一種放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種包括多個(gè)晶體管的放大器，該放大器具有第一電源端、第二電源端、第三電源端和第四電源端。該放大器的第三電源端和第四電源端可以耦接至動(dòng)態(tài)電源，從而在提高該放大器效率的同時(shí)避免輸出信號(hào)發(fā)生削波失真。
【專利說明】—種放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路裝置，更具體但是并非排它地涉及多電源高效率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]放大器在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和功率集成電路扮演了重要角色，其重要功能之一就是作為音頻放大器對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大。而語音或音樂信號(hào)的峰值功率和平均功率之比(PeakAverage Ratio, PAR)較大，峰值電壓遠(yuǎn)大于平均電壓，且其幅度通常服從高斯分布，即大部分時(shí)間內(nèi)音頻信號(hào)的瞬態(tài)電壓幅度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其峰值電壓幅度。為了避免發(fā)生削波失真，放大器的電源電壓必須足夠大以能夠處理絕大多數(shù)音頻信號(hào)。在此電源電壓下，當(dāng)放大器處理幅度較低的音頻信號(hào)時(shí)，能量就會(huì)損耗在輸出晶體管上，不僅降低放大器的效率，也帶來散熱的問題。例如，對(duì)于如圖1所示的放大器100，當(dāng)電源電壓VCC為5V，輸出信號(hào)VO為IV時(shí)，輸出晶體管Ql上的電壓降會(huì)達(dá)到4V，即80%的電源電壓會(huì)被晶體管Pl損耗，而非用于在揚(yáng)聲器SPK上產(chǎn)生有用功率?？紤]到放大器其他組件的損耗，此時(shí)，放大器瞬態(tài)效率小于20%。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)輸入信號(hào)的PAR為15dB時(shí)，其平均效率不到20%。如何提高放大器的效率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題，提供了一種放大器，包括，第一電流源，具有第一端和第二端，其第二端耦接至第一電源端；第一晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一電流源的第一端，其控制端配置為所述放大器的第一輸入端；第二晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一電流源的第一端，其控制端配置為所述放大器的第二輸入端；第三晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一晶體管的第一端，其第二端耦接至第二電源端，其控制端耦接至其第一端；第四晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端；第五晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第四晶體管的第一端；第六晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第五晶體管的第一端，其第二端耦接至第三電源端，其控制端耦接至其第一端；第七晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第六晶體管的控制端；第八晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端；第九晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第六晶體管的控制端；第十晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第九晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端；第十一晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第六晶體管的控制端；第十二晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端；第十三晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端；第十四晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接其第一端；第十五晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第十三晶體管的控制端；第十六晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接所述第十四晶體管的控制端；第十七晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第十三晶體管的控制端；第十八晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接所述第十四晶體管的控制端；第十九晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端；第二十晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至第四電源端，其控制端耦接其第一端；第二十一晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接至所述第七晶體管的第一端；第二十二晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二十一晶體管的第一端，其控制端耦接至所述第十九晶體管的控制端；第二十三晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第四電源端，其控制端耦接至所述第十晶體管的第一端；第二十四晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二十三晶體管的第一端，其控制端耦接至所述第二十晶體管的控制端；第二十五晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端配置為所述放大器的輸出端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第二十一晶體管的控制端；以及第二十六晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第四電源端，其控制端耦接所述第二十三晶體管的控制端。
[0004]本發(fā)明提供的放大器的第四電源端的電壓可以低于第二電源端的電壓，從而提高該放大器的效率。本發(fā)明提供的放大器的第三電源端和第四電源端還可以耦接至動(dòng)態(tài)電源，從而在提高該放大器效率的同時(shí)避免發(fā)生削波失真。
[0005]【專利附圖】

【附圖說明】
下面將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件或特征。
[0006]圖1示出現(xiàn)有的放大器100的電路示意圖；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大器200的電路示意圖；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大器200的工作過程中的波形圖；
圖4不出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大器400的電路圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)500的電路示意圖；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)500的工作過程中的波形圖；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)700的電路示意圖；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)700的工作過程中的波形圖；以及 圖9不出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大器900的電路圖。
[0007]【具體實(shí)施方式】
在下文的特定實(shí)施例代表本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且本質(zhì)上僅為示例說明而非限制。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:這些特定細(xì)節(jié)對(duì)于本發(fā)明而言不是必需的。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0008]在說明書中，提及“一個(gè)實(shí)施例”或者“實(shí)施例”意味著結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。術(shù)語“在一個(gè)實(shí)施例中”在說明書中各個(gè)位置出現(xiàn)并不全部涉及相同的實(shí)施例，也不是相互排除其他實(shí)施例或者可變實(shí)施例。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時(shí)，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。當(dāng)稱“元件” “接收”某一信號(hào)時(shí)，可以使直接接收，也可以通過開關(guān)、電阻、電平位移器、信號(hào)處理單元等接收。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0009]對(duì)于放大器例如圖1所不的AB類放大器100,在輸出信號(hào)VO—定時(shí),其損耗功率取決于其電源VCC的幅度大小。電源VCC的幅度越大，輸出晶體管Ql上的壓降越大，損耗功率就越大。在絕大部分時(shí)間里，音頻輸出信號(hào)VO的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于放大器100的電源VCC。為此，可以為放大器100配置兩對(duì)電源，例如高電壓電源和低電壓電源，在大部分輸出電壓較低的時(shí)間內(nèi)，由低電壓電源供電，以降低輸出晶體管Ql上的電壓降，減小損耗；當(dāng)輸出電壓VO較高時(shí)，則由高電壓電源供電，以避免產(chǎn)生削波失真。還可以為放大器100配置動(dòng)態(tài)電源，動(dòng)態(tài)電源的供電電壓可以跟隨信號(hào)自動(dòng)變化。當(dāng)功率放大器輸出信號(hào)VO的幅度較小時(shí)，動(dòng)態(tài)電源提供幅度較低的電壓為放大器100供電；當(dāng)輸出信號(hào)VO幅度超過一定的門限時(shí)，動(dòng)態(tài)電源提供幅度較高的電壓為放大器100供電。
[0010]圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大器200的電路示意圖。放大器200包括兩級(jí)，輸入級(jí)201和輸出級(jí)202。輸入級(jí)201,具有第一電源端、第二電源端、第一輸入端、第二輸入端和第一放大端，其第一電源端耦接至地電勢(shì)GND，其第二電源端耦接至電源電壓VCC (例如3.3V)，其第一輸入端接收第一輸入信號(hào)VIN1，其第二輸入端接收第二輸入信號(hào)VIN2，輸入級(jí)201將第一輸入信號(hào)VINl與第二輸入信號(hào)VIN2之差VIN12放大，在其第一放大端提供第一放大信號(hào)VAl。輸出級(jí)202,具有第一電源端、第二電源端、第一輸入端和第一輸出端，其第一電源端耦接至地電勢(shì)GND，其第二電源端耦接至動(dòng)態(tài)電源VDD，其第一輸入端接收第一放大信號(hào)VA1，放大級(jí)202將第一放大信號(hào)VAl進(jìn)一步放大，在其輸出端提供輸出信號(hào)V0。
[0011]圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大器200的工作過程中的波形圖。當(dāng)輸出信號(hào)VO幅度較小時(shí)，由動(dòng)態(tài)電源VDD提供一個(gè)幅度為VDDL的低電壓為輸出級(jí)202供電，以降低輸出晶體管Ql的電壓降，從而減小晶體管Ql上的損耗；當(dāng)輸出信號(hào)VO幅度較大時(shí)，動(dòng)態(tài)電源VDD提供一個(gè)幅度為VDDH的較高電壓為輸出級(jí)202供電，以避免產(chǎn)生削波失真。在此過程中，輸入級(jí)201的電源電壓VCC保持恒定，以避免在輸入級(jí)201引入噪聲。
[0012]由于輸入級(jí)201的第二電源端和輸出級(jí)202第二電源端耦接至不同的電壓(或電源)，如何用具體的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電壓(或電源)切換，是設(shè)計(jì)放大器200的難點(diǎn)。同時(shí)，由于輸出級(jí)202的第一電源端耦接至地電源端，這就會(huì)使得放大器200輸出靜態(tài)點(diǎn)偏執(zhí)于動(dòng)態(tài)電源的一半，導(dǎo)致輸出揚(yáng)聲器SPK上產(chǎn)生直流功耗，如何改進(jìn)使得電路輸出靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在地電勢(shì)，是設(shè)計(jì)放大器200的另一難點(diǎn)。
[0013]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大器400的電路圖。放大器400包括輸入級(jí)401、第一放大級(jí)402、第二放大級(jí)403和輸出級(jí)404。
[0014]輸入級(jí)401包括:第一電流源11，具有第一端和第二端，其第二端耦接至第一電源端Tl ;第一晶體管Ql (以下可以簡(jiǎn)稱為晶體管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電流源Il的第一端，其控制端配置為放大器400的第一輸入端INl ；第二晶體管Q2，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第一電流源Il的第一端，其控制端配置為放大器400的第二輸入端IN2;第三晶體管Q3，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第一晶體管Ql的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接至其第一端；第四晶體管Q4，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第二晶體管Q2的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接至第三晶體管Q3的控制端。
[0015]第一放大級(jí)402包括:第五晶體管Q5，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接至第四晶體管Q4的第一端；第六晶體管Q6，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第五晶體管Q5的第一端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接至其第一端；第七晶體管Q7，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接第六晶體管Q6的控制端；第八晶體管Q8，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第七晶體管Q7的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接至第三晶體管Q3的控制端；第九晶體管Q9，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接第六晶體管Q6的控制端；第十晶體管Q10，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第九晶體管Q9的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接至第三晶體管Q3的控制端；
第二放大級(jí)403包括:第十一晶體管Q11，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接第六晶體管Q6的控制端；第十二晶體管Q12，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接至第三晶體管Q3的控制端；第十三晶體管Q13，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十二晶體管Q12的第一端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接其第一端；第十四晶體管Q14，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十一晶體管Qll的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接其第一端；第十五晶體管Q15，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接第十三晶體管Q13的控制端；第十六晶體管Q16，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十五晶體管Q15的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接第十四晶體管Q14的控制端；第十七晶體管Q17，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接第十三晶體管Q13的控制端；第十八晶體管Q18，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十七晶體管Q17的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2，其控制端耦接第十四晶體管Q14的控制端;
輸出級(jí)404包括:第十九晶體管Q19，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十七晶體管Q17的第一端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接其第一端；第二十晶體管Q20，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十六晶體管Q16的第一端，其第二端耦接至第四電源端T4，其控制端耦接其第一端；第二十一晶體管Q21，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接至第七晶體管Q7的第一端；第二十二晶體管Q22，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第七晶體管Q7的第一端，其第二端耦接至第二十一晶體管Q21的第一端，其控制端耦接至第十九晶體管Q19的控制端；第二十三晶體管Q23，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第四電源端T4，其控制端耦接至第十晶體管QlO的第一端；第二十四晶體管Q24，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十晶體管QlO的第一端，其第二端耦接至第二十三晶體管Q23的第一端，其控制端耦接至第二十晶體管Q20的控制端；第二十五晶體管Q25，具有第一端、第二端和控制端，其第一端配置為放大器400的輸出端OUT,其第二端稱接至第三電源端T3，其控制端耦接第二十一晶體管Q21的控制端；以及第二十六晶體管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體管Q25的第一端，其第二端耦接至第四電源端T4，其控制端耦接第二十三晶體管Q23的控制端。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，晶體管的尺寸可以設(shè)置為:第一晶體管Ql和第二晶體管Q2為匹配的晶體管(尺寸比例為1:1)，第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第五晶體管Q5、第八晶體管Q8和第十晶體管QlO的尺寸比例為:1:1:1: ( α +1): α，第六晶體管Q6、第七晶體管Q7和第九晶體管Q9的尺寸比例為:1: α: ( α+1 )，其中在優(yōu)化的實(shí)施例中α大于 I。假定第一電流源的電流為21，則在穩(wěn)態(tài)下第七晶體管Q7、第八晶體管Q8、第九晶體管Q9和第十晶體管QlO的偏置電流分別為α Ι、( α+1)Ι、( α+1)1和0 1，那么第二^^一晶體管Q21和第二十三晶體管Q23的偏置電流均為I。在穩(wěn)態(tài)條件下，第二十一晶體管Q21和第二十二晶體管Q22均工作于飽和區(qū)，為此第二十一晶體管Q21和第二十五晶體管Q25將工作于電流鏡模式。假定，第二十一晶體管Q21和第二十五晶體管Q25的尺寸比例為1: β，其中β大于I，則第二十五晶體管Q25的偏置電流為β I,即第二十五晶體管Q25的偏置電流被有效控制。在放大模式下，假定第一輸入端INl的電壓升高，第三晶體管Q3電流增大，第八晶體管Q8的電流會(huì)增大，而第七晶體管Q7的電流會(huì)減小，導(dǎo)致第二十一晶體管Q21和第二十二晶體管Q22的電流增大，從而使得第二十一晶體管Q21進(jìn)入線性區(qū)(第二十一晶體管Q21的第一端電壓降低，第二十一晶體管Q21的控制端電壓升高)，節(jié)點(diǎn)A將進(jìn)入高阻狀態(tài)。此時(shí)，第二十五晶體管Q25不再鏡像第二十一晶體管Q21的電流，而是在第二十一晶體管Q21的控制端電壓控制下進(jìn)行電壓和/或電流的放大。同理，在放大模式下，當(dāng)?shù)谝惠斎攵薎Nl的電壓降低時(shí)，節(jié)點(diǎn)B將進(jìn)入高阻狀態(tài)。
[0017]第十九晶體管Q19和第二十一晶體管Q21的偏置電壓可以由兩個(gè)恒流源分別提供(例如電流為I的電流源和電流沉分別提供)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了給第十九晶體管Q19和第二十一晶體管Q21提供偏置電流(即為第二十二晶體管Q22和第二十四晶體管Q24提供偏置電壓)，同時(shí)進(jìn)一步增大放大器400的放大能力，放大器400進(jìn)一步包括第二放大級(jí)403。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第三晶體管Q3和第十二晶體管Q12的尺寸比例為1: 1，第六晶體管Q6和第十一晶體管Qll的尺寸比例為1: 1，第十三晶體管Q13、第十五晶體管Q15和第十七晶體管Q17的尺寸比例為:1: ( y+1): Y，第十四晶體管Q14、第十六晶體管Q16和第十八晶體管Q18的尺寸比例為:1: Y:( Y+1)，則在穩(wěn)態(tài)下第十五晶體管Q15、第十六晶體管Q16、第十七晶體管Q17和第十八晶體管Q18的偏置電流分別為(Y+1)1、Y 1>Y 1>( Y+1)1，那么第二十晶體管Q20和第十九晶體管Q19的電流均為I。即，在穩(wěn)態(tài)下，第二放大級(jí)403為第十九晶體管Q19和第二十一晶體管Q21提供了穩(wěn)定的偏置電流，即為第二十二晶體管Q22和第二十四晶體管Q24提供了穩(wěn)定的偏置電壓。在放大模式下，假定INl電壓升高，第三晶體管Q3電流增大，第十二晶體管Q12和第十七晶體管Q17的電流也會(huì)增大，而第十一晶體管Qll和第十八晶體管Q18的電流會(huì)減小，導(dǎo)致第十九晶體管Q19的電流減小，使得第二十二晶體管Q22控制端電壓降低，從而使得第二十一晶體管Q21更快地進(jìn)入線性區(qū)(第二十一晶體管Q21的第一端電壓降低，為保證電流能力，第二十一晶體管Q21的控制端電壓將升高)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第六晶體管Q6、第七晶體管Q7、第九晶體管Q9、第十一晶體管Q11、第十三晶體管Q13、第十五晶體管Q15、第十七晶體管Q17、第十九晶體管Q19、第二十一晶體管Q21、第二十二晶體管Q22、第二十五晶體管Q25是NPN晶體管或者N溝道MOS晶體管，第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第五晶體管Q5、第八晶體管Q8、第十晶體管Q10、第十二晶體管Q12、第十四晶體管Q14、第十六晶體管Q16、第十八晶體管Q18、第二十晶體管Q20、第二十三晶體管Q23、第二十四晶體管Q24以及第二十六晶體管Q26是PNP晶體管或者P溝道MOS晶體管。在上述配置下，第一電源端Tl的電壓低于第二電壓端T2的電壓，第三電源端T3的電壓低于第四電壓端T4的電壓。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第六晶體管Q6、第七晶體管Q7、第九晶體管Q9、第十一晶體管Q11、第十三晶體管Q13、第十五晶體管Q15、第十七晶體管Q17、第十九晶體管Q19、第二十一晶體管Q21、第二十二晶體管Q22、第二十五晶體管Q25是PNP晶體管或者P溝道MOS晶體管，第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第五晶體管Q5、第八晶體管Q8、第十晶體管Q10、第十二晶體管Q12、第十四晶體管Q14、第十六晶體管Q16、第十八晶體管Q18、第二十晶體管Q20、第二十三晶體管Q23、第二十四晶體管Q24以及第二十六晶體管Q26是NPN晶體管或者N溝道MOS晶體管。在上述配置下，第一電源端Tl的電壓高于第二電壓端T2的電壓，第三電源端T3的電壓高于第四電壓端T4的電壓。
[0020]圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)500的電路示意圖。放大系統(tǒng)500包括放大器200和反饋電阻RFfRF4，可以直接將音頻系統(tǒng)輸出的具有非零(1.2V)共模電平的差分信號(hào)(VDl和VD2)轉(zhuǎn)化為以地電勢(shì)為靜態(tài)工作點(diǎn)的單端信號(hào)V012。
[0021]參考圖5，放大器200的第二輸入端通過第一反饋電阻RFl和第二反饋電阻RF2分別耦接至第一差分信號(hào)VDl和地電源端，其第一輸入端通過第三反饋電阻RF3和第四反饋電阻RF4分別耦接至第二差分信號(hào)VDl和其輸出端，其第一電源端Tl耦接音頻系統(tǒng)的參考電源端(地 電勢(shì))，其第二電源端T2耦接音頻系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電源(5V)，其第三電源端T3耦接第一負(fù)電壓(-2.5V)，其第四電源端T4耦接第一正電壓(2.5V)。需要指出的是，反饋電阻RF1~RF4可以集成于放大器400內(nèi)部，作為放大器400的一部分。
[0022]圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)500的工作波形圖。VDl和VD2是共模電平為1.2V的差分信號(hào)，輸出為電平為OV的單端信號(hào)。音頻輸入為零時(shí)(VDl和VD2相等)，輸出V012為0V，SPK上不會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)電流。由于輸出放大器200的輸出級(jí)采用了 2.5V供電，而非5V電壓，從而提高了電源利用率，提高了效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要，靈活設(shè)置第一正電壓(或者第一負(fù)電壓)，例如1.2V、3V、4.2V以提高電源效率。
[0023]圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)700的電路示意圖。與圖5所示的放大系統(tǒng)500區(qū)別在于，第三電源端T3耦接負(fù)動(dòng)態(tài)負(fù)電源VDN，其第四電源端T4耦接至正動(dòng)態(tài)電源VDP。
[0024]圖8示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放大系統(tǒng)700的工作波形圖。VDl和VD2是共模電平為1.2V的差分信號(hào)，輸出為電平為OV的單端信號(hào)V012。當(dāng)輸出信號(hào)V012大于零且幅值較小時(shí)，正動(dòng)態(tài)電源VDP輸出幅值為VDPL (例如1.25V)的電壓為放大器400供電，以提高電源利用率；當(dāng)輸出信號(hào)V012大于零且幅值較小時(shí)，正動(dòng)態(tài)電源VDP輸出幅值為VDPH(例如2.5V)的電壓為放大器400供電，以避免輸出信號(hào)V012被電源削波。當(dāng)輸出信號(hào)V012小于零且幅值較小時(shí)，負(fù)動(dòng)態(tài)電源VDN輸出幅值為VDNL(例如-1.25V)的電壓為放大器400供電，以提高電源利用率；當(dāng)輸出信號(hào)V012大于零且幅值較小時(shí)，負(fù)動(dòng)態(tài)電源VDN輸出幅值為VDNH (例如-2.5V)的電壓為放大器400供電，以避免輸出信號(hào)V012被電源削波。
[0025]本領(lǐng)域的技術(shù)人員，可以根據(jù)醫(yī)用的領(lǐng)域合理設(shè)置高效放大器200的晶體管尺寸和比例，以確定其增益、電流放大倍數(shù)、靜態(tài)工作電流等參數(shù)。在一些設(shè)置中，由于增益較高，可能導(dǎo)致在部分應(yīng)用時(shí)環(huán)路不穩(wěn)定。為此，需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。
[0026]圖9示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高效放大器900。高效放大器900是在放大器400的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)以增大其穩(wěn)定性，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，圖9示出了多種改進(jìn)措施，這些措施可以單獨(dú)或者全部用于圖4所示的放大器400。
[0027]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，高效放大器900包括第一補(bǔ)償電容CCl，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二晶體管Q2的第一端，其第二端耦接至第二十五晶體管Q25的第一端。當(dāng)耦接于第二晶體管Q2的第一端和第二十五晶體管Q25的第一端之間時(shí)，第一補(bǔ)償電容CCl可以產(chǎn)生米勒效應(yīng)，其有效電容將增大數(shù)百倍，從而有效地減小了電路面積。
[0028]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，放大器900包括還包括，第一補(bǔ)償電阻RC1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十五晶體管Q25的控制端；第二補(bǔ)償電容CC2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一補(bǔ)償電阻RCl的第二端，其第二端耦接至第二十五晶體管Q25的第一端；第二補(bǔ)償電阻RC2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十六晶體管Q26的控制端；第三補(bǔ)償電容CC3，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二電阻的第二端，其第二端耦接至第二十六晶體管Q26的第一端。第一補(bǔ)償電阻RCl和第二補(bǔ)償電阻RC2可以有效消除第二十五晶體管Q25和第二十六晶體管Q26的引入的零點(diǎn)，從而增強(qiáng)電路穩(wěn)定性。
[0029]本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以用其他方式對(duì)放大器900進(jìn)行補(bǔ)償，例如在第二晶體管Q2的第一端引入大電容進(jìn)行補(bǔ)償，在第二十五晶體管Q25控制端引入大電容進(jìn)行補(bǔ)償，或者引入前饋通路進(jìn)行補(bǔ)償。
[0030]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，放大器900包括還包括第一保護(hù)電路901 (圖9中分為901a和901b兩個(gè)部分)。第一保護(hù)電路901包括第二十七晶體管Q27、第一延遲電阻RDl、第一延遲電容⑶I和第二十八晶體管Q28。第二十七晶體管Q27，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接第二十一晶體管Q21的控制端；第一延遲電阻RD1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十七晶體管Q27的第一端，其第二端耦接至第二電源端T2 ;第一延遲電容⑶1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十七晶體管Q27的第一端，其第二端耦接至第二電源端Τ2;第二十八晶體管Q28，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第三晶體管Q3的控制端，其第二端耦接至第二電源端Τ2，其控制端耦接第二十七晶體管Q27的第一端。在運(yùn)行過程尤其是啟動(dòng)過程中，第一保護(hù)電路901基于第二十五晶體管Q25的電流調(diào)整放大器900各晶體管的偏置電流(尤其是第三晶體管Q3的電流)，當(dāng)?shù)诙寰w管Q25的電流過大時(shí)將通過減小第三晶體管Q3的電流而減小第二十五晶體管Q25的電流，從而有效抑制了放大器900在運(yùn)行尤其是啟動(dòng)過程中的電壓尖峰和、電壓過沖和第二十五晶體管Q25的過電流。
[0031]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，放大器900包括還包括第二保護(hù)電路902 (圖9中分為902a和902b兩個(gè)部分)。第二保護(hù)電路902包括第二十九晶體管Q29、第二延遲電阻RD2、第二延遲電容⑶2和第三十晶體管Q30。第二十九晶體管Q29，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至第四電源端T4，其控制端耦接第二十三晶體管Q23的控制端；第二延遲電阻RD2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十九晶體管Q29的第一端，其第二端耦接至第三電源端T3 ;第二延遲電容⑶2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十九晶體管Q29的第一端，其第二端耦接至第三電源端T3 ;第三十晶體管Q30，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第六晶體管Q6的控制端，其第二端耦接至第三電源端T3，其控制端耦接第二十九晶體管Q29的第一端。在運(yùn)行過程尤其是啟動(dòng)過程中，第二保護(hù)電路902基于第二十六晶體管Q26的電流調(diào)整放大器900各晶體管的偏置電流(尤其是第六晶體管Q6的電流)，當(dāng)?shù)诙w管Q26的電流過大時(shí)將通過減小第六晶體管Q6的電流而減小第二十六晶體管Q26的電流，從而有效抑制了放大器900在運(yùn)行尤其是啟動(dòng)過程中的電壓尖峰和、電壓過沖和第二十六晶體管Q26的過電流。。
[0032]在本公開內(nèi)容中所使用的量詞“一個(gè)”、“一種”等不排除復(fù)數(shù)。文中的“第一”、“第二”等僅表示在實(shí)施例的描述中出現(xiàn)的先后順序，以便于區(qū)分類似部件?！暗谝弧薄ⅰ暗诙痹跈?quán)利要求書中的出現(xiàn)僅為了便于對(duì)權(quán)利要求的快速理解而不是為了對(duì)其進(jìn)行限制。權(quán)利要求書中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)解釋為對(duì)范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種放大器，包括， 第一電流源，具有第一端和第二端，其第二端耦接至第一電源端； 第一晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一電流源的第一端，其控制端配置為所述放大器的第一輸入端； 第二晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第一電流源的第一端，其控制端配置為所述放大器的第二輸入端； 第三晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一晶體管的第一端，其第二端耦接至第二電源端，其控制端耦接至其第一端； 第四晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端； 第五晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第四晶體管的第一端； 第六晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第五晶體管的第一端，其第二端耦接至第三電源端，其控制端耦接至其第一端； 第七晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第六晶體管的控制端； 第八晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端； 第九晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第六晶體管的控制端； 第十晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第九晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端； 第十一晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第六晶體管的控制端； 第十二晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接至所述第三晶體管的控制端； 第十三晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端； 第十四晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接其第一端； 第十五晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第十三晶體管的控制端； 第十六晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接所述第十四晶體管的控制端； 第十七晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第十三晶體管的控制端； 第十八晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接所述第十四晶體管的控制端； 第十九晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端； 第二十晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至第四電源端，其控制端耦接其第一端； 第二十一晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接至所述第七晶體管的第一端； 第二十二晶體管，具有第一 端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二十一晶體管的第一端，其控制端耦接至所述第十九晶體管的控制端； 第二十三晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第四電源端，其控制端耦接至所述第十晶體管的第一端； 第二十四晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二十三晶體管的第一端，其控制端耦接至所述第二十晶體管的控制端； 第二十五晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端配置為所述放大器的輸出端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第二十一晶體管的控制端；以及 第二十六晶體管，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體管的第一端，其第二端耦接至所述第四電源端，其控制端耦接所述第二十三晶體管的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第六晶體管、所述第七晶體管、所述第九晶體管、所述第十一晶體管、所述第十三晶體管、所述第十五晶體管、所述第十七晶體管、所述第十九晶體管、所述第二十一晶體管、所述第二十二晶體管、所述第二十五晶體管是NPN晶體管或者N溝道MOS晶體管；所述第三晶體管、所述第四晶體管、所述第五晶體管、所述第八晶體管、所述第十晶體管、所述第十二晶體管、所述第十四晶體管、所述第十六晶體管、所述第十八晶體管、所述第二十晶體管、所述第二十三晶體管、所述第二十四晶體管以及所述第二十六晶體管是PNP晶體管或者P溝道MOS晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第六晶體管、所述第七晶體管、所述第九晶體管、所述第十一晶體管、所述第十三晶體管、所述第十五晶體管、所述第十七晶體管、所述第十九晶體管、所述第二十一晶體管、所述第二十二晶體管、所述第二十五晶體管是PNP晶體管或者P溝道MOS晶體管；所述第三晶體管、所述第四晶體管、所述第五晶體管、所述第八晶體管、所述第十晶體管、所述第十二晶體管、所述第十四晶體管、所述第十六晶體管、所述第十八晶體管、所述第二十晶體管、所述第二十三晶體管、所述第二十四晶體管以及所述第二十六晶體管是NPN晶體管或者N溝道MOS晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述放大器的第一電源端耦接至地電勢(shì)，所述放大器的第二電源端耦接至穩(wěn)態(tài)正電壓，所述放大器的第三電源端耦接至第一負(fù)電壓，所述放大器的第四電源端耦接至第一正電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其中，所述放大器還包括， 第一反饋電阻，具有第一端和第二端，其第二端耦接至所述放大器的第二輸入端； 第二反饋電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述放大器的第二輸入端，其第二端耦接至地電勢(shì)； 第三反饋電阻，具有第一端和第二端，其第二端耦接至所述放大器的第一輸入端；以及第四反饋電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述放大器的第一輸入端，其第二端耦接至所述放大器的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述第三電源端和/或所述第四電源端耦接至動(dòng)態(tài)電源，所述動(dòng)態(tài)電源至少具有兩個(gè)電壓幅值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括第一補(bǔ)償電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二十五晶體管的第一端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括， 第一補(bǔ)償電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十五晶體管的控制端; 第二補(bǔ)償電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一補(bǔ)償電阻的第二端，其第二端耦接至所述第二十五晶體管的第一端； 第二補(bǔ)償電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十六晶體管的控制端；以及 第三補(bǔ)償電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二補(bǔ)償電阻的第二端，其第二端耦接至所述第二十六晶體管的第一端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括， 第二十七晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第二十一晶體管的控制端； 第一延遲電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十七晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端； 第一延遲電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十七晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端；以及 第二十八晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第三晶體管的控制端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接所述第二十七晶體管的第一端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括， 第二十九晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第二端耦接至所述第四電源端，其控制端耦接所述第二十三晶體管的控制端； 第二延遲電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十九晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端； 第二延遲電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十九晶體管的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端；以及 第三十晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第六晶體管的控制端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接所述第二十九晶體管的第一端。
【文檔編號(hào)】H03F1/02GK103905001SQ201410127907
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】王海時(shí) 申請(qǐng)人:成都信息工程學(xué)院