專利名稱：低壓運(yùn)算放大器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路設(shè)計(jì)以及，尤其涉及單片運(yùn)算放大器，為了獲得軌至軌(rail to rail)的輸入能力，該單片運(yùn)算放大器具有一個(gè)采用耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件的差分放大器輸入級(jí)。
帶有運(yùn)算放大器的電子系統(tǒng)的工業(yè)趨勢(shì)正朝著由電池電源提供的較低的工作電壓的方向發(fā)展。這樣，放大器在應(yīng)用時(shí)，除了要求具有傳統(tǒng)運(yùn)放的規(guī)定如高輸入阻抗、低輸入偏置電壓、低噪聲、寬帶寬、高速度和充分的輸出驅(qū)動(dòng)能力以外，還要求低壓?jiǎn)坞娫垂ぷ?。集成電路的不同制造工藝已?jīng)允許用于差分輸入級(jí)如達(dá)林頓PNP型晶體管和P溝道耗盡型MOSFET的技術(shù)，目的是滿足所述的用于運(yùn)放輸入級(jí)的準(zhǔn)則。放大器輸出級(jí)已經(jīng)使用的技術(shù)包括NPN、PNP和MOSFET型晶體管的組合，目的是獲得低交叉畸變、包括軌至軌行為的大輸出電壓擺幅、良好的相位和增益余量、低輸出阻抗和對(duì)稱的源(source)和吸收(sink)能力。
雖然各種類型的輸入級(jí)都由單電源電壓源供電，但是放大器工作的低壓限卻因輸入級(jí)的類型和集成電路的制造工藝而異。目前運(yùn)放的輸入級(jí)設(shè)計(jì)展示的電壓工作限阻礙了由電池供電的產(chǎn)品的應(yīng)用，電壓接近于1伏時(shí)運(yùn)放失效。例如，為了補(bǔ)償溫度效應(yīng)而采用多個(gè)雙極晶體管的運(yùn)放和電流通路，具有被標(biāo)準(zhǔn)晶體管基射極壓降強(qiáng)加的低工作電壓限。
因此，需要一種多用途的運(yùn)算放大器，能用于由電池電源供電的各種應(yīng)用，特別是不會(huì)降低運(yùn)算放大器性能的低壓應(yīng)用中。需要一種運(yùn)放的輸入級(jí)，能提供高輸入阻抗和低輸入偏置電壓。需要一種運(yùn)放，使信號(hào)通路中的晶體管減到最少，以提供高速度和寬帶寬，并且仍有輸入和輸出的軌至軌能力。


圖1是一個(gè)運(yùn)算放大器的框圖，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳的實(shí)施例；圖2是一個(gè)示意圖，顯示圖1中所示的低壓運(yùn)算放大器的輸入級(jí)的一個(gè)最佳的實(shí)施例；
圖3是一個(gè)示意圖，顯示圖1中所示的低壓運(yùn)算放大器的輸入級(jí)的一個(gè)變型的實(shí)施例；圖4是一個(gè)示意圖，顯示圖1中所示的低壓運(yùn)算放大器的輸入級(jí)的另一個(gè)變型的實(shí)施例；圖5是一個(gè)示意圖，顯示圖1中所示的運(yùn)算放大器的一個(gè)輸出吸收晶體管基極電流發(fā)生級(jí)；圖6是一個(gè)示意圖，顯示圖1中所示的運(yùn)算放大器的一個(gè)輸出源晶體管基極電流發(fā)生級(jí)；圖7是一個(gè)示意圖，顯示圖1中所示的運(yùn)算放大器的一個(gè)低壓線性傳輸環(huán)(translinear loop)的一個(gè)變型的實(shí)施例；以及圖8是一個(gè)示意圖，顯示了用于選擇圖1中所示的輸出放大器的源和吸收能力的低壓線性傳輸環(huán)的一個(gè)最佳的實(shí)施例。
圖1顯示了低壓運(yùn)算放大器10的框圖。差分輸入信號(hào)VIN通過兩個(gè)輸入端加到運(yùn)放的輸入級(jí)12。運(yùn)放輸入級(jí)12的引線67連到MOSFET 13的柵極。具有漏極端子、源極端子和柵極端子的MOSFET器件是具有第一電流端子、第二電流端子和控制端子的電流傳導(dǎo)晶體管。注意到在以下的描述中，能夠使用MOSFET或其它等價(jià)器件來恰當(dāng)?shù)卮骐p極晶體管。MOSFET 13的漏極連到一個(gè)正電源VCC，如1伏。運(yùn)算放大器10的負(fù)電源在圖中顯示以及文中描述為參考地。MOSFET 13的源極連到吸收控制電路14的輸入端和電流吸收器15的第一端子，吸收大約為25微安的電流。MOSFET 13的體(沒有顯示)連到基準(zhǔn)電壓(沒有顯示)。電流吸收器15的第二端子連到參考地。吸收控制電路14的引線107連到線性傳輸環(huán)16的第一輸入端以及NPN型晶體管18的基極。電容20連接在晶體管18的基極和集電極之間，并且在本最佳的實(shí)施例中電容約為8皮法。具有發(fā)射極端子、集電極端子和基極端子的NPN型晶體管或PNP型晶體管是具有第一電流端子、第二電流端子和控制端子的電流傳導(dǎo)晶體管。晶體管18的發(fā)射極連到參考地，同時(shí)為了提供輸出信號(hào)VOUT，晶體管18的集電極連到端點(diǎn)25。
圖1中的源控制電路22的引線147連到線性傳輸環(huán)16的輸出端以及PNP型晶體管24的基極。電容26連接在晶體管24的基極和集電極之間，并且在本最佳的實(shí)施例中電容約為8皮法。晶體管24的發(fā)射極連到工作電壓VCC。為了提供信號(hào)VOUT作為輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出，晶體管24的集電極連到端點(diǎn)25。電容28約20皮法，電阻27約1.4千歐，串聯(lián)在運(yùn)放輸入級(jí)12的端點(diǎn)25和引線67之間。
低壓運(yùn)算放大器10有兩個(gè)放大級(jí)。運(yùn)放輸入級(jí)12的輸出端包括一個(gè)放大的差分輸入信號(hào)作為第一級(jí)放大，并且輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)29提供第二級(jí)放大。MOSFET 13作為一個(gè)N溝道耗盡型源極跟隨器MOSFET連接，并且被處理使得具有一個(gè)負(fù)閾值電壓。在耗盡型源極跟隨器中，加在柵極端子的電壓被傳送到源極端子。MOSFET器件不會(huì)改變或放大輸入信號(hào)，并且因此在傳輸從運(yùn)放輸入級(jí)12接收到的輸出信號(hào)時(shí)，提供單位增益。MOSFET 13提供MOSFET器件固有的高輸入阻抗。高輸入阻抗基于在處理MOSFET器件的過程中形成的介電氧化物使得柵極端子從電流通路對(duì)于參考地或?qū)τ诠ぷ麟妷篤CC隔離。
參考圖1，吸收控制電路14產(chǎn)生晶體管18的基極電流驅(qū)動(dòng)，晶體管18控制低壓運(yùn)算放大器10的電流吸收能力。低壓運(yùn)算放大器10的VCC工作在8伏到1伏的范圍內(nèi)。工作電壓VCC為3伏時(shí)，晶體管18的電流吸收能力為50毫安。源控制電路22產(chǎn)生晶體管24的基極電流驅(qū)動(dòng)，晶體管24控制低壓運(yùn)算放大器10的電流流出能力。工作電壓VCC為3伏時(shí)，晶體管24的電流流出(sourcing)能力是50毫安。當(dāng)信號(hào)VIN被運(yùn)算放大器輸入級(jí)12放大時(shí)，通過引線107加到線性傳輸環(huán)16的信號(hào)是在引線67處的信號(hào)的傳輸輸出。這樣，在運(yùn)算放大器輸入級(jí)12的輸入信號(hào)VIN的基礎(chǔ)上，線性傳輸環(huán)16選擇吸收控制電路14工作并且低壓運(yùn)算放大器10通過晶體管18吸收電流，或者選擇源控制電路22工作并且低壓運(yùn)算放大器10通過晶體管24流出電流。
參考圖1，帶有兩級(jí)放大的低壓運(yùn)算放大器10具有兩個(gè)極點(diǎn)頻率。電阻27和電容28的功能是移動(dòng)一個(gè)高于低壓運(yùn)算放大器10的帶寬的極點(diǎn)頻率，并且使得其它主極點(diǎn)頻率移到更低的頻率。這種極點(diǎn)分割技術(shù)的目的在于保證放大器的穩(wěn)定性。即，通過將第二極點(diǎn)移到單位增益點(diǎn)以外獲得足夠的相位余量，使得單位增益點(diǎn)處的相移不為180度，并且使低壓運(yùn)算放大器10避免振蕩。
圖2顯示了適合與圖1中所示的運(yùn)放一起使用的運(yùn)放輸入級(jí)12的一個(gè)最佳的實(shí)施例的示意圖。低壓運(yùn)算放大器10的第一級(jí)放大由運(yùn)放輸入級(jí)12完成。信號(hào)VIN是通過N溝道耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)30和32的柵極連接成的差分輸入。MOSFET 30的漏極連到電流源34的一個(gè)端子，提供大約80微安的電流。MOSFET 32的漏極連到電流源36的一個(gè)端子，提供大約80微安的電流。電流源34和36的另一個(gè)端子都連到工作電壓VCC。MOSFET 30和32的源極端子都連到電流吸收器38的一個(gè)端子，吸收大約40微安的電流。電流吸收器38的另一個(gè)端子連到參考地。MOSFET 30和MOSFET 32的體或阱端子都連到參考地。
在圖2中，接收輸入信號(hào)VIN的差分對(duì)MOSFET 30和32從MOSFET30和32的漏極端子提供兩個(gè)輸出，作為電流偏置電路39的交流(AC)信號(hào)輸入。電流偏置電路39的功能是在連自MOSFET 30和32的漏極端子的兩個(gè)輸入上提供相等的負(fù)載，在輸出端點(diǎn)67處匹配流出和吸收電流的能力，在輸出端點(diǎn)67處提供高阻抗，并且對(duì)輸入信號(hào)VIN的單端變換(single ended conversion)進(jìn)行差分。在一個(gè)最佳的實(shí)施例中，晶體管40、42、44、46和48是PNP型的，公用的晶體管基極端子連到晶體管48的集電極。電流吸收器50，吸收大約20微安的電流，第一端子連到晶體管48的基極和集電極公用端子。電流吸收器50的第二端子連到參考地。晶體管40和42的發(fā)射極連到MOSFET 30的漏極。晶體管44和46的發(fā)射極連到MOSFET 32的漏極。晶體管48的發(fā)射極連到約為7.5千歐的電阻49的一個(gè)端子，電阻49的另一端子連到工作電壓VCC。
在圖2中所示的運(yùn)放輸入級(jí)12的一個(gè)最佳的實(shí)施例中，晶體管52、54、56、58、60、62、64、66和72是NPN型的。晶體管44和52的共集電極連到晶體管54和56的共基極。晶體管40、42、58和60的共集電極連到晶體管62和64的共基極。晶體管52的發(fā)射極連到晶體管54的集電極。晶體管56的集電極連到晶體管58的發(fā)射極。晶體管54和56的發(fā)射極連到參考地。晶體管60的發(fā)射極連到晶體管62的集電極。晶體管64的集電極連到晶體管66的發(fā)射極。晶體管62和64的發(fā)射極連到參考地。晶體管52、58、60和66的共基極端子連到流出20微安電流的電流源68的一個(gè)端子和一個(gè)9千歐的電阻70的一個(gè)端子。電流源68的另一個(gè)端子連到工作電壓VCC。電阻70的另一個(gè)端子連到晶體管72的公用的集電極和基極。晶體管72的發(fā)射極連到參考地。晶體管46和66的共集電極連到輸出端子67，用于提供STAGE-1OUTPUT(級(jí)-1輸出)信號(hào)作為運(yùn)放輸入級(jí)的輸出。這樣完成了運(yùn)放輸入級(jí)12的連接。
作為本發(fā)明的一個(gè)特征，運(yùn)放輸入級(jí)12使用N溝道耗盡型MOSFET30和32，以擺動(dòng)(swing)軌至軌，并且顯示最小的跨導(dǎo)變化，無論柵極是接地、接工作電源或是接半電源。當(dāng)MOSFET的柵源間電壓變化引起MOSFET的漏極電流變化時(shí)，可以測(cè)出跨導(dǎo)。放大器的帶寬與跨導(dǎo)成比例。圖1中的MOSFET 13和運(yùn)放輸入級(jí)12的MOSFET 30和32是N溝道耗盡型器件，該器件建立在硅基底上，具有四個(gè)端子，表示為柵極、漏極、源極和體。處理掩模層限定區(qū)域，用于摻雜N型摻雜材料如砷到硅中，以形成源極和漏極區(qū)域。MOSFET的柵極區(qū)域也被一處理掩模層限定，使得柵極導(dǎo)體和柵極氧化物物理地分開源極和漏極區(qū)域。N溝道源極和漏極區(qū)域被限制在一個(gè)用于接收P型摻雜材料如硼的阱區(qū)內(nèi)。低電阻導(dǎo)電材料，如鋁金屬，提供電連接到柵極端子、源極端子、漏極端子和阱端子或體。
圖2中的運(yùn)放輸入級(jí)12接收小的信號(hào)差分輸入并且準(zhǔn)確地提供放大。N溝道耗盡型MOSFET 30和32持續(xù)工作在飽和模式下，超出了輸入信號(hào)VIN的電壓范圍并且超出了工作電壓VCC的范圍。由于，當(dāng)MOSFET器件漏極電壓大于器件柵極電壓與閾值電壓之差時(shí)，器件工作在飽和區(qū)域，因此器件的閾值電壓成為一個(gè)重要的MOSFET參數(shù)。對(duì)于耗盡型MOSFET13、30和32，在漏源導(dǎo)電截止時(shí)，測(cè)量柵源間的電壓即為閾值電壓。
對(duì)于制作在硅片上的N溝道器件，閾值電壓定義為，為了克服四個(gè)特殊的物理處理制作效應(yīng)，以消除漏源間導(dǎo)電溝道和截止電流漂移，所需的柵極電壓。第一和第二閾值效應(yīng)在平帶電壓的基礎(chǔ)上，定義為，為了克服逸出功和硅-二氧化硅界面處柵極下面的電荷，而加在柵極的電壓。逸出功電壓基于柵極材料中和半導(dǎo)體材料中的費(fèi)米能級(jí)上的電子能量之差。硅-二氧化硅界面處的電荷與晶體取向和集成電路工藝有關(guān)。MOSFET的第三和第四閾值電壓效應(yīng)歸因于形成表面反型層所要求的電壓。由加在柵極導(dǎo)體的電場(chǎng)感應(yīng)出的從源極到漏極的N型導(dǎo)電溝道層與體材料中的雜質(zhì)濃度有關(guān)。
用于N溝道耗盡型MOSFET的閾值電壓術(shù)語，基于在集成電路制造過程中直接涉及到工藝的四個(gè)術(shù)語，如晶片原材料，導(dǎo)電柵極材料的類型，柵極氧化物界面處的硅中的摻雜，以及P阱體區(qū)域的摻雜濃度。處理漂移步驟，即閾值調(diào)整摻雜，通過在柵極區(qū)域強(qiáng)加較多的N型摻雜劑，使得N溝道MOSFET器件由增強(qiáng)型轉(zhuǎn)變成耗盡型。耗盡型MOSFET 30和32處理成具有負(fù)閾值電壓。盡管柵極已接參考地，具有負(fù)閾值的MOSFET耗盡型器件為了從漏極到源極端子有一個(gè)導(dǎo)電溝道，還建立了一個(gè)反型層。
當(dāng)耗盡型MOSFET 30和32的柵極接參考地時(shí)，器件飽和并且工作在最小體效應(yīng)的正常共模范圍。由于加工在硅圓片上的單位器件面積有高的跨導(dǎo)，因此N溝道MOSFET是最佳的。當(dāng)MOSFET30和32的柵極電壓高于參考地時(shí)，MOSFET 30和32的源極端子的電壓跟隨柵極電壓增加。當(dāng)MOSFET 30和32的體端子連到參考地時(shí)，高于體端子電壓的源極端子電壓引起溝道電導(dǎo)被調(diào)制，這就是體效應(yīng)。源極到體的電壓增加，使N溝道耗盡型MOSFET器件的閾值電壓被摻雜在體中的雜質(zhì)感應(yīng)，從負(fù)值動(dòng)態(tài)地向正值漂移。由于正閾值，MOSFET器件的共模范圍向著正電源端(rail)的感應(yīng)漂移。濃的P型阱摻雜增強(qiáng)了N溝道耗盡型MOSFET 30和32的體效應(yīng)，以保持工作在正電源的兩器件工作在飽和區(qū)域。因此，通過調(diào)制閾值電壓和保持MOSFET器件工作在飽和區(qū)域，體效應(yīng)有助于N溝道耗盡型MOSFET器件。
運(yùn)放輸入級(jí)12的一個(gè)變型實(shí)施例包括，由兩個(gè)作為電流反射鏡放置的NPN型晶體管代替四個(gè)晶體管52、54、56和58，以及由兩個(gè)也作為電流反射鏡放置的PNP型晶體管代替四個(gè)晶體管60、62、64和66。參考圖2，這個(gè)變型實(shí)施例實(shí)際上將每個(gè)晶體管52、58、60和66的集電極與發(fā)射極短接，并且隨后從示意圖中刪去這些晶體管。在本變型實(shí)施例中，刪去了由電流源68、電阻70和運(yùn)放輸入級(jí)12的晶體管72提供的基準(zhǔn)電壓。
參考圖2中所示的運(yùn)放輸入級(jí)12及上述的變型實(shí)施例，流經(jīng)晶體管40的集電極的電流為Ice，約為30微安。當(dāng)運(yùn)放為共模輸入時(shí)，等量的電流Ice還流經(jīng)每一個(gè)晶體管42、44和46。晶體管44中集電極電流Ice的2Ibe部分用來提供晶體管54和56的基極電流，剩下(Ice-2Ibe)的電流流入晶體管54的集電極。晶體管54和56這個(gè)電流反射鏡意味著一個(gè)(Ice-2Ibe)的電流也流入晶體管56的集電極。由于每個(gè)晶體管40和42提供相等的電流Ice，并且晶體管56的集電極電流為(Ice-2Ibe)，晶體管62的集電極電流為Ice減去流入晶體管62和64的基極的電流2Ibe。晶體管62和64這個(gè)電流反射鏡意味著晶體管62的集電極電流Ice與晶體管64的集電極電流相等，分別與晶體管46提供的電流Ice匹配。這樣，通過晶體管46流出電流和晶體管64吸收電流，到STAGE-1OUTPUT信號(hào)的源電流和吸收電流有相匹配的輸出能力。
為了改善輸出端點(diǎn)67處的STAGE-1OUTPUT信號(hào)的有效輸出阻抗，上述簡(jiǎn)化形式的變型實(shí)施例被增加到圖2所示的最佳的實(shí)施例中。加入共基(cascode)晶體管66與晶體管64串聯(lián)，增加了輸出端點(diǎn)67處的輸出阻抗。增加晶體管60以平衡晶體管66。增加晶體管52和58到晶體管54和56，形成另一個(gè)共基電流反射鏡，用于匹配和消除流入由晶體管60、62、64和66形成的共基電流反射鏡的電流Ibe。
如圖2所示的運(yùn)放輸入級(jí)12提供信號(hào)VIN的第一級(jí)放大，該放大是以MOSFET 30和32的飽和電流與加在柵極的電壓成平方關(guān)系為基礎(chǔ)的。電流偏置電路39，含有提供STAGE-1OUTPUT信號(hào)的端點(diǎn)67，是一個(gè)考慮與晶體管46和66的共集電極連接的高阻抗輸出。在提供STAGE-1OUTPUT信號(hào)時(shí)，電流偏置電路39也與晶體管46和66的流出和吸收電流能力匹配。如上所述，晶體管52、54、56和58用一種允許Ibe平衡的方式連接在一起，使得在端點(diǎn)67處提供STAGE-1OUTPUT信號(hào)時(shí)，晶體管46和66與流出和吸收電流能力匹配。
參考圖2，晶體管48的連到集電極的基極設(shè)置一個(gè)二極管基準(zhǔn)電壓Vbe，并且，當(dāng)從電流吸收器50通過電阻49加大約20微安的電流時(shí)，設(shè)置一個(gè)低于工作電壓VCC的大約為0.75伏的電壓。在晶體管的基極提供了低于工作電壓VCC的0.75伏的基準(zhǔn)電壓，使晶體管40、42、44和46保持在活動(dòng)工作區(qū)。同樣地，高于參考地的一個(gè)大約0.75伏的電壓被用于處于激活區(qū)域的偏置晶體管52、58、60和66。這個(gè)0.75伏的電壓是來自電流源68的20微安的電流，通過9千歐的電阻70，再加上晶體管72的Vbe壓降的組合。
圖3顯示運(yùn)放輸入級(jí)12的另一個(gè)變型實(shí)施例。MOSFET 30和32連到電流源34和36以及上述的電流吸收器38。接收輸入信號(hào)VIN的差分對(duì)MOSFET 30和32提供MOSFET 30和32的漏極端子的兩個(gè)輸出。MOSFET 30的漏極的輸出連到PNP型晶體管200的發(fā)射極。MOSFET32的漏極的輸出連到PNP型晶體管202的發(fā)射極。晶體管200和202共基極，接收基準(zhǔn)電壓。NPN型晶體管204和206的共基極連到晶體管204的集電極。晶體管200的集電極連到晶體管204的集電極。晶體管202的集電極連到用于提供輸出信號(hào)STAGE-1 OUTPUT的端點(diǎn)67。晶體管206的集電極連到端點(diǎn)67。晶體管204和206的發(fā)射極連到參考地。
再參考圖3，MOSFET 30和32差分對(duì)接收輸入信號(hào)VIN，并且沿晶體管200、202、204和206對(duì)輸入信號(hào)的單端變換進(jìn)行差分。但是，晶體管202和206不能匹配流出和吸收電流能力，或者在端點(diǎn)67處提供與圖2中所示的最佳實(shí)施例同樣高的輸出阻抗。
圖4也是運(yùn)放輸入級(jí)12的另一個(gè)變型實(shí)施例。MOSFET 30連到電阻208并且MOSFET 32連到電阻210。電阻208和210的第二端子連到工作電壓VCC。接收輸入信號(hào)VIN的差分對(duì)MOSFET 30和32提供源自MOSFET 30和32的漏極端子的輸出。MOSFET 30的漏極輸出連到PNP型晶體管212的發(fā)射極。MOSFET 32的漏極輸出連到PNP型晶體管214的發(fā)射極。晶體管212和214的共基極連到晶體管212的集電極。電流吸收器216的第一端子連到晶體管212的集電極。晶體管214的集電極連到用于提供STAGE-1OUTPUT信號(hào)的輸出端點(diǎn)67。電流吸收器218的第一端子連到端點(diǎn)67。電流吸收器216和218的第二端子連到參考地。再一次，圖4中顯示的變型實(shí)施例不能匹配流出和吸收電流能力，或者在端點(diǎn)67處提供與圖2中所示的最佳實(shí)施例同樣高的輸出阻抗。
圖5顯示適用于圖1的低壓運(yùn)算放大器10的吸收控制電路14的示意圖。NPN型晶體管74、76、78和80的共基極，連接在一起，將MOSFET13源極的輸出接收作為吸收控制電路14的輸入，如圖1所示。在本最佳實(shí)施例中，晶體管74的發(fā)射極連到約為3歐姆的電阻82的第一端子。晶體管76的發(fā)射極連到約為1.5千歐的電阻84的第一端子。晶體管78的發(fā)射極連到約為1.5千歐的電阻86的第一端子。晶體管80的發(fā)射極連到約為1.5千歐的電阻88的第一端子。電阻82、84、86和88的第二端子連到參考地。
圖5中NPN型晶體管90和92的共基極連到約為25千歐的電阻94的第一端子。晶體管90的發(fā)射極連到晶體管74的集電極。晶體管92和96的共射極連到晶體管76的集電極。晶體管92的集電極連到PNP型晶體管100的發(fā)射極和約為4千歐的電阻98的第一端子。NPN型晶體管96的集電極連到PNP型晶體管102的發(fā)射極和約為4千歐的電阻104的第一端子。晶體管100和102的共基極連到晶體管100的集電極和晶體管78的集電極。晶體管102的集電極連到晶體管80的集電極和PNP型晶體管106的基極。約為5皮法的電容108，其第一端子連到晶體管106的基極。電容108的第二端子連到參考地。晶體管106的集電極連到端點(diǎn)107，提供SINK-1 PASS THROUGH(吸收-1通過)信號(hào)。晶體管106的發(fā)射極連到約為25千歐的電阻110的第一端子，和約為1千歐的電阻112的第一端子。電阻110的第二端子連到晶體管96的基極。電阻94、98、104和112的第二端子，以及晶體管90的集電極連到工作電壓VCC。
如圖1所示，圖5中的吸收控制電路14的功能是提供輸出晶體管18所需的合適的基極驅(qū)動(dòng)電流，晶體管18用于在低壓運(yùn)算放大器10的輸出端吸收電流，如Iout。圖1中晶體管18的發(fā)射極幾何尺寸為圖5中晶體管74的發(fā)射極幾何尺寸的NT倍。對(duì)于本最佳實(shí)施例，晶體管比率因子NT約為25。這樣，輸出晶體管18的集電極電流為晶體管74的集電極電流的NT倍。晶體管90與晶體管74的發(fā)射極幾何尺寸相同或相近，并且因此傳導(dǎo)相同或相近的集電極電流Iout/NT。晶體管90的基極電流為Iout/(NT·B)，其中B是晶體管電流增益，定義為晶體管集電極電流與晶體管基極電流的比值。晶體管92和96形成一個(gè)差分單位增益放大器，晶體管92的基極感應(yīng)電阻94中的電流Iout/(NT·B)產(chǎn)生的壓降。
這樣，晶體管90和電阻94將晶體管18中的電流Iout按比例縮小變換為通過電阻94的電壓，電阻94為這個(gè)差分單位增益放大器的一個(gè)輸入端。晶體管92的基極電壓為通過電阻94的電流乘以電阻94的阻值R94，得到電壓為(Iout·R94)/(NT·B)。差分單位增益放大器的兩個(gè)輸入有匹配的電壓。差分單位增益放大器的另一個(gè)輸入加在晶體管96的基極。晶體管96的基極電壓由流過阻值為R112的電阻112的電流IC產(chǎn)生。差分單位增益放大器的兩個(gè)輸入有匹配的電壓，為(IC·R112)＝(Iout·R94)/(NT·B)。解電流IC等于(Iout·NR)/(NT·B)，其中NR是電阻94和電阻112的阻值之比，其值為R94/R112。通過電阻112的電流IC實(shí)際上成為晶體管106的發(fā)射極-集電極電流。通過選擇NR值與NT值匹配，使電流IC值為Iout/B。這樣，通過將兩個(gè)晶體管，晶體管18和晶體管74的比值，與兩個(gè)電阻，即電阻94和電阻112的比值匹配，通過晶體管106的電流Iout/B為吸收晶體管18提供基極電流。如圖1所示，晶體管18中基極電流為Iout/B，晶體管18的集電極電流為Iout。圖5中吸收控制電路14的功能是提供輸出晶體管18所需的合適的基極驅(qū)動(dòng)電流，如圖1所示，晶體管18用于在低壓運(yùn)算放大器10的輸出端吸收電流Iout。
這樣，吸收控制電路14完成三個(gè)變換步驟。第一步包括為晶體管18和晶體管74提供晶體管發(fā)射極幾何尺寸比率，以產(chǎn)生晶體管130的基極電流Iout/(NT·B)。第二步，吸收控制電路14在差分單位增益放大器的輸入端產(chǎn)生一個(gè)與電阻94中產(chǎn)生的電流Iout/(NT·B)相關(guān)的電壓。最后一步包括電阻比率使得吸收控制電路14中的晶體管106產(chǎn)生晶體管106的集電極電流Iout/B，用于為低壓運(yùn)算放大器10中的輸出晶體管18提供基極驅(qū)動(dòng)電流。如圖1所示的用于晶體管18的這樣一個(gè)基極驅(qū)動(dòng)電流與晶體管和電阻比率以及圖5中所示的吸收控制電路14中的差分單位增益放大器發(fā)展(developed)的電壓均有關(guān)系。對(duì)于本最佳實(shí)施例，晶體管比率NT約為25，并且電阻比率NR約為25。
在圖1中的低壓運(yùn)算放大器10中，輸入信號(hào)VIN的放大在引線67處提供STAGE-1OUTPUT信號(hào)，作為運(yùn)放輸入級(jí)12的輸出，MOSFET 13直接傳遞到晶體管18的基極，引起基極-發(fā)射極電壓(Vbe)變化。Vbe的變化引起晶體管18，吸收電流Iout，以調(diào)整電流和吸收(Iout+ΔIout)。吸收控制電路14響應(yīng)在晶體管18的基極的ΔVbe，并且產(chǎn)生晶體管18的附加基極電流，即吸收晶體管18的集電極電流變化ΔIout。當(dāng)?shù)蛪哼\(yùn)算放大器10響應(yīng)輸入信號(hào)VIN的變化時(shí)，吸收控制電路14提供圖1中所示的輸出吸收晶體管18所需的通過晶體管106的基極驅(qū)動(dòng)電流。
如圖1中所示的源控制電路22在圖6中顯示為一個(gè)最佳的實(shí)施例。PNP型晶體管114。116、118和120的共基極，連到提供SOURCE-1PASS THROUGH(源-1通過)信號(hào)的端點(diǎn)147。晶體管114的發(fā)射極連到約為10歐姆的電阻122的第一端子。晶體管116的發(fā)射極連到約為4千歐的電阻124的第一端子。晶體管118的發(fā)射極連到約為1千歐的電阻126的第一端子。晶體管120的發(fā)射極連到約為1千歐的電阻128的第一端子。電阻122、124、126和128的第二端子連到工作電壓VCC。
PNP型晶體管130和132的共基極連到約為25千歐的電阻134的第一端子。晶體管130的發(fā)射極連到晶體管114的集電極。晶體管132和136的共射極連到晶體管116的集電極。晶體管132的集電極連到晶體管140的發(fā)射極和約為4千歐的電阻138的第一端子。PNP型晶體管136的集電極連到晶體管142的發(fā)射極和約為4千歐的電阻144的第一端子。NPN型晶體管140和142的共基極連到晶體管140的集電極和晶體管18的集電極。晶體管142的集電極連到晶體管120的集電極和NPN型晶體管146的基極。約為10皮法的電容148，其第一端子連到晶體管146的基極。電容148的第二端子連到參考地。晶體管146的集電極連到端點(diǎn)147，提供SOURCE-1PASS THROUGH信號(hào)。晶體管146的發(fā)射極連到約為25千歐的電阻150的第一端子，和約為500歐姆的電阻152的第一端子。電阻150的第二端子連到晶體管136的基極。電阻134、138、144和152的第二端子，以及晶體管130的集電極連到參考地。
圖6中的源控制電路22的功能是提供輸出晶體管24所需的合適的基極驅(qū)動(dòng)電流，如圖1所示，晶體管24用于在低壓運(yùn)算放大器10的輸出端流出電流如Iout。圖1中晶體管24的發(fā)射極幾何尺寸為圖6中晶體管114的發(fā)射極幾何尺寸的Nt倍。對(duì)于本最佳的實(shí)施例，晶體管比率因子Nt約為50。這樣，輸出晶體管24的集電極電流為晶體管114的集電極電流的Nt倍。晶體管130與晶體管114的發(fā)射極幾何尺寸相同或相近，并且因此傳導(dǎo)相同或相近的集電極電流Iout/Nt。晶體管130的基極電流為Iout/(Nt·B)，其中B是晶體管電流增益，定義為晶體管集電極電流與以晶體管基極電流的比值。晶體管132和136形成一個(gè)差分單位增益放大器，晶體管132的基極感應(yīng)由電阻134中的電流Iout/(Nt·B)產(chǎn)生的壓降。
這樣，晶體管130和電阻134將晶體管24中的電流Iout按比例縮小變換為通過電阻134的電壓，電阻134為差分單位增益放大器的一個(gè)輸入端。因此，晶體管132的基極的電壓為通過電阻134的電流乘以電阻134的電阻R134，得到電壓為(Iout·R134)/(NT·B)。差分單位增益放大器的兩個(gè)輸入有匹配的電壓。差分單位增益放大器的另一個(gè)輸入加在晶體管136的基極。晶體管136的基極電壓由流過阻值為R152的電阻152的電流IC產(chǎn)生。差分單位增益放大器的兩個(gè)輸入有匹配的電壓，為(IC·R152)＝(Iout·R134)/(NT·B)。解電流IC等于(Iout·Nr)/(Nt·B)，其中Nr是電阻134和電阻152的阻值之比，其值為R134/R152。通過電阻152的電流IC實(shí)際上成為晶體管146的集電極-發(fā)射極電流。通過選擇Nr值與Nt值匹配，使電流IC值為Iout/B。這樣，通過將兩個(gè)晶體管，晶體管24和晶體管114的比值，與兩個(gè)電阻，即電阻134和電阻152的比值匹配，通過晶體管146的電流Iout/B為源晶體管24提供基極電流。如圖1所示，晶體管24中基極電流為Iout/B，晶體管24的集電極電流為Iout。圖6中源控制電路22的功能是提供輸出晶體管24所需的通過晶體管146的合適的基極驅(qū)動(dòng)電流，如圖1所示，晶體管24用于在低壓運(yùn)算放大器10的輸出端流出電流Iout。
這樣，源控制電路22完成三步轉(zhuǎn)換步驟。第一步包括為晶體管24和晶體管114提供晶體管發(fā)射極幾何尺寸比率，以產(chǎn)生晶體管90的基極電流Iout/(Nt·B)。第二步，源控制電路14在差分單位增益放大器的輸入端產(chǎn)生一個(gè)與電阻134中產(chǎn)生的電流Iout/(Nt·B)相關(guān)的電壓。最后一步包括電阻152和134的比率使得源控制電路22中的晶體管146產(chǎn)生一個(gè)集電極電流Iout/B，用于為低壓運(yùn)算放大器10中的輸出晶體管24提供基極驅(qū)動(dòng)電流。如圖1所示的用于晶體管24的這樣一個(gè)基極驅(qū)動(dòng)電流與晶體管和電阻比率以及圖6中所示的源控制電路22中的差分單位增益放大器發(fā)展的電壓均有關(guān)系。對(duì)于本最佳的實(shí)施例，晶體管比率Nt約為50，并且電阻比率Nr約為50。
在圖1中的低壓運(yùn)算放大器10中，輸入信號(hào)VIN的放大提供STAGE-1OUTPUT信號(hào)，作為這個(gè)運(yùn)放輸入級(jí)12的輸出，MOSFET 13直接傳遞到晶體管18的基極，引起基極-發(fā)射極電壓(Vbe)變化。線性傳輸環(huán)16傳遞與晶體管18的基極處等量的電壓變化Vbe到達(dá)晶體管24的基極。但是，這個(gè)電壓變化Vbe具有反號(hào)，例如，如果對(duì)于晶體管18的Vbe增加，對(duì)于晶體管24的Vbe就會(huì)減少。Vbe的變化引起晶體管24，流出電流Iout，以調(diào)整電流和流出(Iout-ΔIout)。當(dāng)?shù)蛪哼\(yùn)算放大器10響應(yīng)輸入信號(hào)VIN的變化時(shí)，源控制電路22提供圖1中所示的輸出源晶體管24所需的基極驅(qū)動(dòng)電流。
圖7顯示簡(jiǎn)化線性傳輸環(huán)16的一個(gè)實(shí)施例。NPN型晶體管230的基極連到端點(diǎn)107。NPN型晶體管230和232的共集電極連到NPN型晶體管232和234的共基極。晶體管230、232和234的共射極連到參考地。電流源236連到晶體管232的集電極。電流源236的第二端子連到工作電壓VCC。PNP型晶體管238的基極和集電極連到晶體管234的集電極。晶體管238的發(fā)射極連到工作電壓VCC。PNP型晶體管238的基極和集電極連到輸出端點(diǎn)147。端點(diǎn)147連到輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)29的源晶體管24的基極(見圖1)。
仍然參考圖7，作為一個(gè)例子，線性傳輸環(huán)16的簡(jiǎn)化實(shí)施例接收端點(diǎn)107處的一個(gè)正電壓變化，這改變了晶體管230基極-發(fā)射極電壓Vbe。同樣的+ΔVbe引起輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)29(見圖1)中晶體管18的電導(dǎo)率增加，也引起晶體管230的電導(dǎo)率增加，并且從連成二極管的晶體管232中分路電流。這樣，由端點(diǎn)107處接收到的信號(hào)引起的晶體管230的ΔVbe決定，晶體管230將電流源236提供的電流成比例地流入晶體管230的集電極端子或流入晶體管232。晶體管234形成帶晶體管232的一個(gè)電流反射鏡晶體管。晶體管230處的+ΔVbe引起晶體管232傳導(dǎo)的電流減少，并且電流反射鏡引起晶體管234傳導(dǎo)的電流減少。晶體管234中電流減少意味著連成二極管的晶體管238中電流減少，引起晶體管238中Vbe減小。晶體管238的基極處所見的同樣的Vbe減小在輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)29中的輸出源晶體管24的基極處可見(見圖1)。因此，通過線性傳輸環(huán)16，用于輸出吸收晶體管18(見圖1)中的較高電導(dǎo)率的增加的+ΔVbe轉(zhuǎn)變成用于輸出源晶體管24中的較低電導(dǎo)率的等量減少的-ΔVbe。
當(dāng)圖7中顯示的線性傳輸環(huán)16的簡(jiǎn)化的實(shí)施例在端點(diǎn)107接收一個(gè)負(fù)電壓變化時(shí)，晶體管230的基極-發(fā)射極電壓Vbe就改變了。同樣的-ΔVbe引起輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)29(見圖1)中晶體管18的電導(dǎo)率減小，也引起晶體管230的電導(dǎo)率減小，使得連成二極管的晶體管232上的電流增加。這樣，端點(diǎn)107處接收到的信號(hào)引起的晶體管230的Vbe的變化決定，晶體管230將電流源236提供的電流成比例地流入晶體管230的集電極端子或流入晶體管232。晶體管234形成帶晶體管232的一個(gè)電流反射鏡晶體管。因此晶體管230處的-ΔVbe引起晶體管234傳導(dǎo)的電流增加。晶體管234中電流增加意味著連成二極管的晶體管238中電流增加，引起晶體管238中Vbe增加。晶體管238的基極處見到的同樣的Vbe增加在輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)29中的輸出源晶體管24的基極處可見(見圖1)。因此，通過線性傳輸環(huán)16，用于輸出吸收晶體管18(見圖1)中的減小的電導(dǎo)率的減小的Vbe轉(zhuǎn)變成用于輸出源晶體管24中的增加的電導(dǎo)率的等量的+ΔVbe。
參考圖7，用于低壓線性傳輸環(huán)16的靜態(tài)電流與一個(gè)晶體管的幾何尺寸有關(guān)。晶體管18的發(fā)射極區(qū)(見圖1)的尺寸是晶體管230的發(fā)射極區(qū)的Nn倍。晶體管24的發(fā)射極區(qū)(見圖1)的尺寸是晶體管238的發(fā)射極區(qū)的Np倍。而且，電流反射鏡晶體管使得晶體管234的發(fā)射極幾何尺寸是晶體管232的發(fā)射極幾何的Mn倍。由于發(fā)射極的面積決定晶體管的載流量，因此電流源236外面的電流2I以及三個(gè)變量Nn，Np，和Mn的選擇設(shè)置了低壓線性傳輸環(huán)16中的其它電流。這樣，吸收晶體管18中的靜態(tài)電流IQ(見圖1)設(shè)置為IQ＝(Nn·I)，并且源晶體管24中的靜態(tài)電流IQ(見圖1)設(shè)置為IQ＝(Mn·Np·I)。在晶體管230、232和234的發(fā)射極端子到參考地的連接回路中增加電阻，或在晶體管238的發(fā)射極端子到工作電壓VCC的連接回路中增加一個(gè)電阻，會(huì)引起射極負(fù)反并且使得乘法因子Nn、Np和Mn變化。
圖8顯示圖1所述的線性傳輸環(huán)16的最佳的實(shí)施例。PNP型晶體管154，156的共基極連到晶體管154的集電極和電流吸收器158的第一端子，吸收大約10微安的電流。晶體管156的集電極連到NPN型晶體管160的基極和約為33千歐的電阻162的第一端子。電阻162的第二端子連到NPN型晶體管164的基極和集電極。晶體管160的發(fā)射極連到NPN型晶體管166的集電極。晶體管166的基極連到接收SINK-1 PASS THROUGH信號(hào)的端點(diǎn)107。晶體管160的發(fā)射極連到PNP型晶體管168的集電極。晶體管160的發(fā)射極連到NPN型晶體管170和172的共基極。晶體管160的發(fā)射極連到晶體管170的集電極和電流源174的第一端子，流出大約175微安的電流。晶體管166的發(fā)射極連到約為50歐姆的電阻176的第一端子。晶體管170的發(fā)射極連到約為100歐姆的電阻178的第一端子。晶體管172的發(fā)射極連到約為25歐姆的電阻180的第一端子。晶體管168的發(fā)射極連到約為300歐姆的電阻182。晶體管172和184的共集電極連到PNP型晶體管184的基極和提供SOURCE-1PASS THROUGH信號(hào)的端點(diǎn)147。晶體管184的發(fā)射極連到約為400歐姆的電阻186的第一端子。晶體管154和156的發(fā)射極連到工作電壓VCC。晶體管160的集電極連到工作電壓VCC。電阻182和186的第二端子以及電流源174的第二端子連到工作電壓VCC。電阻176、178和180的第二端子連到參考地。晶體管164的發(fā)射極和電流吸收器158的第二端子，連到參考地。
圖8中的線性傳輸環(huán)提供了一個(gè)帶高頻響應(yīng)特性的快速輸出級(jí)。在一個(gè)類似已述的線性傳輸環(huán)16的簡(jiǎn)化實(shí)施例的方法中，在端點(diǎn)107處一個(gè)增加的SINK-1 PASS THROUGH電壓信號(hào)使得晶體管166從連成二極管的晶體管170中分路電流。晶體管170中的電流減少還意味著電流反射鏡器件，晶體管172中的電流減少。晶體管172中的電流減少意味著連成二極管的晶體管184中的電流減少，導(dǎo)致晶體管184中電壓Vbe降低。晶體管184的較低的基極-發(fā)射極電壓還可看作圖1中所示的晶體管24的Vbe。這樣，交流信號(hào)將晶體管18的基極電壓調(diào)制到更正向的電勢(shì)，使得晶體管18的電導(dǎo)率更大，但是線性傳輸環(huán)16使得晶體管24的電導(dǎo)率更小。線性傳輸環(huán)16將交流信號(hào)從晶體管18的基極移位到晶體管24的基極，不提供信號(hào)電壓增益。僅運(yùn)放輸入級(jí)12和輸出晶體管18和24提供信號(hào)增益。由端點(diǎn)107處的SINK-1 PASS THROUGH信號(hào)引起的通過吸收晶體管18的+ΔVbe(見圖1)，通過線性傳輸環(huán)16轉(zhuǎn)換為通過源晶體管24的一個(gè)相匹配的-ΔVbe(見圖1)。
在類似已述的線性傳輸環(huán)16的簡(jiǎn)化實(shí)施例的方法中，端點(diǎn)107處的一個(gè)減小的SINK-1 PASS THROUGH電壓信號(hào)使得晶體管166流入電流到連成二極管的晶體管170。晶體管170中的電流增加還意味著電流反射鏡器件，晶體管172中的電流增加。晶體管172中電流增加意味著連成二極管的晶體管184中電流增加，導(dǎo)致晶體管184中Vbe較高。晶體管184的增加的基極-發(fā)射極電壓還可看作圖1所示的晶體管24的Vbe。這樣，交流信號(hào)將晶體管18的基極電壓調(diào)制到一個(gè)更低的電壓，使得晶體管18的電導(dǎo)率更小，但是線性傳輸環(huán)16使得晶體管24的電導(dǎo)率更大。由端點(diǎn)107處的SINK-1 PASS THROUGH信號(hào)引起的通過吸收晶體管18的一個(gè)-ΔVbe(見圖1)，通過線性傳輸環(huán)16轉(zhuǎn)換為通過源晶體管24的一個(gè)相匹配的+ΔVbe(見圖1)。低壓線性傳輸環(huán)16提供一個(gè)到輸出器件的低阻抗通路，這樣保證對(duì)源晶體管24的基極沒有電壓增益。
圖1中的吸收控制電路14和源控制電路22提供重要的直流(DC)，在為輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)29中的輸出晶體管18和24提供基極電流驅(qū)動(dòng)中發(fā)生作用。但是，低壓運(yùn)算放大器10頻率性能與吸收控制電路14或源控制電路22無關(guān)。低壓運(yùn)算放大器10頻率性能與從運(yùn)放輸入級(jí)12的VIN到STAGE-10UTPUT，經(jīng)過源極跟隨器MOSFET13，直接到達(dá)輸出電流吸收晶體管18的基極的交流信號(hào)通路有關(guān)。這個(gè)從電流吸收一邊到電流源一邊的交流信號(hào)通路，跟隨輸出電流吸收晶體管18的基極，經(jīng)過線性傳輸環(huán)16，到達(dá)輸出電流源晶體管24的基極。這樣，交流信號(hào)旁路了吸收控制電路14和源控制電路22中的電路，使得低壓運(yùn)算放大器10具有較高的頻率性能。低壓運(yùn)算放大器10的帶寬為5兆赫。偏置電路23包括吸收控制電路14，源控制電路22，和線性傳輸環(huán)16。一個(gè)偏置輸出根據(jù)通過源極跟隨器傳輸?shù)男盘?hào)和由吸收控制電路14產(chǎn)生的電流，在端線107處產(chǎn)生。另一個(gè)偏置輸出根據(jù)通過線性傳輸環(huán)16傳輸?shù)男盘?hào)和由源控制電路22產(chǎn)生的電流，在端線147處產(chǎn)生。
到此我們將認(rèn)識(shí)到圖1中的低壓運(yùn)算放大器10工作在8伏到1伏的電壓范圍和0℃到70℃的溫度范圍內(nèi)。運(yùn)放輸入級(jí)12使用N溝道耗盡型MOSFET 30和32(見圖2)，來提供輸入VIN的放大和保持恒定的跨導(dǎo)。源極跟隨器MOSFET 13(見圖1)在將STAGE-1OUTPUT交流信號(hào)傳輸?shù)诫娏魑站w管18的基極中提供單位增益。通過吸收控制電路14和源控制電路22的一個(gè)獨(dú)立的直流環(huán)，為晶體管18和24中的基極驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生偏置。與輸入信號(hào)有關(guān)，SINK PASS THROUGH信號(hào)上的交流信號(hào)通路控制運(yùn)放輸出端的吸收晶體管吸收電流，或者通過線性傳輸環(huán)16引起SOURCE PASS THROUGH信號(hào)控制運(yùn)放輸出端的源晶體管流出電流。一個(gè)輸出級(jí)提供大約50毫安的吸收電流和源(流出)電流。
在一個(gè)最佳的實(shí)施例的上下文中描述本發(fā)明的同時(shí)，顯然對(duì)于那些熟練的技術(shù)人員，本發(fā)明可以用多種方法修改并且可以設(shè)想許多有別于上述和特別指出的實(shí)施例的實(shí)施例。因此，附加的權(quán)利要求書試圖覆蓋在本發(fā)明的真正精神和范圍以內(nèi)的本發(fā)明的所有變型。
權(quán)利要求
1.一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)包括一個(gè)運(yùn)放輸入級(jí)(12)，用于接收一個(gè)差分輸入以及提供包括一個(gè)放大的差分輸入的一個(gè)運(yùn)放輸入級(jí)輸出；連到運(yùn)放輸入級(jí)的一個(gè)源極跟隨器(13)，此源極跟隨器(13)用于接收運(yùn)放輸入級(jí)輸出，以及用于在此產(chǎn)生一個(gè)被傳輸?shù)妮敵?；連到源極跟隨器m(13)的一個(gè)偏置電路(23)，此偏置電路(23)用于接收被傳輸?shù)妮敵?，以及用于在此提供第一偏置輸出和第二偏置輸出；以及連到偏置電路(23)和運(yùn)放輸入級(jí)的輸出的一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)(29)，此輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)(29)用于接收第一偏置輸出和第二偏置輸出，以及用于在此提供一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出，其中此輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出是差分輸入的一個(gè)放大。
2.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)，進(jìn)一步包括用N溝道耗盡型MOSFET構(gòu)造的一個(gè)源極跟隨器(13)。
3.如權(quán)利要求2所述的一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)，其中源極跟隨器(13)在一個(gè)P型阱中構(gòu)造。
4.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)，其中偏置電路(23)包括一個(gè)源控制電路(22)，提供一個(gè)源通過信號(hào)；連到源極跟隨器(13)的一個(gè)吸收控制電路(14)，此吸收控制電路(14)用于提供一個(gè)吸收通過信號(hào)；以及連到吸收控制電路(14)和源控制電路(22)的一個(gè)線性傳輸環(huán)(16)，此線性傳輸環(huán)(16)用于接收吸收通過信號(hào)，以及在此產(chǎn)生第二偏置輸出。
5.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)，其中運(yùn)放輸入級(jí)包括N溝道耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)(30和32)，以提供放大并且展示最小的跨導(dǎo)變化。
6.用于在低壓運(yùn)算放大器(10)中放大一個(gè)差分輸入的方法，此方法包括以下步驟接收一個(gè)差分輸入(VIN)；放大此差分輸入(VIN)以產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)放輸入級(jí)輸出(VIN)；由此運(yùn)放輸入級(jí)輸出提供第一偏置輸出和第二偏置輸出；以及由此第一偏置輸出和第二偏置輸出提供一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)輸出，其中此輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)輸出是差分輸入的一個(gè)放大。
7.一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)包括一個(gè)運(yùn)放輸入級(jí)(12)，用于接收一個(gè)差分輸入(VIN)，以及提供包括一個(gè)放大的差分輸入的一個(gè)運(yùn)放輸入級(jí)輸出；連到運(yùn)放輸入級(jí)輸出的一個(gè)偏置電路(23)，此偏置電路(23)用于接收運(yùn)放輸入級(jí)輸出，以及用于在此提供第一偏置輸出和第二偏置輸出；以及連到偏置電路(23)和運(yùn)放輸入級(jí)的輸出的一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)(29)，此輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)(29)用于接收第一偏置輸出和第二偏置輸出，以及用于在此提供一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出，其中此輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出是差分輸入的一個(gè)放大。
8.如權(quán)利要求7所述的一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)，其中此低壓運(yùn)算放大器(10)工作在大約1伏到大約8伏的電壓范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述的一個(gè)低壓運(yùn)算放大器，其中偏置電路(23)包括一個(gè)源控制電路(22)，提供一個(gè)源通過信號(hào)；連到運(yùn)放輸入級(jí)(12)的一個(gè)吸收控制電路(14)，此吸收控制電路(14)用于提供一個(gè)吸收通過信號(hào)；以及連到吸收控制電路(14)和源控制電路(22)的一個(gè)線性傳輸環(huán)(16)，此線性傳輸環(huán)(16)用于接收吸收通過信號(hào)，以及在此產(chǎn)生第二偏置輸出。
10.如權(quán)利要求7所述的一個(gè)低壓運(yùn)算放大器(10)，其中運(yùn)放輸入級(jí)(12)包括N溝道耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，以提供放大并且展示最小的跨導(dǎo)變化。
全文摘要
低壓運(yùn)算放大器(10)在0℃到70℃的溫度范圍及1到8伏的電壓范圍內(nèi)工作。運(yùn)放輸入級(jí)(12)使用N溝道耗盡型MOSFET來提供差分輸入的放大并且保持恒定的跨導(dǎo)。源跟隨器MOSFET(13)在傳輸交流信號(hào)STAGE-1OUTPUT到電流吸收晶體管(18)的基極時(shí)提供單位增益。吸收控制電路(14)和源控制電路(22)在晶體管(18)和(24)中產(chǎn)生基極驅(qū)動(dòng)電流。一個(gè)輸出級(jí)提供大約50毫安的吸收電流和源電流。
文檔編號(hào)H03F3/45GK1165428SQ9710451
公開日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1997年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月19日
發(fā)明者羅伯特·N·多森, 理查德·S·格里菲蒂, 托馬斯·D·佩蒂, 羅伯特·L·維納 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司