差动二级放大器与其运作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种差动放大器，特别是一种可W具有高温电流补偿机制的差动二级 放大器。
【背景技术】
[0002] 在现今制造工艺进步到90、45皿甚至更低如28皿等制造工艺底下时，功率消耗所 产生的热能相对于一个微小的芯片而言就是相当高的环境温度，如此的温度变化势必对电 路带来一定程度的影响，在许多需要精密量测结果的电路，如温度感测器，送样的高温影响 是我们必须避免的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明实施例的目的在于提供一种差动二级放大器与其运作方法，W降低温度变 化给电路带来的影响。
[0004] 本发明的一实施例提供一种差动二级放大器。该差动二级放大器包括一输入级电 路、一偏压电路、一第一级放大电路、一第二级放大电路、一共模反馈电路W及一电流补偿 电路。该输入级电路接收一输入电流。该偏压电路禪接该输入级电路，产生一偏压电流。该 第一级放大电路禪接该输入级电路与该第二级放大电路。该共模反馈电路，禪接该第二级 放大电路，并根据一共模电压调整一共模反馈电流，其中该输入电流由该偏压电流与该共 模反馈电流所组成。该电流补偿电路用W提供一补偿电流，其中当该差动二级放大器的一 温度大于一预定温度值时，将该补偿电流输入该输入级电路。
[0005] 本发明的一实施例提供一种动二级放大器的运作方法，包括：计算一差动二级放 大器内的一共模反馈电路的一临界温度；根据该临界温度计算一补偿电流；当该差动二级 放大器的一温度低于该临界温度时，该共模反馈电路提供一共模反馈电流给该差动二级放 大器内的一输入级电路；当该差动二级放大器的一温度高于该临界温度时，该共模反馈电 路停止提供该共模反馈电流给该输入级电路，该输入级电路接收一电流补偿电路输出的一 补偿电流。
[0006] 本发明的电流补偿电路可提供高温时共模反馈电路无法提供的电流，从而可W降 低温度变化给电路带来的影响。
【附图说明】
[0007] 图1为一差动二级放大器的示意图。
[000引图2为一共模反馈电路的示意图。
[0009] 图3为一差动二级放大器的电路图。
[0010] 图4A、4B为图3的差动二级放大器的电路中的四个端点的电压变化示意图。
[0011] 图5A~5C为图3的电路中的电流与温度的变化示意图。
[0012] 图6A~抓为图3的电路中的第一级放大器33内的电压电流与温度的变化示意 图。
[0013] 图7A与图7B分别为第一级放大器的输出电压与差动二级放大器的输出电压与温 度的示意图。
[0014] 图8为根据本发明的具有电流补偿机制的一差动二级放大器的一实施例的示意 图。
[0015] 图9为根据本发明的具有电流补偿晶体管的一差动二级放大器的一实施例的电 路图。
[0016] 图IOA~IOD为图9的电路中的电流与温度的变化示意图。
[0017] 图11为电流补偿晶体管的宽长比与温度的示意图。
[001引图12A与图12B则是有无电流补偿下，差动二级放大器中的电流Ub的示意图。
[0019] 图13为本发明的一差动二级放大器的运作方法的一实施例的流程图。
[0020] 符号说明：
[0021] 11、81~双端输出放大器；
[002引 12、82~偏压电路；
[0023] 13、83~共模反馈电路；
[0024] 31、91~偏压电路；
[00巧]32、92~输入级电路；
[0026] 33、93~第一级放大器；
[0027] 34、94~第二级放大器；
[002引 35、95~共模反馈电路；
[0029] 84~电流补偿电路；
[0030] MC~电流补偿晶体管；
[0031] S1301~步骤（计算共模反馈电路的一临界温度T);
[0032] S1302~步骤（根据该临界温度T计算一补偿电流）；
[0033] S1303~步骤（根据该补偿电流计算晶体管的宽长比）；
[0034] S1304~步骤（电路温度〉T ?);
[0035] S1305~步骤（电流补偿晶体管提供电流给差动二级放大器的输入级电路）；
[0036] S1306~步骤（共模反馈电路提供电流给输入级电路）。
【具体实施方式】
[0037] 温度一直是影响电路效能的一个重要因素。随着制造工艺的进步，集成电路的越 来越微小化，热对于集成电路的影响就越来越明显，送样的影响会使得电路的效能开始变 差，更严重时甚至是无法使用。
[0038] W常用的场效晶体管（M0S阳T)而言，其饱合区电流公式为：
[0040] 其中漂移率U W及临界电压Vt会受到温度影响。
(2.2)
[0042] Vt W Vt〇- a A T (2.3)
[0043] AVt ^ a AT (2.4)
[0044] 从方程式2.2中可W发现，在T。温度时，漂移率y (T)为一定值y (T。），且漂移率 U灯）随温度变化比例灯/T。）成Y U次方而变化。
[0045] 一般来说，临界电压Vt随温度变化约为线性变化，a为其温度变化系数。随着制 造工艺的不同，a也会有变化。举例来说，在1.8um制造工艺中，a为0. 〇〇〇17mV/°C，但是 在90皿制造工艺中，a值高达〇.〇5mV/°C。可知在未来元件制造工艺越来越小的趋势下， 温度的影响势必越来越严重。
[0046] W放大器为例说明。放大器为电路中使用相当频繁且重要的电路之一，放大器中 为了追求大的放大率，我们会将晶体管偏压于饱和区。当Ves固定时，电流Id就会正比于Ves 与临界电压Vt的电压差的平方。当温度升高到一定程度时，会使得放大器内部部分晶体管 脱离饱和区进入线性区，最终导致放大器放大率下降，更严重时导致放大器无法继续工作。 同样的情形也可能出现在差动二级放大器上。
[0047] 图1为一差动二级放大器的示意图。差动二级放大器包括了双端输出放大器11、 输出共模反馈电路13与偏压电路12。偏压电路12是由带隙度andgap)电路及电流产生电 路组成，W输入电流的方式偏压双端输出放大器11。共模反馈电路13,如图2所示，是一种 普遍运用于差动二级放大器的一项技术。共模反馈电路13检测双端输出放大器11的输出 端的共模电压电位（Vcm)的变化，并调整差动二级放大器的输入级电流，W避免差动二级 放大器受到温度的影响。共模电压电位由外部提供的共模（common mode)电压。
[0048] 但是当温度过高时，如超过11(TC，共模反馈电路12无法提供足够的电流去调整 差动二级放大器的输入级电流，使得双端输出放大器11的输出电压偏压点无法被控制，造 成双端输出放大器11无法正常运作。
[0049] 图3为一差动二级放大器的电路图。差动二级放大器包括偏压电路31、输入级电 路32、第一级放大器33、第二级放大器34 W及共模反馈电路35。偏压电路31 W电流镜的 方式产生不同的偏压电流，并传送到其他电路，如输入级电路32。第一级放大器33为一迭 接放大器，用W对输入信号Vi+与Vi-做第一次的放大。选择迭接放大器的原因是要提高输 入信号的信号摆幅，且迭接放大器有较高的放大率。第二级放大器34为一共源级放大器， W针对第一级放大器33的输出信号进行第二次的放大及增加输出摆幅。共模反馈电路35 根据输出共模电压电位变化（Vemfb)来调整第一级迭接放大器的偏压电流Lmfb。。
[0050] 偏压电路31 W固定电流源来产生偏压，首先是偏压放大器的部分，由于是由固定 电流偏压，在Vt改变时，Ves W及Vds会变动使得电流不改变，Ves的改变即使得偏压放大器 的电压改变，由电流公式化1)我们可W推导出图3所示差动二级放大器电路上，四个端点 的电压变化，电压变化请参考图4A、4B。图4A、4B为图3的差动二级放大器的电路中的四个 端点的电压变化示意图。各点电压如下所示：
[0055] 从上述的公式中可W发现每个部分（term)都有Vt的成份。在固定电流为前提下， 可W发现根号内部的数值仅受到U温度系数的影响，U本身受温度影响并不明显，所W四 个电压偏压的变化状况为接近线性的变化。
[0056] 从图4A、4B上来看，Vbw、Vbpi随温度升高而升高，\。。、\。1随温度升高而降低，其中 Vbp。、VbPi变化幅度接近，\。1由于受到通道长度调变效应影响，变化较Vb。。大。
[0057] 从图4A、4B来看，虽然偏压点bp0、bpl、bn0、bnl的电压有变化，但是并不明显，因 此温度对送几个偏压点的电