專利名稱：放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于放大大規(guī)模集成電路中模擬電壓的放大器電路，特別地涉及具有多個(gè)反相器和連接該放大器的輸出和輸入的反饋電容的放大器電路。
具有多個(gè)反相器和反饋電容的放大器電路是由本發(fā)明的反相器提供的，這些反相器可用來(lái)補(bǔ)償大規(guī)模集成的模擬計(jì)算電路的放大器的輸入/輸出關(guān)系的線性。
在放大器電路中存在一個(gè)問(wèn)題，即在超過(guò)預(yù)定的由大規(guī)模集成電路的各種參數(shù)求得的頻率時(shí)增益急劇地降低。但是，在不少用途中需要更寬的頻率范圍。
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種具有寬的頻率范圍的放大器電路，其頻率范圍寬于由該電路參數(shù)預(yù)計(jì)的頻率。
根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)單元放大器電路并聯(lián)。通過(guò)互相改變這些單元放大器電路的頻率特性，就獲得全部單元放大器電路的綜合特性。
圖1是有關(guān)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的放大器電路的電路圖。
圖2是有關(guān)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的放大器電路的電路圖。
圖3是圖1和2中所示的反相器的電路圖。
圖4是一張曲線圖，示出了輸入信號(hào)頻率與放大器電路和單元放大器電路的增益之間的關(guān)系。
圖5是一張電路圖，示出了該實(shí)施例一個(gè)單元放大器電路的一個(gè)變形型式。
圖6的一張電路圖示出了該實(shí)施例一個(gè)單元放大器電路的另一個(gè)變形型式。
“Ampi”是一個(gè)單元放大器電路，“INVi”是一個(gè)輸入電容，“C11”和“C21”是輸入電容，“Cf1”“Cf2”是反饋電容，而“CL1”和“CL2”是低通電容。
下面參考


本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1是表示本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)放大器電路的電路圖。
圖1的放大器電路由通常與輸入電壓Vin和輸出電壓Vout連接的兩個(gè)并聯(lián)的單元放大器電路Amp1和Amp2組成。第一個(gè)單元放大器Amp1包括反相器INV10，與反相器INV10的輸入端相連的輸入電容C11和將反相器INV10的輸出反饋給輸入的反饋電容Cf1。第二個(gè)單元放大器電路Amp2，結(jié)構(gòu)與Amp1類(lèi)同，由反相器INV20，輸出電容C21和反饋電容Cf2組成。
輸入電容C11和C21在施加輸入電壓時(shí)阻止由于輸入電壓而引起的電流通過(guò)那里。反饋電容Cf1和Cf2具有產(chǎn)生精確地與輸入電壓成正比的輸出電壓的功能。
圖2是表示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的電路圖，由各具有三個(gè)串聯(lián)的反相器的并聯(lián)的兩個(gè)單元放大器電路組成。
第一個(gè)單元放大器電路Amp10由串聯(lián)的反相器INV11、INV12和INV13組成。輸入電容C11與第一級(jí)的反相器INV11的輸入端相連，用于接受輸入電壓，同時(shí)阻止電流通過(guò)那里。反饋電容Cf1將末級(jí)的反相器INV13的輸出反饋給第一級(jí)的反相器INV11的輸入，以便迫使輸入電壓與輸出電壓一致。低通電容CL1一端與末級(jí)的反相器INV13的輸出連接，而另一端接地。
第一級(jí)和末級(jí)之間的第二個(gè)反相器INV12的輸出與一對(duì)平衡電阻R11和R12相連。第一個(gè)電阻R11一端與INV12相連，而另一端與電壓源Vcc相連。第二個(gè)電阻R12一端與INV12相連，而另一端接地。平衡電阻降低了放大器電路的增益，從而防止不穩(wěn)定的振蕩或發(fā)散。
圖1中的放大器電路的輸入/輸出關(guān)系的線性范圍相當(dāng)窄，因?yàn)檫@個(gè)電路由于只有一個(gè)反相器而增益低。實(shí)際的工作頻率范圍窄。在第二個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)使用三級(jí)串聯(lián)的反相器時(shí)，增益提高。這就擴(kuò)大了線性特性區(qū)的范圍。
低通電容CL1有助于相裕度，而平衡電阻有助于增益裕度，從而在高頻區(qū)防止了不穩(wěn)定的振蕩和發(fā)散。在大規(guī)模集成電路中形成的反相器尺寸這么小，因此只產(chǎn)生一點(diǎn)兒延時(shí)。不穩(wěn)定的振蕩容易在低頻發(fā)生。低通電容降低了放大器在高頻的增益，從而防止了振蕩。
第一個(gè)電阻R11平衡了通過(guò)反相器INV12中的兩個(gè)MOS的電流，因此這兩個(gè)MOS的負(fù)荷變小。第二個(gè)電阻R12降低了反相器INV12的開(kāi)路增益，因此該放大器電路的增益在整個(gè)頻率范圍內(nèi)降低。
為了防止不穩(wěn)定振蕩和發(fā)散，至少應(yīng)采用一個(gè)低通電容CL1或平衡電阻R11和R12。但是，當(dāng)只采用CL1時(shí)，其電容值變得很大。當(dāng)只采用平衡電阻時(shí)，線性則惡化。因此，它們兩者都要采用。
第二個(gè)單元放大器電路Amp20由反相器INV21，INV22，1NV23組成，與第一個(gè)類(lèi)同。輸入電容C21連接在第一級(jí)的反相器INV21的輸入側(cè)，以便阻止電流。為了線性，反饋電容Cf2將末級(jí)的反相器INV23的輸出反饋給第一級(jí)的反相器INV21的輸入。平衡電阻R21，R22和低通電容CL2連至第二個(gè)反相器和最末個(gè)反相器的輸出，以便防止不穩(wěn)定振蕩或發(fā)散。
圖1和2的單元放大器電路中的每一個(gè)反相器是由串聯(lián)的二個(gè)MOS組成的C—MOS(互補(bǔ)型MOS)反相器。一個(gè)是pMOS型晶體三極管T11，而另一個(gè)是nMOS型晶體三極管T12。pMOS型晶體三極管T11的漏極連有一個(gè)偏置電壓Vd，而它的源極則與nMOS型晶體三極管T12的漏極相連。兩個(gè)晶體三極管的柵極互相連接，而然后共同連至輸入電容。nMOS型晶體三極管T12的源極接地。
在以上實(shí)施例中，并聯(lián)的單元放大器電路的數(shù)目為2，但是本發(fā)明不受限制并且級(jí)數(shù)也沒(méi)有限制，如果級(jí)數(shù)超過(guò)2的話。
從電氣特性的技術(shù)觀點(diǎn)看，改善特性靠增加單元放大器的數(shù)目，而從制造費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，最好單元放大器較少。在實(shí)際產(chǎn)品中，考慮到這些觀點(diǎn)及其平衡來(lái)決定單元放大器的數(shù)目。
接下來(lái)，表1和圖4示出了在4個(gè)并聯(lián)的單元放大器和單個(gè)單元放大器的電路中增益與頻率的特性比較。圖4垂線表示增益，而水平線表示輸入信號(hào)的頻率。圖中△—△是并聯(lián)放大器的特性，而—是單個(gè)單元放大器電路的特性。水平線用對(duì)數(shù)尺度表示。
表1輸入頻率 200K1Hz 333KHz 500KHz 570KHz 850KHz 1000KHz單元放大器電路 1.0 0.60.40.40.30.2放大器電路 1.0 1.01.01.00.90.9
當(dāng)輸入信號(hào)的頻率到1000Hz為止時(shí)，在單個(gè)單元放大器電路中增益的減少是顯著的。另一方面，在并聯(lián)放大器中，在高達(dá)1000Hz的范圍內(nèi)增益幾乎沒(méi)有減少。
從以上比較中，可以知道多個(gè)單元放大器的電路比單個(gè)放大器具有更大的驅(qū)動(dòng)能力。增加輸出的數(shù)目是可能的。由于多個(gè)電路的平均作用，并聯(lián)在輸出的精度方面是有利的。
圖5和6示出了圖2的單元放大器電路，Amp10的變種。在圖5中，平衡電阻R13和R14布置在第一個(gè)和第二個(gè)反相器INV11和INV12之間。在圖6中，在INV11和INV12之間有電阻R13和R14，而在第二個(gè)反相器和第三個(gè)反相器INV12和INV13之間有電阻R11和R12。圖5和圖6可以防止兩個(gè)電路的不穩(wěn)定振蕩。
對(duì)于圖2的第二個(gè)單元放大器電路Amp20，可以采用上述圖5和6的變種?？蓪⑦@些電路自由組合用于Amp10和Amp20。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)并聯(lián)的單元放大器電路具有完全良好的頻率特性，并且通過(guò)改善輸送電流的能力增加輸出的數(shù)目，而且提高了計(jì)算精度。
權(quán)利要求
1.具有并聯(lián)的多個(gè)單元放大器電路的放大器電路，每一個(gè)上述單元放大器包括從第一級(jí)到最后一級(jí)串聯(lián)同樣數(shù)目的反相器，每一個(gè)上述反相器具有輸入端和輸出端；一個(gè)輸入電容連至上述第一級(jí)的上述反相器的上述輸入端；并且一個(gè)反饋電容將上述最后一級(jí)的上述反相器的上述輸出端連至上述第一級(jí)的上述反相器的上述輸入端。
2.如權(quán)利要求1中所要求的放大器電路，其中上述單元放大器的數(shù)目是2個(gè)。
3.如權(quán)利要求1中所要求的放大器電路，其中上述同樣的數(shù)目是1。
4.如權(quán)利要求1中所要求的放大器電路，其中上述同樣的數(shù)目是大于2。
5.如權(quán)利要求4中所要求的放大器電路，其中上述同樣的數(shù)目是3。
6.如權(quán)利要求4中所要求的放大器電路，其中每一個(gè)上述單元放大器進(jìn)一步包括一個(gè)低通電容，它具有對(duì)置的終端以便通過(guò)相當(dāng)?shù)偷念l率的信號(hào)，上述終端之一連至上述最后一級(jí)的上述反相器的上述輸出，而另一端接地；第一個(gè)電阻，它具有對(duì)置的終端，上述終端之一連至上述第一級(jí)和最后一級(jí)之間的一級(jí)的上述反相器的上述輸出，而另一端連至電壓源；并且第二個(gè)電阻，它具有對(duì)置的終端，上述終端之一連至上述第一個(gè)電阻與其相連的上述反相器的上述輸出，而另一端接地。
7.如權(quán)利要求1中所要求的放大器電路，其中上述反相器是互補(bǔ)型金屬—氧化物—硅M0S反相器，包括一個(gè)pMOS晶體三極管，其漏極連至電壓源，柵極連至輸入，而源極連至輸出；以及一個(gè)nM0S晶體三極管，其源極連至上述pMOS晶體三極管的源極，漏極接地，而柵極連至與上述pMOS晶體三極管相連的上述輸入。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種具有寬的頻率范圍的放大器電路，其頻率范圍寬于該電路參數(shù)所預(yù)計(jì)的頻率。該放大器電路包括并聯(lián)的多個(gè)單元放大器電路，每個(gè)單元放大器包括(1)從第一級(jí)到最末級(jí)串聯(lián)的偶數(shù)個(gè)反相器，每個(gè)反相器具有輸入端和輸出端，(2)與第一級(jí)的反相器的輸入端相連的輸入電容，以及(3)將最末級(jí)的反相器的輸出端連接到第一級(jí)的反相器的輸入端的反饋電容。
文檔編號(hào)H03F1/42GK1115136SQ95107188
公開(kāi)日1996年1月17日 申請(qǐng)日期1995年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月3日
發(fā)明者壽國(guó)梁, 山本誠(chéng), 高取直 申請(qǐng)人:株式會(huì)社鷹山, 夏普株式會(huì)社