具有增強(qiáng)的電流吸收能力的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了具有增強(qiáng)的電流吸收能力的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器。一種放大器電路，包括輸入端子和輸出端子。電流吸收晶體管包括耦合至輸出端子的第一導(dǎo)電端子以及耦合至參考電源節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)電端子。電壓感測電路具有耦合至輸入端子的第一輸入以及耦合至輸出端子的第二輸入。電壓感測電路的輸出耦合至電流吸收晶體管的控制端子。電壓感測電路用于感測超出輸入端子處電壓的輸出端子處的電壓的上升，并且通過激活電流吸收晶體管而響應(yīng)于此。
【專利說明】具有增強(qiáng)的電流吸收能力的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體涉及放大器電路，并且具體地涉及運(yùn)算跨導(dǎo)放大器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]參照圖1，顯示了配置為非反相單位增益緩沖器的傳統(tǒng)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器100的電路圖。
[0003]放大器100包括差分輸入級101，差分輸入級101包括作為差分晶體管配對104和106的尾電流源的第一電流源102。晶體管104和106包括η溝道型的MOSFET晶體管，晶體管104和106的源極端子在節(jié)點(diǎn)108處連接在一起。第一電流源102耦合在節(jié)點(diǎn)108與參考節(jié)點(diǎn)110 (在所示電路中包括電路接地GND)之間。晶體管104的柵極耦合至放大器100的正輸入端子IN+。晶體管106的柵極耦合至放大器100的負(fù)輸入端子IN-。差分輸入級101進(jìn)一步包括P溝道型MOSFET晶體管114和116的配對形成的負(fù)載電路，P溝道型MOSFET晶體管114和116以電流鏡配置連接。晶體管114具有在節(jié)點(diǎn)120處耦合至晶體管104的漏極端子的漏極端子，以及耦合至參考節(jié)點(diǎn)111 (在所示電路中包括正電源節(jié)點(diǎn)VDD)的源極端子。晶體管116具有在節(jié)點(diǎn)122處耦合至晶體管106的漏極端子的漏極端子，以及耦合至參考節(jié)點(diǎn)111的源極端子。晶體管114和116的柵極連接于一起并且在節(jié)點(diǎn)120處連接至晶體管104和114的漏極端子。節(jié)點(diǎn)122形成差分輸入級101的輸出。
[0004]放大器100進(jìn)一步包括單端輸出級131。輸出級131包括第二電流源134以及P溝道型的MOSFET晶體管136。第二電流源134和晶體管136串聯(lián)耦合在參考節(jié)點(diǎn)111和參考節(jié)點(diǎn)110之間。具體而言，晶體管136的源極端子耦合至參考節(jié)點(diǎn)111，晶體管136的漏極端子耦合至輸出節(jié)點(diǎn)140，以及第二電流源134耦合在輸出節(jié)點(diǎn)140和參考節(jié)點(diǎn)110之間。晶體管136的柵極在差分輸入級101的輸出處耦合至節(jié)點(diǎn)122。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)放大器100用作非反相單位增益緩沖器的配置，在輸出節(jié)點(diǎn)140和放大器100的負(fù)輸入端子IN-之間形成分路連接144。
[0006]電阻器148和電容器150串聯(lián)耦合在輸出節(jié)點(diǎn)140與節(jié)點(diǎn)122之間以形成密勒補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
[0007]放大器100的缺點(diǎn)在于，其并不響應(yīng)于施加至輸出節(jié)點(diǎn)140的電流I_sink而具有滿意的電流吸收動作。這是因?yàn)槭┘又凛敵龉?jié)點(diǎn)140的吸收電流I_sink由第二電流源134單獨(dú)放電。存在電流源134吸收能力不足的危險(xiǎn)，這將導(dǎo)致在輸出節(jié)點(diǎn)140處的不期望的電壓上升。在輸出節(jié)點(diǎn)140處電壓上升可能威脅耦合至輸出節(jié)點(diǎn)的下游(例如下一級)電路。
[0008]本領(lǐng)域需要具有增強(qiáng)電流吸收能力的改進(jìn)的單端輸出級電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個實(shí)施例中，電路包括:放大器電路，具有輸入端子和輸出端子；電流吸收晶體管，具有耦合至輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電源節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；以及電壓感測電路，具有耦合至輸入端子的第一輸入、耦合至輸出端子的第二輸入以及耦合至電流吸收晶體管的控制端子的輸出。
[0010]在一個實(shí)施例中，電路包括:非反相單位增益緩沖放大器，具有輸入端子和輸出端子；電流吸收晶體管，具有耦合至輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電源節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；以及電壓感測電路，耦合至控制端子并且配置為響應(yīng)于感測到超出輸入端子處的電壓的輸出端子處的電壓的上升而激活電流吸收晶體管。
[0011]在另一個實(shí)施例中，方法包括:以單位增益將輸入電壓緩沖直至輸出電壓；感測超出輸入電壓的輸出電壓的上升；以及響應(yīng)于所述感測而從輸出電壓處節(jié)點(diǎn)選擇性地吸收電流。
[0012]在另一個實(shí)施例中，電路包括:非反相單位增益緩沖放大器，具有輸入端子和輸出端子；電流吸收晶體管，具有耦合至輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電源節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)電端子以及控制端子；電阻器，耦合在控制端子和參考電源節(jié)點(diǎn)之間；第一晶體管，具有耦合至控制端子的第一導(dǎo)電端子以及耦合至輸出端子的第二導(dǎo)電端子；以及第二晶體管，具有耦合至輸入端子的第一導(dǎo)電端子以及配置以接收參考電流的第二導(dǎo)電端子，其中第一晶體管和第二晶體管以電流鏡配置連接。
[0013]通過結(jié)合所附附圖閱讀的實(shí)施例的以下具體詳述將使得本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)變得明顯。具體描述以及附圖僅作為公開的示例，而非限定了由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]通過未按照比例繪制的所附附圖中的示例示出了一些實(shí)施例，其中類似的附圖標(biāo)記指示相似的部件，并且其中:
[0015]圖1是配置作為非反相單位增益緩沖器的傳統(tǒng)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器的電路圖；
[0016]圖2是具有增強(qiáng)的電流吸收能力的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器的電路圖；以及
[0017]圖3A至圖3D是示出了圖2的電路的操作的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)參照圖2，其顯示了具有增強(qiáng)電流吸收能力的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器200的電路圖。
[0019]圖2中相似的附圖標(biāo)記指代圖1所示的相似部件。在此不再贅述圖2中這類部件，而是參考之前參照圖1提供的描述。
[0020]放大器200與放大器100的區(qū)別在于，第二電流源134已替換為電流吸收電路202。電流吸收電路202包括參考電流源ICl，參考電流源ICl耦合成將電流發(fā)源進(jìn)由晶體管M4和M5形成的電流鏡電路206。晶體管M4和M5是η溝道型MOSFET晶體管。晶體管Μ4和Μ5的源極端子耦合至參考節(jié)點(diǎn)110。晶體管Μ5的漏極端子耦合以接收由參考電流源ICl發(fā)源的電流。晶體管Μ4和Μ5的柵極端子耦合于一起并且耦合至晶體管Μ5的漏極端子。來自參考電流源ICl的電流因此根據(jù)由晶體管Μ4和Μ5的相對尺寸設(shè)定的比例因子由電流鏡電路206反射至晶體管Μ4的漏極端子。
[0021]電流吸收電路202進(jìn)一步包括P溝道型的MOSFET晶體管M2和M3的配對。晶體管M3的源極端子耦合至放大器200的正輸入端子IN+。晶體管M2的源極端子耦合至輸出節(jié)點(diǎn)140。晶體管M2和M3的柵極端子耦合于一起并且耦合至晶體管M3的漏極端子。因?yàn)榉糯笃?00配置具有以非反相單位增益緩沖器操作模式的分路連接144，因此輸出節(jié)點(diǎn)140處的電壓通常將等于放大器200的正輸入端子IN+處的電壓。晶體管M2和M3因此用于根據(jù)由晶體管M2和M3的相對尺寸設(shè)定的比例因子，將晶體管M2漏極端子處(從電流鏡206接收)的電流鏡像反射至晶體管M2的漏極端子。
[0022]電流吸收電路202進(jìn)一步包括電阻器R1，電阻器Rl耦合在晶體管M2的漏極端子與參考節(jié)點(diǎn)110之間的中間節(jié)點(diǎn)Vl處。
[0023]電流吸收電路202進(jìn)一步包括η溝道型的MOSFET晶體管Ml，其柵極端子耦合至中間節(jié)點(diǎn)VI。晶體管Ml的漏極端子耦合至輸出節(jié)點(diǎn)140。晶體管Ml的源極端子耦合至參考節(jié)點(diǎn)110。設(shè)計(jì)電路202以使得晶體管Ml尺寸定制為支持大電流吸收能力。
[0024]電路202用作選擇性激活晶體管Μ1，以便當(dāng)施加電流I_sink至輸出節(jié)點(diǎn)140時更好地吸收電流I_sink。該選擇性激活是響應(yīng)于電路202感測到在輸出節(jié)點(diǎn)140處的電壓不可接受的上升(由所施加的電流I_sink引起)而做出的。當(dāng)所施加的電流I_sink為零時，電路202處于睡眠模式，其中晶體管Ml關(guān)斷。在這種情況下，中間節(jié)點(diǎn)Vl處的電壓接近于參考節(jié)點(diǎn)110電壓(例如接地)。當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)140處的電壓等于放大器200的正輸入端子IN+處的電壓時，該睡眠模式狀態(tài)的操作由偏壓電路設(shè)定，該偏壓電路由參考電流源ICl、晶體管M2-M5以及電阻器Rl形成。
[0025]施加至輸出節(jié)點(diǎn)140的電流I_sink的增加導(dǎo)致輸出節(jié)點(diǎn)140處的電壓的相應(yīng)增力口。這增大了晶體管M2的Vgs，并且晶體管M2將相應(yīng)地傳導(dǎo)附加的電流。流過晶體管M2的、跨電阻器Rl施加的電流的增加導(dǎo)致中間節(jié)點(diǎn)Vl處電壓的增加。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)Vl處的電壓上升到晶體管Ml的閾值電壓之上時，晶體管Ml導(dǎo)通并且從輸出節(jié)點(diǎn)140至參考節(jié)點(diǎn)110吸收電流。流經(jīng)晶體管Ml的電流的吸收引起輸出節(jié)點(diǎn)140處電壓的降低。隨著輸出節(jié)點(diǎn)140電壓的這種降低，流經(jīng)晶體管M2的電流降低并且中間節(jié)點(diǎn)Vl處電壓下降，繼而導(dǎo)致晶體管Ml截止。本領(lǐng)域技術(shù)人員將因此知曉，電路202用于僅響應(yīng)于施加至輸出節(jié)點(diǎn)140的電流I_sink的峰值。在所有其他情況下，電路202是非操作的(也即睡眠)，并且不影響放大器電路200的操作。
[0026]現(xiàn)參照圖3A至圖3D，其示出了圖2的電路的操作的波形圖。
[0027]參照圖3A，附圖標(biāo)記300是放大器200的正輸入端子IN+處的電壓，而附圖標(biāo)記302是輸出節(jié)點(diǎn)140處的電壓。附圖標(biāo)記304顯示了以非反相單位增益緩沖器配置的放大器電路200的操作，其中輸出電壓302跟隨輸入電壓300。在時刻306處，吸收電流I_sink的峰值施加至輸出節(jié)點(diǎn)140。該電流峰值顯示在圖3B中。該吸收電流I_sink的峰值導(dǎo)致輸出節(jié)點(diǎn)140處電壓302的相應(yīng)增大(附圖標(biāo)記308)。電流202從睡眠模式喚醒，并且通過導(dǎo)通晶體管Ml而響應(yīng)于電壓增加308。圖3D示出了晶體管Ml的柵極端子處的電壓Vl響應(yīng)于吸收電流I_sink峰值而上升。圖3C示出了因增加圖3D的控制電壓Vl而導(dǎo)致的流經(jīng)晶體管Ml的電流310。晶體管Ml的激活導(dǎo)致流經(jīng)晶體管Ml的電流增大(附圖標(biāo)記312)，晶體管Ml用于吸收所施加的電流I_sink并且減少在輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓302 (附圖標(biāo)記314)。隨著電壓降低314，電路202截止晶體管M1，并且放電電流相應(yīng)地降低(附圖標(biāo)記316)。一旦輸出節(jié)點(diǎn)140處電壓302的峰值308由于吸收電流I_sink而被處理，則電路202恢復(fù)睡眠模式，并且處于非反相單位增益緩沖器配置的放大器的操作繼續(xù)，其中輸出電壓302跟隨輸入電壓300。
[0028]前面通過示例性和非限定性的示例提供了對本發(fā)明一些示例性實(shí)施例的全面和信息性的描述。然而鑒于結(jié)合所附附圖和所附權(quán)利要求書閱讀的前面描述，各種修改和適配對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以變得明顯。然而，本發(fā)明的所有這些教導(dǎo)及其類似修改仍將落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電路,包括: 放大器電路，具有輸入端子和輸出端子； 電流吸收晶體管，具有耦合至所述輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電源節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；以及 電壓感測電路，具有耦合至所述輸入端子的第一輸入、耦合至所述輸出端子的第二輸入、以及耦合至所述電流吸收晶體管的所述控制端子的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電壓感測電路配置為感測在所述輸出端子處的電壓的上升，并且通過激活所述電流吸收晶體管以從所述輸出端子至所述參考電源節(jié)點(diǎn)吸收電流而響應(yīng)于所述上升。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述放大器電路包括非反相單位增益緩沖放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述放大器電路包括: 差分輸入級，包括正輸入端子和負(fù)輸入端子；以及 單$而輸出級。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中，所述正輸入端子是所述放大器電路的所述輸入端子，并且所述負(fù)輸入端子連接至所述放大電路的所述輸出端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電壓感測電路包括如下電路，該電路配置成當(dāng)耦合至所述輸入端子 的所述第一輸入處的電壓等于耦合至所述輸出端子的所述第二輸入處的電壓時偏置所述電流吸收晶體管為截止?fàn)顟B(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中，所述電壓感測電路的所述電路被進(jìn)一步配置成當(dāng)耦合至所述輸入端子的所述第一輸入處的電壓小于耦合至所述輸出端子的所述第二輸入處的電壓時偏置所述電流吸收晶體管為導(dǎo)通狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電壓感測電路被配置成感測耦合至所述輸出端子的第二輸入處的電壓超出耦合至所述輸入端子的所述第一輸入處的電壓，并且通過激活所述電流吸收晶體管以從所述輸出端子至所述參考電源節(jié)點(diǎn)吸收電流而響應(yīng)于所述超出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電壓感測電路包括: 第一晶體管，具有耦合至所述輸出端子的第一導(dǎo)電端子、以及耦合至所述電流吸收晶體管的所述控制端子的第二導(dǎo)電端子；以及 電阻器，耦合在所述電流吸收晶體管的所述控制端子與所述參考電源節(jié)點(diǎn)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述電壓感測電路進(jìn)一步包括: 第二晶體管，具有耦合至所述輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電流的第二導(dǎo)電端子、以及耦合至所述第二導(dǎo)電端子的控制端子； 其中，所述第二晶體管的所述控制端子也耦合至所述第一晶體管的控制端子。
11.一種電路,包括: 非反相單位增益緩沖放大器，具有輸入端子和輸出端子； 電流吸收晶體管，具有耦合至所述輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電源節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；以及 電壓感測電路，耦合至所述控制端子，并且配置為響應(yīng)于超出在所述輸入端子處的電壓的在所述輸出端子處的電壓的上升而激活所述電流吸收晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述電流吸收晶體管是M0SFET。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述電壓感測電路包括電路，所述電路配置成當(dāng)所述輸入端子處的電壓感測為小于所述輸出端子處的電壓時將所述電流吸收晶體管從截止?fàn)顟B(tài)偏置為導(dǎo)通狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電壓感測電路包括:第一晶體管，具有耦合至所述輸出端子的第一導(dǎo)電端子、以及耦合至所述電流吸收晶體管的所述控制端子的第二導(dǎo)電端子；以及電阻器，耦合在所述電流吸收晶體管的所述控制端子與所述參考電源節(jié)點(diǎn)之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述電壓感測電路進(jìn)一步包括:第二晶體管，具有耦合至所述輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電流的第二導(dǎo)電端子、以及耦合至所述第二導(dǎo)電端子的控制端子；其中，所述第二晶體管的所述控制端子也耦合至所述第一晶體管的控制端子。
16.—種方法,包括:以單位增益將輸入電壓緩沖直至輸出節(jié)點(diǎn)處的輸出電壓；感測超出所述輸入電壓的所述輸出電壓的上升；以及·響應(yīng)于所述感測從所述輸出節(jié)點(diǎn)選擇性吸收電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性吸收包括當(dāng)感測到所述輸出電壓超出所述輸入電壓時偏置電流吸收晶體管為導(dǎo)通狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，選擇性吸收進(jìn)一步包括以其他方式偏置所述電流吸收晶體管為截止?fàn)顟B(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性吸收包括響應(yīng)于感測到所述輸出電壓超出所述輸入電壓而將電流吸收晶體管從截止?fàn)顟B(tài)偏置至導(dǎo)通狀態(tài)。
20.—種電路,包括:非反相單位增益緩沖放大器，具有輸入端子和輸出端子；電流吸收晶體管，具有耦合至所述輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合至參考電源節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；電阻器，耦合在所述控制端子與所述參考電源節(jié)點(diǎn)之間；第一晶體管，具有耦合至所述控制端子的第一導(dǎo)電端子、以及耦合至所述輸出端子的第二導(dǎo)電端子；以及第二晶體管，具有耦合至所述輸入端子的第一導(dǎo)電端子、以及配置以接收參考電流的第二導(dǎo)電端子，其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管以電流鏡配置連接。
【文檔編號】H03F3/45GK103427774SQ201210171001
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月24日
【發(fā)明者】段毅君 申請人:意法半導(dǎo)體研發(fā)(深圳)有限公司