專利名稱：驅(qū)動(dòng)放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于驅(qū)動(dòng)放大器(driving amplifier),更具體地，有關(guān)一種驅(qū)動(dòng)放大 器電路。
背景技術(shù)：
在放大器設(shè)計(jì)中，總需要在效率(efficiency)以及交越失真(crossover distortion) 之間達(dá)到均衡。傳統(tǒng)的AB電流驅(qū)動(dòng)放大器包含耦接到推挽級的運(yùn)算放大器，用 以輸出電流至負(fù)載(負(fù)載作為接收端)或者自負(fù)載接收電流(負(fù)載作為源端)。 當(dāng)AB電流驅(qū)動(dòng)放大器向該負(fù)載傳輸電流時(shí)，可以使用PMOS驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)自該 負(fù)載接收電流時(shí)，可以使用NMOS驅(qū)動(dòng)器。傳統(tǒng)的AB級放大器利用很小的偏 置電流以保證更為平滑的交越。如果偏置電流太小，那么放大器就會(huì)承受一些 交越失真。進(jìn)一步說，如果兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器都承載大電流，那么就會(huì)自電源電壓產(chǎn) 生擊穿(shoot-through)電流。因此，偏置電流的精確控制就是非常必要的。
出版于IEEE固態(tài)電路期刊，1990年2月，第25巻，第1期(IEEE journal of solid-state circuits, Vol. 25, No. 1, February 1990 J的"A CMOS Large-Swing Low-Distortion Three-Stage Class AB Power Amplifier"中揭露了 一種具有三級的 AB類放大器，用于解決上述問題，在此僅為參考。此電路較其它現(xiàn)有技術(shù)有所 改進(jìn)，但是此電路仍然具有復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)。因此，迫切需要提供一種新的運(yùn) 算放大器，能夠簡化上述三級放大器電路，而同時(shí)減少由驅(qū)動(dòng)器所承載的電流 量。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明目的之一在于提供一種驅(qū)動(dòng)放大器 電路。
本發(fā)明提供一種驅(qū)動(dòng)放大器電路，包含第一驅(qū)動(dòng)器，用于輸出負(fù)載電流 至負(fù)載；第二驅(qū)動(dòng)器，用于自該負(fù)載接收該負(fù)載電流；第一運(yùn)算放大器，耦接
4到差分輸入信號(hào)，該第一運(yùn)算放大器用于驅(qū)動(dòng)該第一驅(qū)動(dòng)器；第二運(yùn)算放大器，
耦接到該差分輸入信號(hào)，該第二運(yùn)算放大器用于驅(qū)動(dòng)該第二驅(qū)動(dòng)器；第一偏置 電路，用于偏置該第一驅(qū)動(dòng)器；第二偏置電路，用于偏置該第二驅(qū)動(dòng)器；使能 電路，耦接到該第一偏置電路以及該第二偏置電路，用于根據(jù)控制信號(hào)使能該 第一偏置電路或者該第二偏置電路；以及數(shù)字控制電路，耦接到該使能電路， 用于監(jiān)視該第 一驅(qū)動(dòng)器以及該第二驅(qū)動(dòng)器的電流，以產(chǎn)生該控制信號(hào)。
本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)放大器電路較現(xiàn)有技術(shù)電路結(jié)構(gòu)更為簡單，也能夠避免 擊穿電流的問題。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)放大器電路100的示意圖。 圖2為如圖1所示的數(shù)字控制電路150的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。所屬領(lǐng)域中技 術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼同一個(gè)組件。本說明書及 權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差 異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包括"和"包 含"為開放式的用語，故應(yīng)解釋成"包含但不限定于"。以外，"耦接" 一詞在 此為包含任何直接及間接的電氣連接手段。間接的電氣連接手段包括通過其它 裝置進(jìn)行連接。
請參閱圖l，圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)放大器電路100的示意圖。 驅(qū)動(dòng)放大器電路100包含一個(gè)P運(yùn)算放大器110以及一個(gè)N運(yùn)算放大器120, 其中，上述兩個(gè)運(yùn)算放大器耦接差分負(fù)載電流，并且可以將P運(yùn)算放大器110 以及N運(yùn)算放大器120分別稱之為第一運(yùn)算放大器以及第二運(yùn)算放大器。P運(yùn) 算放大器110以及N運(yùn)算放大器120分別耦接到PMOS驅(qū)動(dòng)器MPD以及NMOS 驅(qū)動(dòng)器MND(以下將PMOS驅(qū)動(dòng)器MPD以及NMOS驅(qū)動(dòng)器MND分別稱之為 第一驅(qū)動(dòng)器MPD以及第二驅(qū)動(dòng)器MND)。 P運(yùn)算放大器110的輸出進(jìn)一步耦接 到一個(gè)第一切換開關(guān)SWp,而第一切換開關(guān)SWp耦接到偏置電流，而N運(yùn)算方文 大器120的輸出進(jìn)一步耦接到一個(gè)第二切換開關(guān)SWn,而第二切換開關(guān)SWn也 耦接到上述偏置電流。可以通過第一偏置電路以及第二偏置電路，分別偏置第一驅(qū)動(dòng)器MPD以及第二驅(qū)動(dòng)器MND，在本實(shí)施例中，可以通過P偏置電阻 MPB以及N偏置電阻MNB的方式提供偏置電流，即偏置第 一驅(qū)動(dòng)器MPD，以 及第二驅(qū)動(dòng)器MND，所以P偏置電阻MPB以及N偏置電阻MNB可以為第一 偏置電路以及第二偏置電路的一個(gè)具體實(shí)施例。第一驅(qū)動(dòng)器MPD以及第二驅(qū)動(dòng) 器MND的輸出，分別通過第一比例(scalirig)電路以及第二比例電路，耦接到數(shù) 字控制電路150，其中，第一比例電路耦接到該第一驅(qū)動(dòng)器MPD，用于產(chǎn)生一 第一成比例的(scaled)電流，該第一成比例的電流與該輸出至該數(shù)字控制電路的 第一驅(qū)動(dòng)器的該電流成正比，而第二比例電^各，耦接到該第二驅(qū)動(dòng)器MND，用 于產(chǎn)生第二成比例的電流，該第二成比例的電流與輸出至該數(shù)字控制電路的該 第二驅(qū)動(dòng)器的電流成正比，而上述第一比例電路以及第二比例電3各在此實(shí)施例 中可以分別實(shí)現(xiàn)為第一比例電阻MPS以及第二比例電阻MNS，然本發(fā)明不以 此為限，任何可以實(shí)現(xiàn)上述功能電路皆可。所以在此實(shí)施例中，第一驅(qū)動(dòng)器MPD 以及第二驅(qū)動(dòng)器MND的輸出分別通過第一比例電阻MPS以及第二比例電阻 MNS,耦接到數(shù)字控制電路150。而數(shù)字控制電路150的輸出控制信號(hào)CTRL 耦接到第一切換開關(guān)SWp以及第二切換開關(guān)SWn。如果控制信號(hào)CTRL為高電 平(第一邏輯電平)，則第一切換開關(guān)SWp打開，而第二切換開關(guān)SWn閉合， 如果控制信號(hào)CTRL為低則反之亦然。此實(shí)施例中，第一切換開關(guān)SWp以及第 二切換開關(guān)SWn可以稱之為一個(gè)使能電路，用于分別耦接第一偏置電路，例如 P偏置電阻MPS，以及第二偏置電路(第二邏輯電平)，例如N偏置電阻MNS， 并且根據(jù)控制信號(hào)CTRL使能該第一偏置電路或者第二偏置電路，而上述過程 亦可總結(jié)為該數(shù)字控制電路監(jiān)視該第一成比例的電流以及該第二成比例的電 流，以產(chǎn)生該控制信號(hào)，請注意，圖1中的lB代表基極電流，Ccp、 C^為電容， VDD為電源電壓，而In- 、 In+代表輸入。
驅(qū)動(dòng)放大器電路100利用數(shù)字控制電路150以通過第一切換開關(guān)SWp或者 第二切換開關(guān)SWn，啟動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)器MPD或者第二驅(qū)動(dòng)器MND。當(dāng)?shù)谝磺袚Q 開關(guān)SWp打開而第二切換開關(guān)SWn關(guān)閉時(shí)，p運(yùn)算力史大器110直4妻耦接到第一 驅(qū)動(dòng)器MPD,以驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)器MPD為負(fù)載160提供電流，所以第一驅(qū)動(dòng)器 MPD承載負(fù)載電流加上偏置電流，而第二驅(qū)動(dòng)器MND僅僅由偏置電流偏置。 反之亦然，當(dāng)?shù)谝磺袚Q開關(guān)SWp閉合而第二切換開關(guān)SWn打開時(shí)，n運(yùn)算放大 器120直接耦接到第二驅(qū)動(dòng)器MND,以用于驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)器MND自負(fù)載160 接收電流，第二驅(qū)動(dòng)器MND承載偏置電流減去負(fù)載電流，而第一驅(qū)動(dòng)器MPD僅僅由偏置電流偏置。
當(dāng)負(fù)載電流變?yōu)榱?，或者變?yōu)檎?，即為一個(gè)標(biāo)志驅(qū)動(dòng)放大器電路100需 要電流輸入，因此，驅(qū)動(dòng)器在這一點(diǎn)切換，經(jīng)由此操作第二驅(qū)動(dòng)器MND偏置為 偏置電流，而第一驅(qū)動(dòng)器MPD開啟。相似地，當(dāng)負(fù)載電流變?yōu)榱慊蛘咦優(yōu)樨?fù)， 那也是一個(gè)標(biāo)志驅(qū)動(dòng)放大器電路100需要將電流輸出，而驅(qū)動(dòng)器在這一點(diǎn)再 一次切換。由于驅(qū)動(dòng)放大器電路100的對稱，當(dāng)系統(tǒng)沒有信號(hào)輸入時(shí)，穿過第 一驅(qū)動(dòng)器MPD以及第二驅(qū)動(dòng)器MND的電流等于偏置電流，而在負(fù)載處沒有電 流。在此情況下，第一驅(qū)動(dòng)器MPD或者第二驅(qū)動(dòng)器MND中的任何一者都可以 開啟。
請參閱圖2,圖2為如圖1所示的數(shù)字控制電路150的示意圖。比例電阻 MPS以及比例電阻MNS承載比第一驅(qū)動(dòng)器MPD以及第二驅(qū)動(dòng)器MND中電流 的按比例縮小(scaled-down)的電流。數(shù)字控制電路150由第一比較器152以及第 二比較器154組成(第一比較器152以及第二比較器154用于比較電流的大小， 所以亦可稱之為第一電流比較器以及第二電流比較器)，其中，第一比較器152 用于將比例電阻MPS中的電流Ip與第 一參考電流Iw作比較，而第二比較器154
用于將比例電阻MNS中的電流In與第二參考電流Iref—n作比較，其中，該第一參 考電流Iref—p具有位于零與該偏置第一驅(qū)動(dòng)器MPD的偏置電流幅度之間的一個(gè)絕 對值，該第二參考電流Ire化具有位于零與該偏置第二驅(qū)動(dòng)器MND的偏置電流幅
度之間的一個(gè)絕對值。第一比較器152以及第二比較器154分別耦接到第一施 密特(Schmitt)緩存器162以及第二施密特緩存器164,用于根據(jù)第一比較器152 以及第二比較器154的比較結(jié)果分別輸出第一觸發(fā)信號(hào)以及第二觸發(fā)信號(hào)，并 作為鎖存單元170的控制信號(hào)，其中，第一觸發(fā)信號(hào)輸入至鎖存單元170的S 端，以及第二觸發(fā)信號(hào)輸入至鎖存單元170的R端。上述控制信號(hào)都輸入到鎖 存單元170，以及根據(jù)第一觸發(fā)信號(hào)以及第二觸發(fā)信號(hào)，設(shè)置或者重啟鎖存單元 170。進(jìn)一步說，當(dāng)沒有信號(hào)時(shí)，因此負(fù)載電流存在，則鎖存單元170仍然根據(jù) 一個(gè)設(shè)置或者重啟狀態(tài)而于輸出端(標(biāo)記為QB)輸出一個(gè)控制信號(hào)。然后將Qb 端輸出的控制信號(hào)送入一個(gè)第三施密特緩存器180,然后輸出控制信號(hào)CTRL到 第一切換開關(guān)SWp以及第二切換開關(guān)SWn。
請參閱圖1以及圖2。參考圖1中的驅(qū)動(dòng)放大器電路IOO,下面描述圖2中 的電路150。假設(shè)驅(qū)動(dòng)放大器電路100的初始階段為第一切換開關(guān)SWp打開， 而第二切換開關(guān)SWn關(guān)閉，數(shù)字控制信號(hào)CTRL為高電平，所以驅(qū)動(dòng)放大器電路100輸出電流，而第二驅(qū)動(dòng)器MND具有偏置電流。因此通過第一驅(qū)動(dòng)器MPD
的電流為負(fù)載電流加上偏置電流。如果負(fù)載電流變?yōu)榱慊蛘吒?，那么?shù)字控
制電路150的第一比較器152將跳脫(trip)，同時(shí)向鎖存單元170輸出信號(hào)，該 信號(hào)指示驅(qū)動(dòng)器連接需要被切換?？刂菩盘?hào)CTRL因此會(huì)變?yōu)榈碗娖剑缘?一驅(qū)動(dòng)器MPD承載偏置電流而第二驅(qū)動(dòng)器MND承載偏置電流減去負(fù)載電流的 電流，而電流來自負(fù)載。如果負(fù)載電流再次跳脫為零或者更高，數(shù)字控制電路 150的第二比較器154將會(huì)跳脫，因此重啟鎖存單元170。這將會(huì)引起控制信號(hào) CTRL變?yōu)楦唠娖?，而第二?qū)動(dòng)器MND可以承載偏置電流而第一驅(qū)動(dòng)器MPD 將會(huì)輸出電流。上述兩個(gè)狀態(tài)都為穩(wěn)定狀態(tài)。進(jìn)一步說，使用施密特緩存器可 以保證輸出常數(shù)信號(hào)，而施密特緩存器具有滯后(hysteresis)功能。這也保證，即 使電流在參考電流處振蕩，那么數(shù)字控制電流150也不會(huì)輸出一個(gè)一直改變的 控制信號(hào)。當(dāng)沒有負(fù)載電流存在時(shí)，通過第一驅(qū)動(dòng)器MPD的電流將等于偏置電 流，而通過MND的電流等于負(fù)的偏置電流。因此依賴于驅(qū)動(dòng)放大器電路100 的現(xiàn)有的狀態(tài)，控制信號(hào)CTRL可以或者為高電平，或者為低電平。仍然可以 提供驅(qū)動(dòng)放大器電路100的穩(wěn)定狀態(tài)。
當(dāng)通過第二驅(qū)動(dòng)器MND的電流(例如)接近零，那么不會(huì)很顯著的看出來。 但是當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)器MND的電流變?yōu)樨?fù)，而鎖存單元170跳脫第一切換開關(guān)SWp 以及第二切換開關(guān)SWn，所以第一驅(qū)動(dòng)器MPD此時(shí)輸出電流給驅(qū)動(dòng)放大器電路 100，通過MND的電流"跳"回到偏置電流。
驅(qū)動(dòng)放大器電路100因此可以提供一種在電流源以及電流輸出對象之間自 動(dòng)切換完全數(shù)字化的方法。數(shù)字控制電路150中的施密特緩存器的使用，允許 數(shù)字控制，也消除了數(shù)字控制電路150周圍的連續(xù)時(shí)間反饋。本發(fā)明提供的電 路比現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)現(xiàn)的電路更為筒單，也能夠避免擊穿電流的問題。進(jìn)一步說， 數(shù)字控制電路150保證驅(qū)動(dòng)放大器電路100總能運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)，即使沒有負(fù) 載電路存在。
任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更 動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)放大器電路包含第一驅(qū)動(dòng)器，用于輸出負(fù)載電流至負(fù)載；第二驅(qū)動(dòng)器，用于自該負(fù)載接收該負(fù)載電流；第一運(yùn)算放大器，耦接到差分輸入信號(hào)，該第一運(yùn)算放大器用于驅(qū)動(dòng)該第一驅(qū)動(dòng)器；第二運(yùn)算放大器，耦接到該差分輸入信號(hào)，該第二運(yùn)算放大器用于驅(qū)動(dòng)該第二驅(qū)動(dòng)器；第一偏置電路，用于偏置該第一驅(qū)動(dòng)器；第二偏置電路，用于偏置該第二驅(qū)動(dòng)器；使能電路，耦接到該第一偏置電路以及該第二偏置電路，用于根據(jù)控制信號(hào)使能該第一偏置電路或者該第二偏置電路；以及數(shù)字控制電路，耦接到該使能電路，用于監(jiān)視該第一驅(qū)動(dòng)器的電流以及該第二驅(qū)動(dòng)器的電流，以產(chǎn)生該控制信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，該使能電路包含 第一切換開關(guān)，用于根據(jù)該控制信號(hào)，將該第一驅(qū)動(dòng)器耦接至該第一偏置電3各；以及第二切換開關(guān)，用于根據(jù)該控制信號(hào)，將該第二驅(qū)動(dòng)器耦接至該第二偏置 電路。
3. 如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，當(dāng)該控制信號(hào)具有第 一邏輯電平時(shí)，該第一切換開關(guān)打開，該第二切換開關(guān)關(guān)閉，以使該第一驅(qū)動(dòng) 器開啟及該第二驅(qū)動(dòng)器被偏置；當(dāng)該控制信號(hào)具有第二邏輯電平時(shí)，該第一切 換開關(guān)關(guān)閉，而該第二切換開關(guān)開啟，以使該第一驅(qū)動(dòng)器被偏置及該第二驅(qū)動(dòng) 器開啟。
4. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，該數(shù)字控制電路將 該第 一驅(qū)動(dòng)器的電流與第 一參考電流作比較，以及將該第二驅(qū)動(dòng)器的電流與第 二參考電流做比較，以及該數(shù)字控制電路利用該比較結(jié)果產(chǎn)生該控制信號(hào)，以 用于該使能電路。
5. 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，該數(shù)字控制電路包含第 一電流比較器，用于將該第 一驅(qū)動(dòng)器的該電流與該第 一參考電流做比較； 第二電流比較器，用于將該第二驅(qū)動(dòng)器的該電流與該第二參考電流做比較； 第一施密特緩存器，耦接到該第一電流比較器，用于根據(jù)該第一電流比較器的比較結(jié)果，輸出第一觸發(fā)信號(hào)；第二施密特緩存器，耦接到該第二電流比較器，用于根據(jù)該第二電流比較器的比較結(jié)果，輸出第二觸發(fā)信號(hào)；以及鎖存單元，耦接到該第一施密特緩存器，以及該第二施密特緩存器，用于根據(jù)該第一觸發(fā)信號(hào)以及該第二觸發(fā)信號(hào)，輸出該控制信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，該數(shù)字控制電路進(jìn)一 步包含第三施密特緩存器，耦接到該鎖存單元，用于緩存該控制信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，該第一參考電流具 有一個(gè)絕對值，該絕對值位于零與已偏置的該第一驅(qū)動(dòng)器的偏置電流幅度間， 該第二參考電流具有位于零與該偏置第二驅(qū)動(dòng)器的偏置電流幅度間的一個(gè)絕對值。
8. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)放大器電路，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)放大器電路 進(jìn)一步包含第一比例電路，耦接到該第一驅(qū)動(dòng)器，用于產(chǎn)生第一成比例的電流，該第 一成比例的電流與該輸出至該數(shù)字控制電路的該第一驅(qū)動(dòng)器的電流成比例；以 及第二比例電路，耦接到該第二驅(qū)動(dòng)器，用于產(chǎn)生一第二成比例的電流，該 第二成比例的電流與輸出至該數(shù)字控制電路的該第二驅(qū)動(dòng)器的該電流成比例；其中，該數(shù)字控制電^各監(jiān)^L該第一成比例的電流以及該第二成比例的電流， 以產(chǎn)生該控制信號(hào)。
全文摘要
一種驅(qū)動(dòng)放大器電路，包含第一驅(qū)動(dòng)器；第二驅(qū)動(dòng)器；第一運(yùn)算放大器，用于驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)器；第二運(yùn)算放大器，用于驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)器；第一偏置電路，用于偏置第一驅(qū)動(dòng)器；第二偏置電路，用于偏置第二驅(qū)動(dòng)器；使能電路，耦接到第一偏置電路以及第二偏置電路，用于根據(jù)控制信號(hào)使能第一偏置電路或者第二偏置電路；以及數(shù)字控制電路，耦接到使能電路，用于監(jiān)視第一驅(qū)動(dòng)器以及第二驅(qū)動(dòng)器的電流，以產(chǎn)生控制信號(hào)。本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)放大器電路較現(xiàn)有技術(shù)電路結(jié)構(gòu)更為簡單，也能夠避免擊穿電流的問題。
文檔編號(hào)H03F3/20GK101599745SQ20091014074
公開日2009年12月9日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者尤達(dá)·達(dá)思古帕塔, 愛立克森德·坦吉爾 申請人:聯(lián)發(fā)科技(新加坡)私人有限公司