差動二級放大器與其運作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種差動放大器，特別是一種可W具有高溫電流補償機制的差動二級 放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)今制造工藝進步到90、45皿甚至更低如28皿等制造工藝底下時，功率消耗所 產(chǎn)生的熱能相對于一個微小的芯片而言就是相當高的環(huán)境溫度，如此的溫度變化勢必對電 路帶來一定程度的影響，在許多需要精密量測結(jié)果的電路，如溫度感測器，送樣的高溫影響 是我們必須避免的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實施例的目的在于提供一種差動二級放大器與其運作方法，W降低溫度變 化給電路帶來的影響。
[0004] 本發(fā)明的一實施例提供一種差動二級放大器。該差動二級放大器包括一輸入級電 路、一偏壓電路、一第一級放大電路、一第二級放大電路、一共模反饋電路W及一電流補償 電路。該輸入級電路接收一輸入電流。該偏壓電路禪接該輸入級電路，產(chǎn)生一偏壓電流。該 第一級放大電路禪接該輸入級電路與該第二級放大電路。該共模反饋電路，禪接該第二級 放大電路，并根據(jù)一共模電壓調(diào)整一共模反饋電流，其中該輸入電流由該偏壓電流與該共 模反饋電流所組成。該電流補償電路用W提供一補償電流，其中當該差動二級放大器的一 溫度大于一預(yù)定溫度值時，將該補償電流輸入該輸入級電路。
[0005] 本發(fā)明的一實施例提供一種動二級放大器的運作方法，包括：計算一差動二級放 大器內(nèi)的一共模反饋電路的一臨界溫度；根據(jù)該臨界溫度計算一補償電流；當該差動二級 放大器的一溫度低于該臨界溫度時，該共模反饋電路提供一共模反饋電流給該差動二級放 大器內(nèi)的一輸入級電路；當該差動二級放大器的一溫度高于該臨界溫度時，該共模反饋電 路停止提供該共模反饋電流給該輸入級電路，該輸入級電路接收一電流補償電路輸出的一 補償電流。
[0006] 本發(fā)明的電流補償電路可提供高溫時共模反饋電路無法提供的電流，從而可W降 低溫度變化給電路帶來的影響。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一差動二級放大器的示意圖。
[000引圖2為一共模反饋電路的示意圖。
[0009] 圖3為一差動二級放大器的電路圖。
[0010] 圖4A、4B為圖3的差動二級放大器的電路中的四個端點的電壓變化示意圖。
[0011] 圖5A~5C為圖3的電路中的電流與溫度的變化示意圖。
[0012] 圖6A~抓為圖3的電路中的第一級放大器33內(nèi)的電壓電流與溫度的變化示意 圖。
[0013] 圖7A與圖7B分別為第一級放大器的輸出電壓與差動二級放大器的輸出電壓與溫 度的示意圖。
[0014] 圖8為根據(jù)本發(fā)明的具有電流補償機制的一差動二級放大器的一實施例的示意 圖。
[0015] 圖9為根據(jù)本發(fā)明的具有電流補償晶體管的一差動二級放大器的一實施例的電 路圖。
[0016] 圖IOA~IOD為圖9的電路中的電流與溫度的變化示意圖。
[0017] 圖11為電流補償晶體管的寬長比與溫度的示意圖。
[001引圖12A與圖12B則是有無電流補償下，差動二級放大器中的電流Ub的示意圖。
[0019] 圖13為本發(fā)明的一差動二級放大器的運作方法的一實施例的流程圖。
[0020] 符號說明：
[0021] 11、81~雙端輸出放大器；
[002引 12、82~偏壓電路；
[0023] 13、83~共模反饋電路；
[0024] 31、91~偏壓電路；
[00巧]32、92~輸入級電路；
[0026] 33、93~第一級放大器；
[0027] 34、94~第二級放大器；
[002引 35、95~共模反饋電路；
[0029] 84~電流補償電路；
[0030] MC~電流補償晶體管；
[0031] S1301~步驟（計算共模反饋電路的一臨界溫度T);
[0032] S1302~步驟（根據(jù)該臨界溫度T計算一補償電流）；
[0033] S1303~步驟（根據(jù)該補償電流計算晶體管的寬長比）；
[0034] S1304~步驟（電路溫度〉T ?);
[0035] S1305~步驟（電流補償晶體管提供電流給差動二級放大器的輸入級電路）；
[0036] S1306~步驟（共模反饋電路提供電流給輸入級電路）。
【具體實施方式】
[0037] 溫度一直是影響電路效能的一個重要因素。隨著制造工藝的進步，集成電路的越 來越微小化，熱對于集成電路的影響就越來越明顯，送樣的影響會使得電路的效能開始變 差，更嚴重時甚至是無法使用。
[0038] W常用的場效晶體管（M0S陽T)而言，其飽合區(qū)電流公式為：
[0040] 其中漂移率U W及臨界電壓Vt會受到溫度影響。
(2.2)
[0042] Vt W Vt〇- a A T (2.3)
[0043] AVt ^ a AT (2.4)
[0044] 從方程式2.2中可W發(fā)現(xiàn)，在T。溫度時，漂移率y (T)為一定值y (T。），且漂移率 U燈）隨溫度變化比例燈/T。）成Y U次方而變化。
[0045] 一般來說，臨界電壓Vt隨溫度變化約為線性變化，a為其溫度變化系數(shù)。隨著制 造工藝的不同，a也會有變化。舉例來說，在1.8um制造工藝中，a為0. 〇〇〇17mV/°C，但是 在90皿制造工藝中，a值高達〇.〇5mV/°C?？芍谖磥碓圃旃に囋絹碓叫〉内厔菹?， 溫度的影響勢必越來越嚴重。
[0046] W放大器為例說明。放大器為電路中使用相當頻繁且重要的電路之一，放大器中 為了追求大的放大率，我們會將晶體管偏壓于飽和區(qū)。當Ves固定時，電流Id就會正比于Ves 與臨界電壓Vt的電壓差的平方。當溫度升高到一定程度時，會使得放大器內(nèi)部部分晶體管 脫離飽和區(qū)進入線性區(qū)，最終導(dǎo)致放大器放大率下降，更嚴重時導(dǎo)致放大器無法繼續(xù)工作。 同樣的情形也可能出現(xiàn)在差動二級放大器上。
[0047] 圖1為一差動二級放大器的示意圖。差動二級放大器包括了雙端輸出放大器11、 輸出共模反饋電路13與偏壓電路12。偏壓電路12是由帶隙度andgap)電路及電流產(chǎn)生電 路組成，W輸入電流的方式偏壓雙端輸出放大器11。共模反饋電路13,如圖2所示，是一種 普遍運用于差動二級放大器的一項技術(shù)。共模反饋電路13檢測雙端輸出放大器11的輸出 端的共模電壓電位（Vcm)的變化，并調(diào)整差動二級放大器的輸入級電流，W避免差動二級 放大器受到溫度的影響。共模電壓電位由外部提供的共模（common mode)電壓。
[0048] 但是當溫度過高時，如超過11(TC，共模反饋電路12無法提供足夠的電流去調(diào)整 差動二級放大器的輸入級電流，使得雙端輸出放大器11的輸出電壓偏壓點無法被控制，造 成雙端輸出放大器11無法正常運作。
[0049] 圖3為一差動二級放大器的電路圖。差動二級放大器包括偏壓電路31、輸入級電 路32、第一級放大器33、第二級放大器34 W及共模反饋電路35。偏壓電路31 W電流鏡的 方式產(chǎn)生不同的偏壓電流，并傳送到其他電路，如輸入級電路32。第一級放大器33為一迭 接放大器，用W對輸入信號Vi+與Vi-做第一次的放大。選擇迭接放大器的原因是要提高輸 入信號的信號擺幅，且迭接放大器有較高的放大率。第二級放大器34為一共源級放大器， W針對第一級放大器33的輸出信號進行第二次的放大及增加輸出擺幅。共模反饋電路35 根據(jù)輸出共模電壓電位變化（Vemfb)來調(diào)整第一級迭接放大器的偏壓電流Lmfb。。
[0050] 偏壓電路31 W固定電流源來產(chǎn)生偏壓，首先是偏壓放大器的部分，由于是由固定 電流偏壓，在Vt改變時，Ves W及Vds會變動使得電流不改變，Ves的改變即使得偏壓放大器 的電壓改變，由電流公式化1)我們可W推導(dǎo)出圖3所示差動二級放大器電路上，四個端點 的電壓變化，電壓變化請參考圖4A、4B。圖4A、4B為圖3的差動二級放大器的電路中的四個 端點的電壓變化示意圖。各點電壓如下所示：

[0055] 從上述的公式中可W發(fā)現(xiàn)每個部分（term)都有Vt的成份。在固定電流為前提下， 可W發(fā)現(xiàn)根號內(nèi)部的數(shù)值僅受到U溫度系數(shù)的影響，U本身受溫度影響并不明顯，所W四 個電壓偏壓的變化狀況為接近線性的變化。
[0056] 從圖4A、4B上來看，Vbw、Vbpi隨溫度升高而升高，\。。、\。1隨溫度升高而降低，其中 Vbp。、VbPi變化幅度接近，\。1由于受到通道長度調(diào)變效應(yīng)影響，變化較Vb。。大。
[0057] 從圖4A、4B來看，雖然偏壓點bp0、bpl、bn0、bnl的電壓有變化，但是并不明顯，因 此溫度對送幾個偏壓點的電