專利名稱：具有高電源抑制比的放大電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例涉及一種放大電路，更具體地，本發(fā)明的實施例涉及一種具有高 電源抑制比的放大電路。
背景技術：
放大器用于將低功率信號放大為高功率信號，以為負載提供高質量、低總諧波失 真(Total Harmonic Distortion, THD)的高功率信號。一般地，放大器由正電源和系統(tǒng)地(電壓為0V)供電。因此，放大器的輸出電壓在 零電壓和正電源電壓之間擺動，但由于放大器自身的輸出擺幅限制，其輸出電壓不能小于 等于零電壓且不能大于等于正電源電壓。因此，放大器的輸出端不能被偏置到系統(tǒng)地。然 而，由于放大器所接負載亦耦接至系統(tǒng)地，若放大器的輸出端不能被偏置到系統(tǒng)地，則在從 放大器輸出端經(jīng)負載至系統(tǒng)地的路徑上，將存在大量的靜態(tài)電流。該靜態(tài)電流使得放大器 的效率降低且使負載的使用壽命縮短。為使放大器的輸出端偏置到系統(tǒng)地，在放大電路中，可采用負電荷泵，以產(chǎn)生一負 電壓(以系統(tǒng)地為參考)作為最小電源電壓提供至放大器。這樣，放大器的輸出電壓將在 正電源電壓和該負電壓之間擺動，因此，放大器的輸出容易偏置至系統(tǒng)地。然而，負電荷泵 的使用使得作用在放大器上的壓降增大，即使對于低功率應用場合，這樣的放大電路也難 于采用現(xiàn)有的低壓低成本半導體技術加以制造。例如，將放大器用于手機，由于手機的供電 電源鋰電池的最大電壓為4. 2V，這樣，放大器上的壓降將超過8V。具有這樣大壓降的放大 器將很難采用低壓半導體技術加以制造。即使能夠制造，其制造成本也很高昂。為降低放大器上的壓降，在放大電路中，可采用低壓差線性穩(wěn)壓器(low dropout regulator, LD0)。該低壓差線性穩(wěn)壓器接收正電源電壓，并為放大器提供一較小的正電壓。 這樣，作用在放大器上的壓降變小，易于采用現(xiàn)有半導體技術制造。然而，對于常見的電荷泵，其輸出電壓易受輸入電壓的影響。當輸入電壓發(fā)生變化 時，其輸出電壓也相應地發(fā)生變化，使得放大器的輸出不穩(wěn)定，電源抑制比(power supply rejection ratio, PSRR)變差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高電源抑制比的放大電路，使得該放大電路具有 穩(wěn)定的輸出電壓。本發(fā)明的另一目的還在于提供一種使放大電路具有高電源抑制比的方法，使得該 放大電路具有穩(wěn)定的輸出電壓。本發(fā)明的另一目的還在于提供一種具有高電源抑制比的電荷泵電路，使得該電荷 泵電路的輸出電壓不受輸入電壓影響。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有高電源抑制比的放大電路。該放大電路包 括低壓差線性穩(wěn)壓器，所述低壓差線性穩(wěn)壓器接收第一輸入電壓且提供第一輸出電壓；電荷泵，所述電荷泵接收第二輸入電壓且提供第二輸出電壓；以及放大器，所述放大器接收所 述第一輸出電壓和所述第二輸出電壓并產(chǎn)生放大輸出電壓。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種使放大電路具有高電源抑制比的方法。該方 法包括以下步驟提供第一輸入電壓至低壓差線性穩(wěn)壓器，所述低壓差線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生第 一輸出電壓；提供第二輸入電壓至電荷泵，所述電荷泵產(chǎn)生第二輸出電壓；提供第一輸出 電壓和第二輸出電壓至放大器；以及調節(jié)放大器以產(chǎn)生放大輸出電壓。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有高電源抑制比的電荷泵電路。該電荷泵電 路包括第一開關，所述第一開關具有第一端子和第二端子，所述第一端子接收輸入電壓；第 二開關，所述第二開關具有第一端子和第二端子，所述第二開關的第一端子連接至所述第 一開關的第二端子，所述第二開關的第二端子連接至系統(tǒng)地；第一電容，所述第一電容具有 第一端子和第二端子，所述第一電容的第一端子連接至所述第一開關的第二端子和所述第 二開關的第一端子；第三開關，所述第三開關具有第一端子和第二端子，所述第三開關的 第一端子連接至所述第一電容的第二端子；第四開關，所述第四開關具有第一端子和第二 端子，所述第四開關的第一端子連接至所述第一電容的第二端子和所述第三開關的第一端 子，所述第四開關的第二端子連接至系統(tǒng)地；第二電容，所述第二電容具有第一端子和第 二端子，所述第二電容的第一端子連接至所述第三開關的第二端子，所述第二電容的第二 端子連接至系統(tǒng)地，所述第三開關的第二端子和所述第二電容的第一端子形成電荷泵輸出 端，輸出輸出電壓；以及反饋環(huán)路，所述反饋環(huán)路對所述輸出電壓進行采樣，并根據(jù)所述輸 出電壓產(chǎn)生控制信號，以調節(jié)所述輸出電壓。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的具有高電源抑制比的放大電路10。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的具有高電源抑制比的放大電路20。圖3示出圖1所示放大電路10以及圖2所示放大電路20中的負電荷泵NCP的原 理電路30。圖4示出用金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)作為圖3所述負電荷泵中 開關的電路40。圖5示出圖4所示電路40中各個MOSFET的控制信號。圖6示出圖1所示放大電路10以及圖2所示放大電路20中的低壓差線性穩(wěn)壓器 LDO的原理電路60。圖7為根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的用于放大器信號放大的方法流程示意圖。
具體實施例方式這里將參考本發(fā)明多個優(yōu)選實施例的具體細節(jié)，結合附圖對其實施例進行描述。 當本發(fā)明使用優(yōu)選實施例進行描述時，應該理解本發(fā)明不僅局限于實施例描述的內容。相 反，本發(fā)明旨在覆蓋權利要求所定義的屬于本發(fā)明精神和范圍內的替換、改型和等同物。此 外，在下述的本發(fā)明的詳細說明書中描述了大量的具體細節(jié)，旨在促進對本發(fā)明的深入而 全面的理解。當然，本領域的普通技術人員應能很清楚，本發(fā)明可以脫離其中某些具體細節(jié) 而實施。另外，為了使本發(fā)明的主題清晰，并未對所涉及到的本領域公知的方法、流程、組件
5和電路進行具體描述。本發(fā)明的實施例提出了一種新型放大電路。該新型放大電路的輸出電壓不受輸入 電壓影響，因而具有較高的電源抑制比。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的具有高電源抑制比的放大電路10。如圖1所 示，在放大電路10中，低壓差線性穩(wěn)壓器LDO接收電源電壓V⑵并提供輸出電壓SP，輸出電 壓SP為正值。負電荷泵NCP亦接收電源電壓Vrc，并產(chǎn)生輸出電壓SN，輸出電壓SN為負值。 放大器AMP接收所述輸出電壓SP和所述輸出電壓SN，并提供輸出電壓VQUT。負電荷泵NCP根據(jù)電源電壓Vcc產(chǎn)生輸出電壓SN。該輸出電壓SN為負值，其絕對 值可以等于輸出電壓SP，即-SN = SP ；SN的絕對值亦可以不等于輸出電壓SP，即-SN Φ SP。 輸出電壓SP和SN分別作為最大電源電壓和最小電源電壓被提供至放大器AMP。在本實施例中，負電荷泵NCP連接至電源電壓V。。。然而，本技術領域的技術人員 應當了解，在其它實施例中，負電荷泵NCP還可以由LDO提供的輸出電壓SP供電或者由一 外加電源供電。為避免累述，此處不再具體示出。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的具有高電源抑制比的放大電路20。如圖2所 示，LDO的輸出電壓SP作為最大電源電壓被提供給放大器AMPl和AMP2，NCP的輸出電壓SN 作為最小電源電壓被提供給放大器AMPl和AMP2。放大器AMPl和AMP2分別輸出輸出電壓 Voun和VOTT2。以此類推，本技術領域的技術人員應當理解，LDO和NCP各自的輸出電壓SP和 SN可被提供至多個放大器，以用于不同的應用場合。圖3示出圖1所示放大電路10以及圖2所示放大電路20中的負電荷泵NCP的原 理電路30。如圖3所示，開關Sl的一端接收電源電壓Vrc，開關S2的一端連接至開關Sl的 另一端，并形成公共節(jié)點。開關S2的另一端連接至系統(tǒng)地。電容C1的一端連接至開關Sl 和S2的公共節(jié)點。開關S3的一端連接至電容C1的另一端，并形成公共節(jié)點。開關S4的 一端連接至電容C1和開關S3的公共節(jié)點，其另一端連接至系統(tǒng)地。電容C2的一端連接至 開關S3的另一端，該兩端點形成輸出節(jié)點以提供輸出電壓SN。電容C2的另一端連接至系 統(tǒng)地。電阻器R2的一端連接至輸出節(jié)點。電阻器R1的一端連接至電阻器R2的另一端，并 形成公共節(jié)點。R1的另一端連接至參考電壓VKEF1。誤差放大器EA的同相輸入端連接至電 阻器R1和R2的公共節(jié)點，其反相輸入端接收參考電壓VKEF2，該誤差放大器EA提供一控制電 壓以用于控制開關S2。本技術領域的技術人員應當了解，誤差放大器EA提供的控制電壓可 以直接作用于開關S2，也可以通過控制其它器件以作用于開關S2。例如，一緩沖器連接至 誤差放大器EA以接收所述控制電壓，該緩沖器輸出一輸出信號以控制開關S2。在T1時間段，負電荷泵電路30的開關Sl和S4導通，開關S2和S3斷開，電源電 壓Vrc對電容Cl充電。在T2時間段，開關Sl和S4斷開，開關S2和S3導通且開關S2受誤 差放大器EA提供的控制電壓控制，可以看作一壓控電流源或者壓控電阻。此時，電容Cl對 電容C2充電，其充電電流大小受誤差放大器EA提供的控制電壓控制。電阻器R1和R2組成分壓器，對輸出電壓SN進行采樣，獲得采樣電壓。該分壓器與 誤差放大器EA —起形成閉環(huán)反饋環(huán)路。當輸出電壓SN超過所需要的設定值時，參考電壓 Veef2與采樣電壓的差值增大，誤差放大器EA輸出的控制電壓增大，使得開關S2的電流能力 變大或者電阻變小，從而使輸出電壓SN降低。當輸出電壓SN降低至設定值時，電容Cl停 止對電容C2充電，使輸出電壓SN保持在設定值。通過該閉環(huán)反饋環(huán)路的調節(jié)，負電荷泵電路30的輸出電壓SN為
Rl H- R7 Tr R2 TrSN 二x Vref2--^X Vrefx由上式可見，所述負電荷泵通過控制開關S2以提供一恒定輸出電壓SN，輸出電壓 SN僅與電阻器Rl和R2以及參考電壓Vkefi和Vkef2有關。因此，負電荷泵的輸出電壓SN不 隨電源電壓\c的變化而變化，具有良好的電源抑制比。圖4示出用金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)作為圖3所述負電荷泵中 開關的電路40。如圖4所示，P型金屬氧化物半導體場效應晶體管Ml以及N型金屬氧化物 半導體場效應晶體管M2、M3和M4分別對應于圖3所述負電荷泵的開關S1、S2、S3以及S4。 M1、M2、M3和M4的柵極分別受圖5所示控制信號Q1、Q2、Q3和Q4控制。在Tl時間段，QU Q2、Q3為低電平，Q4為高電平，Ml和M4導通，M2和M3斷開，電源電壓Vrc對電容Cl充電。 在T2時間段，Ql、Q2、Q3為高電平，Q4為低電平，Ml和M4斷開，M2和M3導通且M2受誤差 放大器EA提供的控制電壓控制，電容Cl對電容C2充電。本領域技術人員應當理解，圖4所示金屬氧化物半導體場效應晶體管M1、M2、M3和 M4的類型及其各自在圖5中對應的控制信號Ql、Q2、Q3和Q4為示例性的。Ml、M2、M3和 M4可以為P型或者N型，它們只需滿足各自分別在Ql、Q2、Q3和Q4的控制下，在T1時間段 內，Ml和M4導通，M2和M3斷開；在T2時間段，Ml和M4斷開，M2和M3導通。本領域技術 人員還應當理解，圖3所示開關Si、S2、S3以及S4可以為金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET)，還可以為雙極型晶體管(BJT)，結型場效應晶體管(JFET)以及其他具有類似功 能的開關器件。圖6示出圖1所示放大電路10以及圖2所示放大電路20中的低壓差線性穩(wěn)壓器 LDO的原理電路60。如圖6所示，該低壓差線性穩(wěn)壓器為一 P型低壓差線性穩(wěn)壓器(PLDO)。 在電路60中，P型金屬氧化物半導體場效應晶體管(PMOS)Mura的漏極連接至電源電壓Vcc， 其源極提供輸出電壓SP。電容Cuw的一端連接至Mura的源極，其另一端連接至系統(tǒng)地。電 阻器R3的一端亦連接至Mura的源極。電阻器R4的一端連接至R3的另一端，并形成公共節(jié) 點。電阻器R4的另一端連接至系統(tǒng)地。電阻器R3和R4的公共節(jié)點連接至誤差放大器EAl 的同相輸入端。誤差放大器EAl的反相輸入端接收參考電壓Vkef，其輸出端連接至Mura的柵 極。電阻器R3和R4組成分壓器，以對輸出電壓SP采樣，并提供采樣電壓至誤差放大器 EAl的同相輸入端。該分壓器與放大器EAl —起形成反饋環(huán)路，以對輸出電壓SP進行調節(jié)， 獲得穩(wěn)定的輸出電壓。當輸出電壓SP降低時，參考電壓Vkef與采樣電壓的差值降低，誤差 放大器EAl輸出的驅動電壓亦降低，使得M1上的壓降減小，從而使輸出電壓SP升高。經(jīng)反
饋環(huán)路調節(jié)后的輸出電壓SP為 (R 、 由上式可見，低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的輸出電壓SN由電阻器R3和R4的比值以
及參考電壓Vkef決定，不隨電源電壓Vrc的變化而變化，具有良好的電源抑制比(PSRR)。若要改變輸出電壓SP的值，可通過調節(jié)電阻器R3和R4的比值f。這使得電路具有很大的靈
K4活性。可見，由于采用閉環(huán)負電荷泵以及具有穩(wěn)定輸出電壓的低壓差線性穩(wěn)壓器，本發(fā) 明實施例提出的新型放大電路具有較高的效率，易于利用現(xiàn)有半導體技術進行制造，節(jié)約 了成本。而且，本發(fā)明實施例提出的新型放大電路的輸出電壓不隨電源電壓的變化而變化， 具有良好的電源抑制比。圖7為根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的用于放大器信號放大的方法流程示意圖。如圖 7所示，系統(tǒng)提供第一輸入電壓Vinl至低壓差線性穩(wěn)壓器LD0，所述LDO產(chǎn)生第一輸出電壓 SP。同時，系統(tǒng)提供第二輸入電壓Vin2至負電荷泵NCP，所述負電荷泵NCP產(chǎn)生第二輸出電壓 SN。放大器AMP接收第一輸出電壓SP與第二輸出電壓SN并產(chǎn)生放大輸出電壓V。。其中， 所述第一輸入電壓Vinl與所述第二輸入電壓Vin2可以為同一輸入電壓也可以為不同輸入電 壓；所述第一輸出電壓SP與所述第二輸出電壓SN的絕對值可以相等也可以不等。在本發(fā) 明所提供的用于放大器信號放大的方法的實施例中，第一輸出電壓SP與第一輸入電壓Vinl 的變化無關或者第二輸出電壓SN與第二輸入電壓Vin2的變化無關，從而放大輸出電壓V。與 第一輸入電壓Vinl的變化無關或者與第二輸入電壓Vin2的變化無關。因而，利用本發(fā)明提供 的方法對放大器信號進行放大將具有較高的電源抑制比。關于上述內容，顯然本發(fā)明的很多其它改型和改動也是可行的。這里應該明白， 在隨附的權利要求書所涵蓋的保護范圍內，本發(fā)明可以應用此處沒有具體描述的技術而實 施。當然還應該明白，由于上述內容只涉及本發(fā)明的較佳具體實施例，所以還可以進行許多 改型而不偏離隨附的權利要求所涵蓋的本發(fā)明的精神和保護范圍。由于公開的僅是較佳實 施例，本領域普通技術人員可以推斷出不同的改型而不脫離由隨附的權利要求所定義的本 發(fā)明的精神和保護范圍。
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權利要求
一種放大電路，其中，所述放大電路包括低壓差線性穩(wěn)壓器，所述低壓差線性穩(wěn)壓器接收第一輸入電壓且提供第一輸出電壓；電荷泵，所述電荷泵接收第二輸入電壓且提供第二輸出電壓；以及放大器，所述放大器接收所述第一輸出電壓和所述第二輸出電壓并產(chǎn)生放大輸出電壓，其中，所述放大輸出電壓與所述第一輸入電壓或者所述第二輸入電壓的變化無關。
2.如權利要求1所述的放大電路，其中，所述第一輸入電壓和所述第二輸入電壓相同。
3.如權利要求1所述的放大電路，其中，所述第一輸出電壓為正值，所述第二輸出電壓 為負值，所述第一輸出電壓和所述第二輸出電壓的絕對值相等。
4.如權利要求1所述的放大電路，其中，所述第一輸出電壓為正值，所述第二輸出電壓 為負值，所述第一輸出電壓和所述第二輸出電壓的絕對值不相等。
5.如權利要求1所述的放大電路，其中，所述第一輸出電壓與所述第一輸入電壓的變 化無關。
6.如權利要求1所述的放大電路，其中，所述第二輸出電壓與所述第二輸入電壓的變化無關。
7.如權利要求1所述的放大電路，其中，所述電荷泵包括反饋環(huán)路，所述反饋環(huán)路對所 述第二輸出電壓進行采樣，并根據(jù)所述第二輸出電壓產(chǎn)生控制信號，以調節(jié)所述第二輸出 電壓。
8.如權利要求7所述的放大電路，其中，所述第二輸出電壓與所述第二輸入電壓的變化無關。
9.如權利要求7所述的放大電路，其中，所述反饋環(huán)路包括第一電阻，所述第一電阻具有第一端子和第二端子，所述第一端子連接至所述第二輸 出電壓；第二電阻，所述第二電阻具有第一端子和第二端子，所述第二電阻的第一端子連接至 所述第一電阻的第二端子，所述第二電阻的第二端子連接至第一參考電壓；誤差放大器，所述誤差放大器的同相輸入端連接至所述第一電阻的第二端子和所述第 二電阻的第一端子，所述誤差放大器的反相輸入端接收第二參考電壓，所述誤差放大器的 輸出端輸出所述控制信號。
10.如權利要求9所述的放大電路，其中，所述第二輸出電壓由所述第一電阻、所述第 二電阻、所述第一參考電壓以及所述第二參考電壓決定。
11.一種用于放大器信號放大的方法，其中，所述方法包括提供第一輸入電壓至低壓差線性穩(wěn)壓器，所述低壓差線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生第一輸出電壓； 提供第二輸入電壓至電荷泵，所述電荷泵產(chǎn)生第二輸出電壓； 提供第一輸出電壓和第二輸出電壓至放大器；以及 調節(jié)放大器以產(chǎn)生放大輸出電壓。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述第一輸入電壓和所述第二輸入電壓相同。
13.如權利要求11所述的方法，其中，所述第一輸出電壓與所述第一輸入電壓的變化無關。
14.如權利要求11所述的方法，其中，所述第二輸出電壓與所述第二輸入電壓的變化無關。
15.一種電荷泵，其中，所述電荷泵包括第一開關，所述第一開關具有第一端子和第二端子，所述第一端子接收輸入電壓；第二開關，所述第二開關具有第一端子和第二端子，所述第二開關的第一端子連接至 所述第一開關的第二端子，所述第二開關的第二端子連接至系統(tǒng)地；第一電容，所述第一電容具有第一端子和第二端子，所述第一電容的第一端子連接至 所述第一開關的第二端子和所述第二開關的第一端子；第三開關，所述第三開關具有第一端子和第二端子，所述第三開關的第一端子連接至 所述第一電容的第二端子；第四開關，所述第四開關具有第一端子和第二端子，所述第四開關的第一端子連接至 所述第一電容的第二端子和所述第三開關的第一端子，所述第四開關的第二端子連接至系 統(tǒng)地；第二電容，所述第二電容具有第一端子和第二端子，所述第二電容的第一端子連接至 所述第三開關的第二端子，所述第二電容的第二端子連接至系統(tǒng)地，所述第三開關的第二 端子和所述第二電容的第一端子形成電荷泵輸出端，輸出輸出電壓；以及反饋環(huán)路，所述反饋環(huán)路對所述輸出電壓進行采樣，并根據(jù)所述輸出電壓產(chǎn)生控制信 號，以調節(jié)所述輸出電壓。
16.如權利要求15所述的電荷泵，其中，所述輸出電壓與所述輸入電壓的變化無關。
17.如權利要求15所述的電荷泵，其中，所述反饋環(huán)路包括第一電阻，所述第一電阻具有第一端子和第二端子，所述第一端子連接至所述輸出電壓；第二電阻，所述第二電阻具有第一端子和第二端子，所述第二電阻的第一端子連接至 所述第一電阻的第二端子，所述第二電阻的第二端子連接至第一參考電壓；誤差放大器，所述誤差放大器的同相輸入端連接至所述第一電阻的第二端子和所述第 二電阻的第一端子，所述誤差放大器的反相輸入端接收第二參考電壓，所述誤差放大器的 輸出端輸出所述控制信號以控制所述第二開關。
18.如權利要求17所述的電荷泵，其中，所述輸出電壓由所述第一電阻、所述第二電 阻、所述第一參考電壓以及所述第二參考電壓決定。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有高電源抑制比的放大電路。該放大電路由低壓差線性穩(wěn)壓器、負電荷泵以及放大器組成。所述負電荷泵和所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓不受輸入電壓影響，具有良好的電源抑制比。
文檔編號H02M3/07GK101931375SQ20101026855
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權日2010年8月26日
發(fā)明者林金燕, 王銳, 趙慧杰, 郎蕓萍 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司