子器件等)。举例来说，在如蜂窝式电话的无 线通信装置中，放大器可用以经由用于显示装置、相机、外部装置等的数据通信链路而接收 信号。放大器可用以检测在数据链路上的两个互补信号线之间的电压差。这些信号线在 所述数据链路活动时可载运差动信号且在所述数据链路闲置时可浮动。当信号线浮动时， 噪声可能容易耦合到这些线并使小的差动信号出现在所述线上。可能需要在数据链路活动 时正确地检测这些线上的实际信号且在数据链路闲置时避免因耦合到这些线的噪声而引 起的错误触发。

发明内容
本文中描述一种具有准确输入偏移电压的放大器。所述放大器可检测大于输入偏 移电压的差动输入信号且不受小于输入偏移电压的噪声干扰。所述放大器可用于数据通信 链路的接收端且可被称作数据接收器、接收器等。所述放大器还可用于其中需要准确输入 偏移电压的其它应用。在一种设计中，所述放大器包括第一不平衡差动对和第二不平衡差动对。所述第 一不平衡差动对接收差动输入信号并提供第一差动电流信号。所述第二不平衡差动对接收 差动参考信号并提供第二差动电流信号，从所述第一差动电流信号减去所述第二差动电流 信号以获得一差动输出信号。当所述差动输入信号等于目标输入偏移电压时，所述第一差 动电流信号可具有误差电流。所述第二差动电流信号可跨越温度和其它变化而追踪所述误 差电流。当所述差动输入信号等于所述目标输入偏移电压时，所述第一不平衡差动对和所 述第二不平衡差动对可共同地提供零差动输出信号。所述第一不平衡差动对可从电流源接 收第一偏置电流(bias current)。所述放大器可进一步包括第三不平衡差动对，所述第三 不平衡差动对接收所述差动输入信号并为所述第二不平衡差动对提供第二偏置电流。所述 第二偏置电流可跨越所述差动输入信号的共模电压的范围而追踪所述第一偏置电流。在一种设计中，每一不平衡差动对包括两个晶体管，且一个晶体管为另一晶体管 的尺寸的M倍。可选择M以获得所述放大器的目标输入偏移电压。所述晶体管可为N沟道 金属氧化物半导体(NMOS)晶体管、P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管等。下文更详细地描述本发明的各种方面和特征。


图1展示具有依过程和温度而定的输入偏移电压的放大器。
图2展示图1中的放大器的差动输出电流对差动输入电压。图3展示具有准确输入偏移电压的放大器。图4A和图4B展示图3中的放大器的针对不同温度的差动输出电流对差动输入电压。图5A和图5B展示两个具有准确输入偏移电压的NMOS放大器。图6展示具有正确输入偏移电压的PMOS放大器。图7展示具有准确输入偏移电压的NMOS和PMOS放大器。图8展示用于接收并放大信号的过程。图9展示无线通信装置。
具体实施例方式图1展示具有输入偏移电压的放大器100的示意图，输入偏移电压还被称作输入 参考偏移电压。放大器100包括耦合到电流源116的不平衡差动对110。差动对110包括 两个NMOS晶体管112和114。NMOS晶体管112使其栅极接收第一输入电压信号Vinp、使其 源极耦合到电流源116的第一端，且使其漏极提供第一输出电流信号1。_。NMOS晶体管114 使其栅极接收第二输入电压信号Vinn，使其源极耦合到电流源116的第一端，且使其漏极提 供第二输出电流信号I。utn。电流源116使其第二端耦合到电路接地并为NMOS晶体管112和 114提供偏置电流Ibias。图1展示使用NMOS晶体管来实施差动对110的设计。还可使用PMOS晶体管、双 极结晶体管(BJT)或某其它类型的晶体管来实施差动对。可将放大器100的差动输入电压信号Vin和差动输出电流信号I。ut表示为Vin = Vinp-Vinn，和等式(Ia)I。ut = I。utp_I。utn。等式(lb)差动对110可为平衡的(图1中未展示)，且NMOS晶体管112和114可具有相同 尺寸且可为匹配的。在此情况下，当Vinp = Vinn且Vin = 0时，偏置电流的一半流过每一 NMOS 晶体管且I。ut = 0。然而，可能需要具有带有内建式输入偏移的放大器，以使得当Vin = Vos而不是Vin =0时I。ut = 0。V。s是放大器的输入偏移电压。具有输入偏移电压的放大器可用于串行数据 链路的接收端，所述串行数据链路可基于任何协议或标准(例如移动显示数字接口(MDDI) 标准)。所述放大器还可用以检测数据链路从冬眠状态的唤醒。为获得输入偏移电压，差动对110可为不平衡的(如图1中所示)，且NMOS晶体 管112和114可具有不同尺寸。在图1中所示的设计中，NMOS晶体管114比NMOS晶体管 112大M倍，以使得(W/L)2 = M· (Wzl)1，其中(Wzl)1是匪03晶体管112的宽度与长度比 (width-to-length ratio)，且(W/L)2是匪05晶体管114的宽度与长度比。对于不平衡差动对110来说，将差动输入电压施加到NMOS晶体管112和114的栅 极以便在所述两个NMOS晶体管之间均勻地分割偏置电流。放大器100的输入偏移电压为 Vinp 与 Vinn 之间的差，以使得 I。utp = Ioutn = Ibias/2。如果在饱和状态下操作NMOS晶体管112和114，则可如下给定输入偏移电压
6
V0i =。-Vgi2 =V^tl-V^2 =Vrfiatl，等式(2)其中Vgsl和Vgs2分别为NMOS晶体管112和114的栅极到源极电压 (gate-to-sourcevoltage)，且 Vdsatl 禾口 Vdsat2 分别为NMOS晶体管112和114的过驱动电压。 MOS晶体管的过驱动电压等于Vgs减去所述MOS晶体管的阈值电压Vth。如果在弱反转状态下操作NMOS晶体管112和114，则可如下给定输入偏移电压Vos = Vgsl-Vgs2 = η -V1-In(M)，等式(3) 其中Vr=k.T/Q，等式⑷ 其中Vt是热电压，T是绝对温度(以开尔文为单位)，η是MOS晶体管的非理想 因子，k是波兹曼常数，且q是电子电荷(以库仑为单位)。等式(3)和⑷指示NMOS晶体 管112和114的特性以及非理想因子类似于BJT的特性以及非理想因子。可通过为NMOS晶体管112和114选择合适的尺寸和/或偏置电流而在弱反转下 操作这些NMOS晶体管。弱反转是指针对给定量的偏置电流的大晶体管，或针对给定的晶体 管尺寸的小偏置电流。对于接收差动输入电压信号的输入差动对(例如，如图1中所示) 来说，通常在弱反转下操作NMOS晶体管。如等式⑵和(3)中所示，可通过为Vdsat和M选择合适的值来获得所要或目标输 入偏移电压V。s_tmgrt。然而，图1中所示的设计的主要缺陷是输入偏移电压对温度的强烈依 赖，因为(i)等式⑵中的Vdsat与温度有关且(ii)等式(3)中的Vt与绝对温度线性相关。 因此，不管是在饱和下还是在弱反转下操作差动对中的MOS晶体管，输入偏移电压均通常 展现与绝对温度成比例的(PTAT)特性。图2展示图1中的放大器100的IwJiVin的曲线。曲线210展示27°摄氏度(C) 的标称温度下的I。ut对Vin，其中当Vin = Vos_target时，I。ut = 0。曲线212展示125°C的高温 下的I。ut对Vin，其中当Vin = V。s_h。t时，I。ut = 0，其中V。s_h。t是高温下的输入偏移电压。曲 线214展示_40°C的低温下的Iout对Vin，其中当Vin = V。s_。。ld时，Iout = 0，其中V。s_。。ld是低 温下的输入偏移电压。图1中所示的设计的输入偏移电压可在-40°C到125°C的操作温度范围内偏离目 标值士20%或更多。此外，图1中所示的设计中的输入偏移电压在集成电路(IC)工艺有变 化的情况下不能很好地追踪。图3展示放大器300的一设计的示意图，所述放大器300在温度、IC工艺和电源 变化的情况下具有准确的输入偏移电压。放大器300包括信号不平衡差动对310、误差校正 不平衡差动对320以及电流源316和326。差动对310包括NMOS晶体管312和314，所述 NMOS晶体管312和314以与图1中的NMOS晶体管112和114以及电流源116相同的方式 耦合到电流源316。NMOS晶体管312和314分别提供互补信号电流Isignalp和Isignaln。差动对320包括NMOS晶体管322和324。NMOS晶体管322使其栅极接收第一参 考电压Vrefp，使其源极耦合到电流源326的第一端，且使其漏极耦合到NMOS晶体管314的 漏极。NMOS晶体管324使其栅极接收第二参考电压V,efn，使其源极耦合到电流源326的第 一端，且使其漏极耦合到NMOS晶体管312的漏极。NMOS晶体管322和324分别提供互补误 差校正电流Imwp和Iemm。电流源326使其第二端耦合到电路接地并为NMOS晶体管322和324提供偏置电流Ibias。可将差动对310的差动输入电压信号Vin和差动对320的差动参考电压V,ef表达 为Vin = Vinp-Vinn，和等式(5a) Vref = Vrefp_Vrefn° 等式(5b) 可将来自差动对310的差动信号电流Isignal、来自差动对320的差动误差校正电流
Ierror和来自放大器300的差动输出电流信号I。ut表达为IsignaI = Isignalp-Isignaln等式(6a)Ierror = Ierrorp-Ierrorn,和等式(6b)Iout = Isignal-Ierror0等式彻)在图3中所示的设计中，差动对310和320均为不平衡的，其中NMOS晶体管314 比NMOS晶体管312大M倍，且NMOS晶体管324比NMOS晶体管322大M倍。此外，NMOS晶 体管322与NMOS晶体管312匹配，且NMOS晶体管324与NMOS晶体管314匹配。可选择M的合适值，以使得可获得在标称温度下单独操作的差动对310的目标输 入偏移电压V。s_ta,get。如上文所描述，差动对310的输入偏移电压可随温度、IC工艺和电源而 变化。当输入偏移电压归因于温度、IC工艺和/或电源变化而偏离目标值时，差动输入电压 V。s-tawt导致Isignal等于非零差动电流而不是零。将此非零差动电流称作误差电流Γ err0rO差动对320估计差动对310中的对应于Vin = Vos_target的误差电流并提供差动误差 校正电流Ictot，所述差动误差校正电流Ictot应等于所述误差电流。如图3中所示，通过将 NMOS晶体管322和324的漏极分别交叉耦合到NMOS晶体管314和312的漏极而从差动信 号电流减去差动误差校正电流。如果误差校正电流等于误差电流，则输出电流I。ut在Vin = Vos_target时将为零，且差动对310的输入偏移电压基本上被恢复到目标值。差动对310的误差电流可随温度、IC工艺和电源而变化。来自差动对320的误差 校正电流在温度、IC工艺和电源变化的情况下应匹配于误差电流，以便在将目标输入偏移 电压施加到差动对310时获得零输出电流。可通过将差动参考电压VMf = V。s_togrt (其具有合适的共模电压)施加到差动对 320来估计与施加到差动对310的目标输入偏移电压一起存在的误差电流。由于差动对320 与差动对310匹配，所以当将目标输入偏移电压施加到差动对310与320时，来自差动对 320的误差校正电流应紧密匹配于差动对310中的误差电流。此外，因为差动对310与320 是匹配的，所以误差校正电流应跨越温度、IC工艺和电源变化而追踪误差电流。因此，可实 现放大器300的准确输入偏移电压。 图4A展示在_40°C的低温下图3中的放大器300的Isignal、Iettw和I。ut对Vin的曲 线。曲线410展示差动对310的Isignal对Vin。曲线410与图2中的曲线214匹配且当Vin = Vos-cold时使Isignal = 0。曲线412展示差动对320的Iemff对Vin。因为差动对320接收Vref =v0s_target而不是Vin，所以Ictm并非随Vin而变，且曲线412为水平线。曲线414展示I。ut 对Vin。因为I。ut是通过从Isignal减去而获得的，所以曲线414是通过将曲线410下移 Ierror而获得的。曲线414在Vin的范围内大致匹配于图2中的曲线210且当Vin = Vos_target 时使 I。ut = 0。 图4B展示在125°C的高温下图3中的放大器300的IsignalUemff和工·对Vin的曲线。曲线420展示差动对310的Isignal对Vin。曲线420与图2中的曲线212匹配且当Vin =Vos_hot时使Isignal = 0。曲线422展示差动对320的Ictm对Vin。Ierror并非随Vin而变，且 曲线422为水平线。曲线424展示I。ut对Vin。因为I。ut是通过从Isignal减去Ictm而获得的 且因为Ierror为负的，所以曲线424是通过将曲线420上移Ierror而获得的。曲线424在Vin 的范围内大致匹配于图2中的曲线210且当Vin = Vos_target时使I。ut = 0。如图4A和图4B中所示，误差校正电流可用以解决信号电流中的误差电流。此夕卜， 误差校正电流跨越温度变化(如图4A和图4B中所示)并且跨越IC工艺和电源变化而追 踪误差电流。可用平衡的差动对来替换不平衡的差动对310和320。平衡差动对310可接着具 有v。s = OV的标称输入偏移电压，且平衡差动对320可产生偏移电流以使得输入偏移电压 处于V。s_togrt的目标值。然而，可能难以使用平衡差动对310和320来获得大的输入偏移电 压。此外，可将整个I。ut曲线向下或向上移动大的量以便获得目标输入偏移电压，此可能会 影响关于速度、温度和其它因素的性能。施加到信号差动对310的差动输入电压信号的共模电压可在轨间摆动(例如，从 电源电压到电路接地)。差动对310的偏置电流可随Vin的共模电压而变化且可在低共模 电压下断开。另一方面，误差校正差动对320在差动参考电压具有固定的共模电压的情况 下操作。结果，差动对320的偏置电流并未变化或断开。可能需要误差校正差动对320的 偏置电流紧密地追踪信号差动对310的偏置电流。此可接着允许在共模电压的广泛范围内 获得目标输入偏移电压。图5A展示放大器500的一设计的示意图，所述放大器500在温度、IC工艺和电源 变化以及在差动输入电压信号的共模电压的一范围内具有准确的输入偏移电压。放大器 500包括信号不平衡差动对510、误差校正不平衡差动对520、共模感测不平衡差动对530 以及电流源516和536。差动对510包括NMOS晶体管512和514，所述NMOS晶体管512和 514以与图3中的NMOS晶体管312和314以及电流源316相同的方式耦合到电流源516。 NMOS晶体管512和514分别提供互补信号电流Isignalp和Isignaln。差动对520包括NMOS晶 体管522和524，所述NMOS晶体管522和524是以与图3中的NMOS晶体管322和324相同 的方式耦合。NMOS晶体管522和524分别提供互补误差校正电流Iotmi^P IOT。m。差动对 530包括NMOS晶体管532和534，所述NMOS晶体管532和534使其源极耦合在一起并耦合 到电流源536的一端，使其漏极耦合在一起并耦合到NMOS晶体管522和524的源极，且使 其栅极分别接收互补输入信号Vinp和Vim。差动对510、520和530为不平衡的，其中NMOS晶体管514比NMOS晶体管512大 M倍，匪OS晶体管524比匪OS晶体管522大M倍，且匪OS晶体管534比匪OS晶体管532 大M倍。此外，NMOS晶体管512、522和532是匹配的，且NMOS晶体管514、524和534也是 匹配的。差动对510和520如上文分别针对图3中的差动对310和320所描述那样操作。 共模感测差动对530为差动对520提供偏置电流且产生此偏置电流以追踪差动对510的偏 置电流。差动对530与差动对510匹配但使NMOS晶体管532和534的漏极耦合在一起。因 为差动输入信号被施加到两个差动对510和530，所以施加于电流源536上的共模电压等于 施加于电流源516上的共模电压。来自电流源536的偏置电流可因此在Vin的共模电压的整个范围内追踪来自电流源516的偏置电流。图5B展示具有准确输入偏移电压的放大器502的一设计的示意图。放大器502 包括图5A中的放大器500中的全部电路元件且进一步包括NMOS晶体管538。NMOS晶体管 538使其栅极耦合到NMOS晶体管532的栅极且使其漏极与源极耦合在一起并耦合到NMOS 晶体管532的漏极(其为节点A)。NMOS晶体管538具有尺寸M_1。NMOS晶体管532和538 的总尺寸等于NMOS晶体管534的尺寸。互补输入信号Vinp和Vinn将接着观测到类似于节点 A的电容，此可改进性能。可使用不平衡的差动对来实施图5A和图5B中的差动对510、520和530。还可使 用平衡差动对来实施差动对510、520和530。图6展示放大器600的一设计的示意图，所述放大器600具有准确输入偏移电压 且是使用PMOS晶体管来实施的。放大器600包括由PMOS晶体管612和614组成的信号不 平衡差动对610、由PMOS晶体管622和624组成的误差校正不平衡差动对620、由PMOS晶 体管632和634组成的共模感测不平衡差动对630以及电流源616和636。放大器600中 的PMOS晶体管和电流源是以与图5A中的放大器500中的NMOS晶体管和电流源类似的方 式耦合。PMOS晶体管612、622和632具有尺寸M，而PMOS晶体管614、624和634具有尺寸 1。将输入信号Vinp施加到较大的PMOS晶体管612和632，而将输入信号Vinn施加到较小的 PMOS晶体管614和634，此与放大器500相反。可使用不平衡差动对来实施图6中的差动对610、620和630。还可使用平衡差动 对来实施差动对610、620和630。一般来说，使用NMOS晶体管而实施的放大器(例如，图5A中的放大器500)可能 不能检测到接近电路接地的低输入信号。这是因为输入信号本该充分高于电路接地以便接 通信号差动对中的NMOS晶体管。相反，使用PMOS晶体管而实施的放大器(例如，图6中的 放大器600)可能不能检测到高输入信号。这是因为输入信号本该充分低于电源电压以便 接通信号差动对中的PMOS晶体管。图7展示放大器700的一设计的示意图，所述放大器700具有准确输入偏移电压 且是使用NMOS晶体管与PMOS晶体管两者来实施的。放大器700包括不平衡NMOS输入电 路710、不平衡PMOS输入电路720和输出电路730。不平衡NMOS输入电路710可使用图3 中的放大器300、图5A中的放大器500 (如图7中所示)、图5B中的放大器502或某其它设 计来实施。不平衡PMOS输入电路720可使用图6中的放大器600 (如图7中所示)或某其 它设计来实施。对于输出电路730来说，PMOS晶体管732和742使其源极耦合到电源，使其栅极接 收第一偏置电压Vbiasl，且使其漏极分别耦合到不平衡NMOS输入电路710中的NMOS晶体管 712和714的漏极。PMOS晶体管734和744使其源极分别耦合到PMOS晶体管732和742 的漏极，且使其栅极接收第二偏置电压Vbias2。NMOS晶体管736和746使其漏极分别耦合到 PMOS晶体管734和744的漏极，使其栅极接收第三偏置电压Vbias3，且使其源极分别耦合到 NMOS晶体管738和748的漏极。NMOS晶体管738和748使其源极耦合到电路接地，使其栅 极耦合在一起并耦合到NMOS晶体管736的漏极，且使其漏极分别耦合到不平衡PMOS输入 电路720中的PMOS晶体管722和724的漏极。MOS晶体管744和746的漏极提供输出电压 信号V。ut。每一对中的MOS晶体管是匹配的且具有相同尺寸。所述输出电路还可使用其它设计来实施。输出电路730组合来自不平衡MOS输入电路710和720的差动电流并产生输出电 压。匪OS晶体管712和714、PMOS晶体管732和742以及PMOS晶体管734和744形成差 动折叠式共源共栅。NMOS晶体管712和714产生输出电流。PMOS晶体管732和742形成 具有高输出阻抗的电流源。PMOS晶体管734和744是具有低输入阻抗的共源共栅装置。来 自NMOS晶体管712和714的输出电流因此流入共源共栅装置中。PMOS晶体管722和724、 NMOS晶体管736和746以及NMOS晶体管738和748形成另一以类似方式操作的差动折叠 式共源共栅。借助于输出电路730的高输出阻抗将进入折叠式共源共栅结构中的信号电流 组合并转换成单端输出电压。不平衡NMOS输入电路710可检测具有中间共模电压和高共模电压的差动输入信 号。不平衡PMOS输入电路720可检测具有中间共模电压和低共模电压的差动输入信号。不 平衡MOS输入电路710与720的组合允许放大器700检测具有轨对轨共模电压的差动输入 信号。误差校正不平衡差动对可用于每一不平衡MOS输入电路中的输入偏移误差校正，以 便获得那个不平衡MOS输入电路的准确输入偏移电压。此外，共模感测不平衡差动对可用 于每一不平衡MOS输入电路中以使误差校正不平衡差动对的偏置电流匹配于信号差动对 的偏置电流。图8展示用于接收并放大信号的过程800的一设计。可(例如，使用第一 /信号 不平衡差动对)放大差动输入信号以获得第一差动电流信号(方框812)。可(例如，使用 第二 /误差校正不平衡差动对)基于差动参考信号而产生第二差动电流信号(方框814)。 可从第一差动电流信号中减去第二差动电流信号以获得差动输出信号(方框816)。当差动输入信号等于目标输入偏移电压时，第一差动电流信号可具有误差电流。 可产生第二差动电流信号以在差动输入信号等于目标输入偏移电压时获得零差动输出信 号。第二差动电流信号可跨越温度变化等而追踪误差电流。可将第一偏置电流提供(例如)到第一不平衡差动对(方框818)。可(例如，使 用第三/共模感测不平衡差动对)基于差动输入信号而产生第二偏置电流(方框820)。第 二偏置电流可跨越差动输入信号的共模电压的一范围而追踪第一偏置电流。可将第二偏置 电流提供(例如)到第二不平衡差动对(方框822)。可使用NMOS晶体管或PMOS晶体管来实施第一、第二和第三不平衡差动对。还可 使用以互补类型的晶体管而实施(例如，如图7中所示)的第一、第二和第三不平衡差动对 的第二集合来放大差动输入信号。本文中所描述的具有准确输入偏移电压的放大器可用于各种应用(例如通信、计 算、网络连接、个人电子器件等)。举例来说，所述放大器可用于无线通信装置、蜂窝式电话、 个人数字助理(PDA)、手持式装置、游戏装置、计算装置、膝上型计算机、消费者电子装置、个 人计算机、无绳电话等。下文描述所述放大器在无线通信装置中的实例用途。图9展示用于无线通信系统的无线通信装置900的一设计的框图。无线装置900 可为蜂窝式电话、终端、手持机、无线调制解调器等。无线通信系统可为码分多址(CDMA)系 统、全球移动通信系统(GSM)系统等。无线装置900能够经由接收路径和发射路径来提供双向通信。在接收路径中，由 基站发射的信号由天线912接收并被提供到接收器(RCVR) 914。接收器914调节并数字化所接收的信号并将样本提供到区段920以供进一步处理。在发射路径中，发射器(TMTR) 916 接收将要从区段920发射的数据，处理并调节所述数据，且产生经调制信号，所述经调制信 号经由天线912而被发射到基站。接收器914和发射器916可支持CDMA、GSM等。区段920包括各种处理接口和存储器单元，例如，调制解调器处理器922、精简指 令集计算机/数字信号处理器(RISC/DSP)924、控制器/处理器926、存储器928、音频输入 /输出(I/O)电路930、显示器I/O电路932、相机I/O电路934和外部装置I/O电路936。 调制解调器处理器922可执行处理以用于数据发射和接收(例如，编码、调制、解调、解码 等)。RISC/DSP 924可为无线装置900执行一般和专门的处理。控制器/处理器926可引 导区段920内的各种单元的操作。存储器928可存储用于区段920内的各种单元的数据和 /或指令。音频I/O电路930可从麦克风938接收输入信号并将输出信号提供到耳机/扬声 器940。显示器I/O电路932可经由第一数据链路而与显示器单元942通信。相机I/O电 路934可经由第二数据链路而与相机944通信。外部装置I/O电路936可经由第三数据链 路而与外部装置946通信。如图9中所示，本文中所描述的放大器可用于其中需要或要求输入偏移电压的各 种框中。举例来说，放大器可用于在第一数据链路的接收端上的显示器I/O电路932和显 示器单元942中、用于在第二数据链路的接收端上的相机I/O电路934和相机944中、用于 在第三数据链路的接收端上的外部装置I/O电路936和外部装置946中等。可将本文中所描述的具有输入偏移电压的放大器实施于IC、模拟IC、射频 IC(RFIC)、数字IC、混合信号IC、专用集成电路(ASIC)、印制电路板(PCB)、电子装置等上。 还可使用各种IC工艺技术(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)、NMOS, PMOS, BJT、双极 CMOS (BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等)来制造放大器。实施本文中所描述的放大器的设备可为独立的装置或可为较大装置的部分。装置 可为⑴独立的IC ； (ii) 一个或一个以上IC的集合，其可包括用于存储数据和/或指令 的存储器IC ； (iii) RFICji^ RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR) ； (iv)ASIC,M 如移动台调制解调器(MSM) ； (ν)可嵌入于其它装置内的模块；(vi)接收器、蜂窝式电话、无 线装置、手持机或移动单元；(vii)等。提供本发明的先前描述以使得所属领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。 所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且在不脱离本发明的范围的情况 下，本文中所界定的一般原理可应用于其它变化形式。因此，本发明并不意欲限于本文中所 描述的实例和设计，而将赋予本发明与本文中所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。
权利要求
一种设备，其包含第一不平衡差动对，其经配置以接收差动输入信号并提供第一差动电流信号；以及第二不平衡差动对，其耦合到所述第一不平衡差动对且经配置以接收差动参考信号并提供第二差动电流信号，从所述第一差动电流信号中减去所述第二差动电流信号以获得差动输出信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二不平衡差动对经配置以在所述差 动输入信号等于目标输入偏移电压时提供零差动输出信号。
3.根据权利要求2所述的设备，其中当所述差动输入信号等于所述目标输入偏移电压 时，所述第一差动电流信号包含误差电流，且其中所述第二差动电流信号跨越温度变化而 追踪所述误差电流。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述差动参考信号是基于所述目标输入偏移电压 而设定的。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一不平衡差动对包含第一和第二晶体管， 所述第一晶体管具有第一尺寸且所述第二晶体管具有第二尺寸，所述第二尺寸为所述第一 尺寸的M倍，其中M大于一。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第二不平衡差动对包含第三和第四晶体管， 所述第三晶体管具有所述第一尺寸且所述第四晶体管具有所述第二尺寸。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一不平衡差动对经配置以接收第一偏置电 流，且其中所述设备进一步包含第三不平衡差动对，其耦合到所述第二不平衡差动对且经配置以接收所述差动输入信 号并为所述第二不平衡差动对提供第二偏置电流。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一不平衡差动对包含第一和第二晶体管， 所述第二不平衡差动对包含第三和第四晶体管，且所述第三不平衡差动对包含第五和第六 晶体管，其中所述第一、第三和第五晶体管具有第一尺寸，且其中所述第二晶体管、第四和 第六晶体管具有第二尺寸，所述第二尺寸为所述第一尺寸的M倍，其中M大于一。
9.根据权利要求8所述的设备，其进一步包含第七晶体管，其具有耦合到所述第五晶体管的栅极的栅极以及耦合在一起并耦合到所 述第五晶体管的漏极的漏极和源极，所述第七晶体管具有第三尺寸，所述第三尺寸为所述 第一尺寸的M-I倍。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二不平衡差动对包含N沟道金属氧 化物半导体(NMOS)晶体管。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二不平衡差动对包含P沟道金属氧 化物半导体(PMOS)晶体管。
12.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含第三不平衡差动对，其经配置以接收所述差动输入信号并提供第三差动电流信号；以及第四不平衡差动对，其耦合到所述第三不平衡差动对且经配置以接收所述差动参考信 号并提供第四差动电流信号，从所述第三差动电流信号中减去所述第四差动电流信号以获 得第二差动输出信号，其中所述第一和第二不平衡差动对包含N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，且其 中所述第三和第四不平衡差动对包含P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一不平衡差动对经配置以接收第一偏 置电流，且所述第三不平衡差动对经配置以接收第三偏置电流，且其中所述设备进一步包 含第五不平衡差动对，其耦合到所述第二不平衡差动对且经配置以接收所述差动输入信 号并为所述第二不平衡差动对提供第二偏置电流；以及第六不平衡差动对，其耦合到所述第四不平衡差动对且经配置以接收所述差动输入信 号并为所述第四不平衡差动对提供第四偏置电流。
14.根据权利要求12所述的设备，其进一步包含输出电路，其耦合到所述第一和第三不平衡差动对且经配置以接收并组合来自所述第 一不平衡差动对的所述差动输出信号与来自所述第二不平衡差动对的所述第二差动输出 信号并提供最终输出信号。
15.一种集成电路，其包含第一不平衡差动对，其经配置以接收差动输入信号并提供第一差动电流信号；以及第二不平衡差动对，其耦合到所述第一不平衡差动对且经配置以接收差动参考信号并 提供第二差动电流信号，从所述第一差动电流信号中减去所述第二差动电流信号以获得差 动输出信号。
16.根据权利要求15所述的集成电路，其中所述第一和第二不平衡差动对经配置以在 所述差动输入信号等于目标输入偏移电压时提供零差动输出信号。
17.根据权利要求16所述的集成电路，其中当所述差动输入信号等于所述目标输入偏 移电压时，所述第一差动电流信号包含误差电流，且其中所述第二差动电流信号跨越温度 变化而追踪所述误差电流。
18.根据权利要求15所述的集成电路，其中所述第一不平衡差动对包含第一和第二晶 体管，所述第一晶体管具有第一尺寸且所述第二晶体管具有第二尺寸，所述第二尺寸为所 述第一尺寸的M倍，其中M大于一。
19.根据权利要求18所述的集成电路，其中所述第二不平衡差动对包含第三和第四晶 体管，所述第三晶体管具有所述第一尺寸且所述第四晶体管具有所述第二尺寸。
20.根据权利要求15所述的集成电路，其中所述第一不平衡差动对经配置以接收第一 偏置电流，且其中所述集成电路进一步包含第三不平衡差动对，其耦合到所述第二不平衡差动对且经配置以接收所述差动输入信 号并为所述第二不平衡差动对提供第二偏置电流。
21.一种无线装置，其包含放大器，其包含第一和第二不平衡差动对，所述第一不平衡差动对经配置以经由数据 通信链路而接收差动输入信号并提供第一差动电流信号，且所述第二不平衡差动对耦合到 所述第一不平衡差动对且经配置以接收差动参考信号并提供第二差动电流信号，从所述第 一差动电流信号中减去所述第二差动电流信号以获得差动输出信号。
22.—种设备，其包含第一差动对，其经配置以接收差动输入信号和第一偏置电流并提供第一差动电流信号；第二差动对，其耦合到所述第一差动对且经配置以接收差动参考信号并提供第二差动 电流信号，从所述第一差动电流信号中减去所述第二差动电流信号以获得差动输出信号； 以及第三差动对，其耦合到所述第二差动对且经配置以接收所述差动输入信号并为所述第 二差动对提供第二偏置电流。
23.根据权利要求22所述的设备，其中所述第一、第二和第三差动对是不平衡差动对。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述第一、第二和第三差动对中的每一者包含 第一和第二晶体管，所述第一晶体管具有第一尺寸且所述第二晶体管具有第二尺寸，所述 第二尺寸为所述第一尺寸的M倍，其中M大于一。
25.根据权利要求22所述的设备，其中所述第一、第二和第三差动对是平衡差动对。
26.一种设备，其包含用于放大差动输入信号以获得第一差动电流信号的装置；用于基于差动参考信号而产生第二差动电流信号的装置；以及用于从所述第一差动电流信号中减去所述第二差动电流信号以获得差动输出信号的 装置，当所述差动输入信号等于目标输入偏移电压时，所述差动输出信号等于零。
27.根据权利要求26所述的设备，其中当所述差动输入信号等于所述目标输入偏移电 压时，所述第一差动电流信号包含误差电流，且其中所述用于产生所述第二差动电流信号 的装置包含用于产生所述第二差动电流信号以跨越温度变化而追踪所述误差电流的装置。
28.根据权利要求26所述的设备，其进一步包含用于将第一偏置电流提供到所述用于放大所述差动输入信号的装置的装置；用于基于所述差动输入信号而产生第二偏置电流的装置，所述第二偏置电流跨越所述 差动输入信号的一共模电压范围而追踪所述第一偏置电流；以及用于将所述第二偏置电流提供到所述用于产生所述第二差动电流信号的装置的装置。
29.一种方法，其包含放大差动输入信号以获得第一差动电流信号；基于差动参考信号而产生第二差动电流信号；以及从所述第一差动电流信号中减去所述第二差动电流信号以获得差动输出信号，当所述 差动输入信号等于目标输入偏移电压时，所述差动输出信号等于零。
全文摘要
本发明描述一种具有准确输入偏移电压的放大器(209)。在一种设计中，所述放大器包括第一和s(312、314)接收差动输入信号并提供第一差动电流信号。第二不平衡差动对(322、324)接收差动参考信号(Vref p、Vref n)并提供第二差动电流信号，从所述第一差动电流信号中减去所述第二差动电流信号以获得差动输出信号Ioutp、Iout n)。所述第二差动电流信号追踪所述第一差动电流信号中的误差电流，以使得当所述差动输入信号等于所述放大器的目标输入偏移电压时所述差动输出信号为零。对于每一不平衡差动对来说，一个晶体管为另一晶体管的尺寸的M倍，其中选择M以获得所述目标输入偏移电压。
文档编号H03F3/45GK101933227SQ200980103441
公开日2010年12月29日 申请日期2009年1月29日 优先权日2008年1月29日
发明者万南·邓, 李吉葵, 阿诺什·B·达维耶瓦拉 申请人:高通股份有限公司