一种放大器的製造方法

2024-03-06 11:48:15 1

一种放大器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種包括多個電晶體的放大器，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態電源，從而在提高該放大器效率的同時避免輸出信號發生削波失真。
【專利說明】—种放大器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子電路裝置，更具體但是並非排它地涉及多電源高效率放大器。
【背景技術】
[0002]放大器在模數轉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音頻信號進行放大。而語音或音樂信號的峰值功率和平均功率之比(PeakAverage Ratio, PAR)較大，峰值電壓遠大於平均電壓，且其幅度通常服從高斯分布，即大部分時間內音頻信號的瞬態電壓幅度都遠遠低於其峰值電壓幅度。為了避免發生削波失真，放大器的電源電壓必須足夠大以能夠處理絕大多數音頻信號。在此電源電壓下，當放大器處理幅度較低的音頻信號時，能量就會損耗在輸出電晶體上，不僅降低放大器的效率，也帶來散熱的問題。例如，對於如圖1所示的放大器100，當電源電壓VCC為5V，輸出信號VO為IV時，輸出電晶體Ql上的電壓降會達到4V，即80%的電源電壓會被電晶體Pl損耗，而非用於在揚聲器SPK上產生有用功率。考慮到放大器其他組件的損耗，此時，放大器瞬態效率小於20%。實驗證明，當輸入信號的PAR為15dB時，其平均效率不到20%。如何提高放大器的效率，是本領域技術人員面臨的難題。

【發明內容】

[0003]考慮到現有技術中的一個或多個問題，提供了一种放大器，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；第一電晶體，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；第二電晶體，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；第三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一電晶體的第一端，其第二端耦接至第二電源端，其控制端耦接至其第一端；第四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二電晶體的第一端，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電晶體的控制端；第五電晶體，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電晶體的第一端；第六電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第五電晶體的第一端，其第二端耦接至第三電源端，其控制端耦接至其第一端；第七電晶體，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電晶體的控制端；第八電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七電晶體的第一端，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電晶體的控制端；第九電晶體，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電晶體的控制端；第十電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第九電晶體的第一端，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電晶體的控制端；第十一電晶體，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電晶體的控制端；第十二電晶體，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電晶體的控制端；第十三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十二電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端；第十四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十一電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接其第一端；第十五電晶體，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電晶體的控制端；第十六電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十五電晶體的第一端，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電晶體的控制端；第十七電晶體，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電晶體的控制端；第十八電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七電晶體的第一端，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電晶體的控制端；第十九電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端；第二十電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十六電晶體的第一端，其第二端耦接至第四電源端，其控制端耦接其第一端；第二十一電晶體，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電晶體的第一端；第二十二電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二十一電晶體的第一端，其控制端耦接至所述第十九電晶體的控制端；第二十三電晶體，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電晶體的第一端；第二十四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二十三電晶體的第一端，其控制端耦接至所述第二十電晶體的控制端；第二十五電晶體，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電晶體的控制端；以及第二十六電晶體，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電晶體的第一端，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電晶體的控制端。
[0004]本發明提供的放大器的第四電源端的電壓可以低於第二電源端的電壓，從而提高該放大器的效率。本發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態電源，從而在提高該放大器效率的同時避免發生削波失真。
[0005]【專利附圖】

【附圖說明】
下面將參考附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】，其中相同的附圖標記表示相同的部件或特徵。
[0006]圖1示出現有的放大器100的電路示意圖；
圖2示出根據本發明一個實施例的放大器200的電路示意圖；
圖3示出根據本發明一個實施例的放大器200的工作過程中的波形圖；
圖4不出根據本發明一個實施例的放大器400的電路圖；
圖5示出根據本發明一個實施例的放大系統500的電路示意圖；
圖6示出根據本發明一個實施例的放大系統500的工作過程中的波形圖；
圖7示出根據本發明一個實施例的放大系統700的電路示意圖；
圖8示出根據本發明一個實施例的放大系統700的工作過程中的波形圖；以及 圖9不出根據本發明一個實施例的放大器900的電路圖。
[0007]【具體實施方式】
在下文的特定實施例代表本發明的示例性實施例，並且本質上僅為示例說明而非限制。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是:這些特定細節對於本發明而言不是必需的。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0008]在說明書中，提及「一個實施例」或者「實施例」意味著結合該實施例所描述的特定特徵、結構或者特性包括在本發明的至少一個實施例中。術語「在一個實施例中」在說明書中各個位置出現並不全部涉及相同的實施例，也不是相互排除其他實施例或者可變實施例。本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，並且示圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱「元件」「連接到」或「耦接」到另一元件時，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，當稱元件「直接連接到」或「直接耦接到」另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。當稱「元件」 「接收」某一信號時，可以使直接接收，也可以通過開關、電阻、電平位移器、信號處理單元等接收。這裡使用的術語「和/或」包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0009]對於放大器例如圖1所不的AB類放大器100,在輸出信號VO—定時,其損耗功率取決於其電源VCC的幅度大小。電源VCC的幅度越大，輸出電晶體Ql上的壓降越大，損耗功率就越大。在絕大部分時間裡，音頻輸出信號VO的幅度遠遠低於放大器100的電源VCC。為此，可以為放大器100配置兩對電源，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間內，由低電壓電源供電，以降低輸出電晶體Ql上的電壓降，減小損耗；當輸出電壓VO較高時，則由高電壓電源供電，以避免產生削波失真。還可以為放大器100配置動態電源，動態電源的供電電壓可以跟隨信號自動變化。當功率放大器輸出信號VO的幅度較小時，動態電源提供幅度較低的電壓為放大器100供電；當輸出信號VO幅度超過一定的門限時，動態電源提供幅度較高的電壓為放大器100供電。
[0010]圖2示出根據本發明一個實施例的放大器200的電路示意圖。放大器200包括兩級，輸入級201和輸出級202。輸入級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VIN1，其第二輸入端接收第二輸入信號VIN2，輸入級201將第一輸入信號VINl與第二輸入信號VIN2之差VIN12放大，在其第一放大端提供第一放大信號VAl。輸出級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GND，其第二電源端耦接至動態電源VDD，其第一輸入端接收第一放大信號VA1，放大級202將第一放大信號VAl進一步放大，在其輸出端提供輸出信號V0。
[0011]圖3示出根據本發明一個實施例的放大器200的工作過程中的波形圖。當輸出信號VO幅度較小時，由動態電源VDD提供一個幅度為VDDL的低電壓為輸出級202供電，以降低輸出電晶體Ql的電壓降，從而減小電晶體Ql上的損耗；當輸出信號VO幅度較大時，動態電源VDD提供一個幅度為VDDH的較高電壓為輸出級202供電，以避免產生削波失真。在此過程中，輸入級201的電源電壓VCC保持恆定，以避免在輸入級201引入噪聲。
[0012]由於輸入級201的第二電源端和輸出級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構實現電壓(或電源)切換，是設計放大器200的難點。同時，由於輸出級202的第一電源端耦接至地電源端，這就會使得放大器200輸出靜態點偏執於動態電源的一半，導致輸出揚聲器SPK上產生直流功耗，如何改進使得電路輸出靜態工作點設置在地電勢，是設計放大器200的另一難點。
[0013]圖4示出根據本發明一個實施例的放大器400的電路圖。放大器400包括輸入級401、第一放大級402、第二放大級403和輸出級404。
[0014]輸入級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 ;第一電晶體Ql (以下可以簡稱為電晶體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 ；第二電晶體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;第三電晶體Q3，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第一電晶體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；第四電晶體Q4，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第二電晶體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電晶體Q3的控制端。
[0015]第一放大級402包括:第五電晶體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電晶體Q4的第一端；第六電晶體Q6，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第五電晶體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；第七電晶體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，其控制端耦接第六電晶體Q6的控制端；第八電晶體Q8，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第七電晶體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電晶體Q3的控制端；第九電晶體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，其控制端耦接第六電晶體Q6的控制端；第十電晶體Q10，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第九電晶體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電晶體Q3的控制端；
第二放大級403包括:第十一電晶體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，其控制端耦接第六電晶體Q6的控制端；第十二電晶體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電晶體Q3的控制端；第十三電晶體Q13，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十二電晶體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；第十四電晶體Q14，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十一電晶體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；第十五電晶體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電晶體Q13的控制端；第十六電晶體Q16，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十五電晶體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電晶體Q14的控制端；第十七電晶體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電晶體Q13的控制端；第十八電晶體Q18，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十七電晶體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電晶體Q14的控制端;
輸出級404包括:第十九電晶體Q19，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十七電晶體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；第二十電晶體Q20，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十六電晶體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；第二十一電晶體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電晶體Q7的第一端；第二十二電晶體Q22，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第七電晶體Q7的第一端，其第二端耦接至第二十一電晶體Q21的第一端，其控制端耦接至第十九電晶體Q19的控制端；第二十三電晶體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電晶體QlO的第一端；第二十四電晶體Q24，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第十電晶體QlO的第一端，其第二端耦接至第二十三電晶體Q23的第一端，其控制端耦接至第二十電晶體Q20的控制端；第二十五電晶體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電晶體Q21的控制端；以及第二十六電晶體Q26，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第二十五電晶體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電晶體Q23的控制端。
[0016]根據本發明的一個實施例，電晶體的尺寸可以設置為:第一電晶體Ql和第二電晶體Q2為匹配的電晶體(尺寸比例為1:1)，第三電晶體Q3、第四電晶體Q4、第五電晶體Q5、第八電晶體Q8和第十電晶體QlO的尺寸比例為:1:1:1: ( α +1): α，第六電晶體Q6、第七電晶體Q7和第九電晶體Q9的尺寸比例為:1: α: ( α+1 )，其中在優化的實施例中α大於 I。假定第一電流源的電流為21，則在穩態下第七電晶體Q7、第八電晶體Q8、第九電晶體Q9和第十電晶體QlO的偏置電流分別為α Ι、( α+1)Ι、( α+1)1和0 1，那麼第二^^一電晶體Q21和第二十三電晶體Q23的偏置電流均為I。在穩態條件下，第二十一電晶體Q21和第二十二電晶體Q22均工作於飽和區，為此第二十一電晶體Q21和第二十五電晶體Q25將工作於電流鏡模式。假定，第二十一電晶體Q21和第二十五電晶體Q25的尺寸比例為1: β，其中β大於I，則第二十五電晶體Q25的偏置電流為β I,即第二十五電晶體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，第三電晶體Q3電流增大，第八電晶體Q8的電流會增大，而第七電晶體Q7的電流會減小，導致第二十一電晶體Q21和第二十二電晶體Q22的電流增大，從而使得第二十一電晶體Q21進入線性區(第二十一電晶體Q21的第一端電壓降低，第二十一電晶體Q21的控制端電壓升高)，節點A將進入高阻狀態。此時，第二十五電晶體Q25不再鏡像第二十一電晶體Q21的電流，而是在第二十一電晶體Q21的控制端電壓控制下進行電壓和/或電流的放大。同理，在放大模式下，當第一輸入端INl的電壓降低時，節點B將進入高阻狀態。
[0017]第十九電晶體Q19和第二十一電晶體Q21的偏置電壓可以由兩個恆流源分別提供(例如電流為I的電流源和電流沉分別提供)。根據本發明的一個實施例，為了給第十九電晶體Q19和第二十一電晶體Q21提供偏置電流(即為第二十二電晶體Q22和第二十四電晶體Q24提供偏置電壓)，同時進一步增大放大器400的放大能力，放大器400進一步包括第二放大級403。根據本發明的一個實施例，第三電晶體Q3和第十二電晶體Q12的尺寸比例為1: 1，第六電晶體Q6和第十一電晶體Qll的尺寸比例為1: 1，第十三電晶體Q13、第十五電晶體Q15和第十七電晶體Q17的尺寸比例為:1: ( y+1): Y，第十四電晶體Q14、第十六電晶體Q16和第十八電晶體Q18的尺寸比例為:1: Y:( Y+1)，則在穩態下第十五電晶體Q15、第十六電晶體Q16、第十七電晶體Q17和第十八電晶體Q18的偏置電流分別為(Y+1)1、Y 1>Y 1>( Y+1)1，那麼第二十電晶體Q20和第十九電晶體Q19的電流均為I。即，在穩態下，第二放大級403為第十九電晶體Q19和第二十一電晶體Q21提供了穩定的偏置電流，即為第二十二電晶體Q22和第二十四電晶體Q24提供了穩定的偏置電壓。在放大模式下，假定INl電壓升高，第三電晶體Q3電流增大，第十二電晶體Q12和第十七電晶體Q17的電流也會增大，而第十一電晶體Qll和第十八電晶體Q18的電流會減小，導致第十九電晶體Q19的電流減小，使得第二十二電晶體Q22控制端電壓降低，從而使得第二十一電晶體Q21更快地進入線性區(第二十一電晶體Q21的第一端電壓降低，為保證電流能力，第二十一電晶體Q21的控制端電壓將升高)。
[0018]根據本發明的一個實施例，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第六電晶體Q6、第七電晶體Q7、第九電晶體Q9、第十一電晶體Q11、第十三電晶體Q13、第十五電晶體Q15、第十七電晶體Q17、第十九電晶體Q19、第二十一電晶體Q21、第二十二電晶體Q22、第二十五電晶體Q25是NPN電晶體或者N溝道MOS電晶體，第三電晶體Q3、第四電晶體Q4、第五電晶體Q5、第八電晶體Q8、第十電晶體Q10、第十二電晶體Q12、第十四電晶體Q14、第十六電晶體Q16、第十八電晶體Q18、第二十電晶體Q20、第二十三電晶體Q23、第二十四電晶體Q24以及第二十六電晶體Q26是PNP電晶體或者P溝道MOS電晶體。在上述配置下，第一電源端Tl的電壓低於第二電壓端T2的電壓，第三電源端T3的電壓低於第四電壓端T4的電壓。
[0019]根據本發明的一個實施例，第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第六電晶體Q6、第七電晶體Q7、第九電晶體Q9、第十一電晶體Q11、第十三電晶體Q13、第十五電晶體Q15、第十七電晶體Q17、第十九電晶體Q19、第二十一電晶體Q21、第二十二電晶體Q22、第二十五電晶體Q25是PNP電晶體或者P溝道MOS電晶體，第三電晶體Q3、第四電晶體Q4、第五電晶體Q5、第八電晶體Q8、第十電晶體Q10、第十二電晶體Q12、第十四電晶體Q14、第十六電晶體Q16、第十八電晶體Q18、第二十電晶體Q20、第二十三電晶體Q23、第二十四電晶體Q24以及第二十六電晶體Q26是NPN電晶體或者N溝道MOS電晶體。在上述配置下，第一電源端Tl的電壓高於第二電壓端T2的電壓，第三電源端T3的電壓高於第四電壓端T4的電壓。
[0020]圖5示出根據本發明一個實施例的放大系統500的電路示意圖。放大系統500包括放大器200和反饋電阻RFfRF4，可以直接將音頻系統輸出的具有非零(1.2V)共模電平的差分信號(VDl和VD2)轉化為以地電勢為靜態工作點的單端信號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VDl和其輸出端，其第一電源端Tl耦接音頻系統的參考電源端(地 電勢)，其第二電源端T2耦接音頻系統的穩態電源(5V)，其第三電源端T3耦接第一負電壓(-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可以集成於放大器400內部，作為放大器400的一部分。
[0022]圖6示出根據本發明一個實施例的放大系統500的工作波形圖。VDl和VD2是共模電平為1.2V的差分信號，輸出為電平為OV的單端信號。音頻輸入為零時(VDl和VD2相等)，輸出V012為0V，SPK上不會產生靜態電流。由於輸出放大器200的輸出級採用了 2.5V供電，而非5V電壓，從而提高了電源利用率，提高了效率。本領域技術人員還可以根據需要，靈活設置第一正電壓(或者第一負電壓)，例如1.2V、3V、4.2V以提高電源效率。
[0023]圖7示出根據本發明一個實施例的放大系統700的電路示意圖。與圖5所示的放大系統500區別在於，第三電源端T3耦接負動態負電源VDN，其第四電源端T4耦接至正動態電源VDP。
[0024]圖8示出根據本發明一個實施例的放大系統700的工作波形圖。VDl和VD2是共模電平為1.2V的差分信號，輸出為電平為OV的單端信號V012。當輸出信號V012大於零且幅值較小時，正動態電源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；當輸出信號V012大於零且幅值較小時，正動態電源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V012被電源削波。當輸出信號V012小於零且幅值較小時，負動態電源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；當輸出信號V012大於零且幅值較小時，負動態電源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V012被電源削波。
[0025]本領域的技術人員，可以根據醫用的領域合理設置高效放大器200的電晶體尺寸和比例，以確定其增益、電流放大倍數、靜態工作電流等參數。在一些設置中，由於增益較高，可能導致在部分應用時環路不穩定。為此，需要對其進行補償。
[0026]圖9示出根據本發明一個實施例的高效放大器900。高效放大器900是在放大器400的基礎上進一步改進以增大其穩定性，本領域的技術人員應該知道，圖9示出了多種改進措施，這些措施可以單獨或者全部用於圖4所示的放大器400。
[0027]根據本發明一個實施例，高效放大器900包括第一補償電容CCl，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二電晶體Q2的第一端，其第二端耦接至第二十五電晶體Q25的第一端。當耦接於第二電晶體Q2的第一端和第二十五電晶體Q25的第一端之間時，第一補償電容CCl可以產生米勒效應，其有效電容將增大數百倍，從而有效地減小了電路面積。
[0028]根據本發明一個實施例，放大器900包括還包括，第一補償電阻RC1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十五電晶體Q25的控制端；第二補償電容CC2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一補償電阻RCl的第二端，其第二端耦接至第二十五電晶體Q25的第一端；第二補償電阻RC2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二十六電晶體Q26的控制端；第三補償電容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電晶體Q26的第一端。第一補償電阻RCl和第二補償電阻RC2可以有效消除第二十五電晶體Q25和第二十六電晶體Q26的引入的零點，從而增強電路穩定性。
[0029]本領域的技術人員還可以用其他方式對放大器900進行補償，例如在第二電晶體Q2的第一端引入大電容進行補償，在第二十五電晶體Q25控制端引入大電容進行補償，或者引入前饋通路進行補償。
[0030]根據本發明一個實施例，放大器900包括還包括第一保護電路901 (圖9中分為901a和901b兩個部分)。第一保護電路901包括第二十七電晶體Q27、第一延遲電阻RDl、第一延遲電容⑶I和第二十八電晶體Q28。第二十七電晶體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電晶體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電晶體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電晶體Q27的第一端，其第二端耦接至第二電源端Τ2;第二十八電晶體Q28，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第三電晶體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電晶體Q27的第一端。在運行過程尤其是啟動過程中，第一保護電路901基於第二十五電晶體Q25的電流調整放大器900各電晶體的偏置電流(尤其是第三電晶體Q3的電流)，當第二十五電晶體Q25的電流過大時將通過減小第三電晶體Q3的電流而減小第二十五電晶體Q25的電流，從而有效抑制了放大器900在運行尤其是啟動過程中的電壓尖峰和、電壓過衝和第二十五電晶體Q25的過電流。
[0031]根據本發明一個實施例，放大器900包括還包括第二保護電路902 (圖9中分為902a和902b兩個部分)。第二保護電路902包括第二十九電晶體Q29、第二延遲電阻RD2、第二延遲電容⑶2和第三十電晶體Q30。第二十九電晶體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電晶體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電晶體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電晶體Q29的第一端，其第二端耦接至第三電源端T3 ;第三十電晶體Q30，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至第六電晶體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電晶體Q29的第一端。在運行過程尤其是啟動過程中，第二保護電路902基於第二十六電晶體Q26的電流調整放大器900各電晶體的偏置電流(尤其是第六電晶體Q6的電流)，當第二十六電晶體Q26的電流過大時將通過減小第六電晶體Q6的電流而減小第二十六電晶體Q26的電流，從而有效抑制了放大器900在運行尤其是啟動過程中的電壓尖峰和、電壓過衝和第二十六電晶體Q26的過電流。。
[0032]在本公開內容中所使用的量詞「一個」、「一種」等不排除複數。文中的「第一」、「第二」等僅表示在實施例的描述中出現的先後順序，以便於區分類似部件。「第一」、「第二」在權利要求書中的出現僅為了便於對權利要求的快速理解而不是為了對其進行限制。權利要求書中的任何附圖標記都不應解釋為對範圍的限制。
【權利要求】
1.一种放大器，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； 第一電晶體，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； 第二電晶體，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； 第三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一電晶體的第一端，其第二端耦接至第二電源端，其控制端耦接至其第一端； 第四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第二電晶體的第一端，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電晶體的控制端； 第五電晶體，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電晶體的第一端； 第六電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第五電晶體的第一端，其第二端耦接至第三電源端，其控制端耦接至其第一端； 第七電晶體，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電晶體的控制端； 第八電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七電晶體的第一端，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電晶體的控制端； 第九電晶體，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電晶體的控制端； 第十電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第九電晶體的第一端，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電晶體的控制端； 第十一電晶體，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電晶體的控制端； 第十二電晶體，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電晶體的控制端； 第十三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十二電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端； 第十四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十一電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端，其控制端耦接其第一端； 第十五電晶體，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電晶體的控制端； 第十六電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十五電晶體的第一端，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電晶體的控制端； 第十七電晶體，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電晶體的控制端； 第十八電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七電晶體的第一端，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電晶體的控制端； 第十九電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十七電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端，其控制端耦接其第一端； 第二十電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十六電晶體的第一端，其第二端耦接至第四電源端，其控制端耦接其第一端； 第二十一電晶體，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電晶體的第一端； 第二十二電晶體，具有第一 端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第七電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二十一電晶體的第一端，其控制端耦接至所述第十九電晶體的控制端； 第二十三電晶體，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電晶體的第一端； 第二十四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第十電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二十三電晶體的第一端，其控制端耦接至所述第二十電晶體的控制端； 第二十五電晶體，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電晶體的控制端；以及 第二十六電晶體，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電晶體的第一端，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電晶體的控制端。
2.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述第一電晶體、所述第二電晶體、所述第六電晶體、所述第七電晶體、所述第九電晶體、所述第十一電晶體、所述第十三電晶體、所述第十五電晶體、所述第十七電晶體、所述第十九電晶體、所述第二十一電晶體、所述第二十二電晶體、所述第二十五電晶體是NPN電晶體或者N溝道MOS電晶體；所述第三電晶體、所述第四電晶體、所述第五電晶體、所述第八電晶體、所述第十電晶體、所述第十二電晶體、所述第十四電晶體、所述第十六電晶體、所述第十八電晶體、所述第二十電晶體、所述第二十三電晶體、所述第二十四電晶體以及所述第二十六電晶體是PNP電晶體或者P溝道MOS電晶體。
3.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述第一電晶體、所述第二電晶體、所述第六電晶體、所述第七電晶體、所述第九電晶體、所述第十一電晶體、所述第十三電晶體、所述第十五電晶體、所述第十七電晶體、所述第十九電晶體、所述第二十一電晶體、所述第二十二電晶體、所述第二十五電晶體是PNP電晶體或者P溝道MOS電晶體；所述第三電晶體、所述第四電晶體、所述第五電晶體、所述第八電晶體、所述第十電晶體、所述第十二電晶體、所述第十四電晶體、所述第十六電晶體、所述第十八電晶體、所述第二十電晶體、所述第二十三電晶體、所述第二十四電晶體以及所述第二十六電晶體是NPN電晶體或者N溝道MOS電晶體。
4.根據權利要求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，所述放大器的第二電源端耦接至穩態正電壓，所述放大器的第三電源端耦接至第一負電壓，所述放大器的第四電源端耦接至第一正電壓。
5.根據權利要求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； 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.根據權利要求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態電源，所述動態電源至少具有兩個電壓幅值。
7.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括第一補償電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二十五電晶體的第一端。
8.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括， 第一補償電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十五電晶體的控制端; 第二補償電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一補償電阻的第二端，其第二端耦接至所述第二十五電晶體的第一端； 第二補償電阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二十六電晶體的控制端；以及 第三補償電容，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第二補償電阻的第二端，其第二端耦接至所述第二十六電晶體的第一端。
9.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括， 第二十七電晶體，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電晶體的控制端； 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電晶體的第一端，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電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第二電源端；以及 第二十八電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第三電晶體的控制端，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電晶體的第一端。
10.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述放大器還包括， 第二十九電晶體，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電晶體的控制端； 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電晶體的第一端，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電晶體的第一端，其第二端耦接至所述第三電源端；以及 第三十電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第六電晶體的控制端，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電晶體的第一端。
【文檔編號】H03F1/02GK103905001SQ201410127907
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】王海時 申請人:成都信息工程學院