專利名稱：差分放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差分放大器，并且具體地，涉及一種在輸入部件 中包括差分對(duì)的差分放大器。
背景技術(shù)：
在近來的半導(dǎo)體器件中，例如，被用作電路組件的互補(bǔ)型金屬氧
化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CMOSFET)的實(shí)施尺寸已經(jīng)變得小型化。 隨著此種小型化，可施加到MOSFET的電壓減少。另一方面，在半導(dǎo) 體器件被并入的便攜式電子設(shè)備中，對(duì)于高性能和低功耗的需求正在 增加。
滿足較低功耗的需求的一種方法是設(shè)置較低的電源電壓。然而， 隨著電源電壓被設(shè)置越低，電路的操作和設(shè)計(jì)也變得越難。例如，在 增強(qiáng)型FET中，即在LSI中經(jīng)常使用的Nch MOSFET和Pch MOSFET 中存在對(duì)有效的輸入電壓范圍的限制。具體地，在增強(qiáng)型FET中，存 在表示不能用作有效的輸入電壓的電壓電平的閾值電壓，以便于使輸 出電流處于截止?fàn)顟B(tài)(被稱為"常閉")，并且除非輸入電壓等于或 者高于閾值電壓否則Nch MOSFET不運(yùn)行，并且除非輸入電壓等于或 者低于閾值電壓否則Pch MOSFET不運(yùn)行。然而，如果電源電壓被降 低，則是用于元件的非激活區(qū)域的閾值電壓范圍對(duì)電源電壓范圍的比 例增加。因此，電壓范圍的不能被用作有效的輸入電壓范圍的比例增 加。此外，電路中的信號(hào)的電壓變成閾值電壓或者更低，導(dǎo)致電路的 部件變成非激活。
為了解決此種問題，已經(jīng)提出了用于實(shí)現(xiàn)能夠借助于電路技術(shù)處 理電源電壓的減少的方法。例如，在MOSFET技術(shù)中已經(jīng)提出了擴(kuò)大有效的輸入電壓范圍而不考慮閾值電壓的存在的方法。具體地，提出
了包括具有Nch MOSFET作為輸入部件的差分放大器電路以及具有Pch MOSFET作為輸入部件的差分放大器電路的電路，該電路組合兩種電路的輸出信號(hào)并從而獲得最終的輸出信號(hào)。在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_6-237128中公開了其中由不同極性的晶體管形成輸入部件處的差分對(duì)的差分放大器的一個(gè)示例。
圖3示出了在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_6-237128中公開的差分放大器100的電路圖。差分放大器100是使用雙極性晶體管的放大器。差分放大器100包括由NPN晶體管Ql和Q2形成的第一差分輸入級(jí)、由PNP晶體管Q3和Q4形成的第二差分輸入級(jí)、由PNP晶體管QC1和NPN晶體管QC5形成的第一輸出級(jí)、以及由PNP晶體管QC2和NPN晶體管QC6形成的第二輸出級(jí)。在差分放大器100中，被輸入至第一和第二差分輸入級(jí)的信號(hào)被放大并且被通過第一和第二輸出級(jí)輸出。
差分放大器100使用共模電壓反饋電路以讓第一和第二輸出級(jí)操作。由PNP晶體管QC3和QC4、 NPN晶體管QC7、 QC8、 Q5和Q6、以及恒流源ICMP和ICMN形成差分放大器100的共模電壓反饋電路。該共模電壓反饋電路檢測(cè)輸出電壓的共模電壓差并且將與檢測(cè)到的共模電壓差相對(duì)應(yīng)的共模電流供給第一和第二輸出級(jí)。
因此，差分放大器100引入了由NPN晶體管形成的第一差分輸入級(jí)和由PNP晶體管形成的第二差分輸入級(jí)，從而擴(kuò)大輸入電壓范圍。此外，差分放大器100通過共模電壓反饋電路的操作擴(kuò)大輸出電壓范圍。

發(fā)明內(nèi)容
但是，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下問題。在差分放大器100中，為了使共模電壓反饋電路運(yùn)行，必須將是恒壓的基準(zhǔn)值提供給恒流源ICMP和ICMN之間的連接結(jié)點(diǎn)(圖3中的結(jié)點(diǎn)N1)。這是因?yàn)楣材ｋ妷悍答侂娐穼⒁豢刂频妮敵雠c結(jié)點(diǎn)N1的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且進(jìn)行控制使得這些值具有需要的關(guān)系。因此，如果基準(zhǔn)值變得不穩(wěn)定，則電路運(yùn)行出現(xiàn)故障。當(dāng)流過晶體管X的集電極電流是IC (X)并且由恒流源
ICMP和ICMN生成的電流分別是ICMP和ICMN時(shí)，通過下面的表達(dá)式(1)表示用于保持基準(zhǔn)值恒定的條件。
(1) ICMP + IC (QC3) + IC (QC4) = ICMN + IC (QC7) + IC (QC8)
通常由被供給偏置電壓的晶體管生成電流ICMP和電流ICMN。然而，很難將穩(wěn)定的偏置電壓施加到半導(dǎo)體器件中的所有多個(gè)元件。此外，晶體管的制造期間的波動(dòng)是不可避免的。因此，非常難生成穩(wěn)定的電流ICMP和ICMN。
此外，電流IC (QC3) 、 IC (QC4) 、 IC (QC7)以及IC (QC8)
的值在很大程度上依賴于電路的運(yùn)行狀態(tài)。例如，如果在差分放大器100中輸出被構(gòu)造為推拉式，則通過輸出端OUT2獲得輸出源出電流，并且同時(shí)通過輸出端OUT1獲得輸出吸入電流。但是，很難在此種推拉操作下始終維持表達(dá)式(1)的關(guān)系。
因此，在差分放大器100中對(duì)于具有寬輸入電壓范圍的軌對(duì)軌輸入獲得推拉式輸出電流的情況下，很難允許電路正常地操作。
本發(fā)明的實(shí)施例的第一示例性方面是差分放大器，該差分放大器包括由第一導(dǎo)電類型的晶體管形成的第一差分對(duì)，以接收輸入信號(hào)并且輸出第一差模電流；第一電流放大器部件，該第一電流放大器部件基于第一差模電流將第一輸出源出電流和第一輸出吸入電流分別輸出至第一輸出端和第二輸出端；由第二導(dǎo)電類型的晶體管形成的第二差分對(duì)，以接收輸入信號(hào)并且輸出第二差模電流；以及第二電流放大器部件，該第二電流放大器部件基于第二差模電流將第二輸出源出電流和第二輸出吸入電流分別輸出至第一輸出端和第二輸出端。本發(fā)明的實(shí)施例的第二示例性方面是差分放大器，該差分放大器包括第一差分對(duì)，該第一差分對(duì)由第一導(dǎo)電類型的晶體管形成，以接收輸入信號(hào)并且輸出第一差模電流；第一基準(zhǔn)電流源，該第一基準(zhǔn)電
流源輸出第一基準(zhǔn)源出電流和第一基準(zhǔn)吸入電流；第一電流放大器部件，該第一電流放大器部件將基于第一基準(zhǔn)源出電流和被包括在第-一差模電流中的一個(gè)第一差模電流之間的差生成的第一輸出源出電流輸出至第一輸出端，并且將基于第一基準(zhǔn)吸入電流和被包括在第一差模電流中的另一第一差模電流之間的差生成的第一輸出吸入電流輸出至第二輸出端；第二差分對(duì)，該第二差分對(duì)由第二導(dǎo)電類型的晶體管形成，以接收輸入信號(hào)并且輸出第二差模電流；第二基準(zhǔn)電流源，該第二基準(zhǔn)電流源輸出第二基準(zhǔn)源出電流和第二基準(zhǔn)吸入電流；以及第二電流放大器部件，該第二電流放大器部件將基于第二基準(zhǔn)源出電流和被包括在第二差模電流中的一個(gè)第二差模電流之間的差生成的第二輸出源出電流輸出至第一輸出端，并且將基于第二基準(zhǔn)吸入電流和被包括在第二差模電流中的另一第二差模電流之間的差生成的第二輸出吸入電流輸出至第二輸出端。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性方面的差分放大器包括第一差分對(duì)、與上限輸入電壓范圍相對(duì)應(yīng)的第一電流放大器部件、第二差分對(duì)、以及與下限輸入電壓范圍相對(duì)應(yīng)的第二電流放大器部件。第一電流放大器部件的輸出與第二電流放大器部件的輸出被連接在一起，從而組合并輸出從兩個(gè)電流放大器部件輸出的輸出電流。這實(shí)現(xiàn)了寬輸入電壓范圍和寬輸出電壓范圍而沒有使用共模反饋電路。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性方面，能夠?qū)嵤┠軌蛱幚碥墝?duì)軌輸入并獲得推拉式輸出電流的差分放大器。


從結(jié)合附圖的某些實(shí)施例的以下描述中，上述和其它示例性方面、優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)是顯而易見的，其中
圖1是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的差分放大器的電路圖2是根據(jù)第二示例性實(shí)施例的差分放大器的電路圖；以及
圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的差分放大器的電路圖。
具體實(shí)施例方式
「第一示例性實(shí)施例l
在下文中參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖1示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的差分放大器1的電路圖。參考圖1，差分放大器1包括第一差分對(duì)10、第一電流放大器部件11、第一基準(zhǔn)電流源12、第二差分對(duì)20、第二電流放大器部件21、以及第二基準(zhǔn)電流源22。此外，差分放大器1包括晶體管M10至M18以及M1A至M1M、電壓源VI1至V16、第一輸入端IP、第二輸入端IM、第一輸出端0P、以及第二輸出端ON。盡管在本示例性實(shí)施例中使用MOSFET構(gòu)造差分放大器1，但是也使用雙極性晶體管來構(gòu)造差分放大器1。
第一差分對(duì)10由第一導(dǎo)電類型的晶體管形成，并且它通過第一輸入端IP和第二輸入端IM接收輸入信號(hào)并且輸出第一差模電流(電流111和112)。第二差分對(duì)20由第二導(dǎo)電類型的晶體管形成，并且它通過第一輸入端IP和第二輸入端IM接收輸入信號(hào)并且輸出第二差模電流(電流I1C和I1D)。第一電流放大器部件11基于第一差模電流Ill和112將第一輸出源出電流118和第一輸出吸入電流116分別輸出至第一輸出端OP和第二輸出端ON。第二電流放大器部件21基于第二差模電流I1C和I1D將第二輸出源出電流I1K和第二輸出吸入電流III分別輸出至第一輸出端OP和第二輸出端ON。
第一基準(zhǔn)電流源12輸出第一基準(zhǔn)源出電流I1B和第一基準(zhǔn)吸入電流IIA。第一基準(zhǔn)源出電流I1B和第一基準(zhǔn)吸入電流I1A被供給第一電流放大器部件11。第二基準(zhǔn)電流源22輸出第二基準(zhǔn)源出電流I1F和第二基準(zhǔn)吸入電流IIG。第二基準(zhǔn)源出電流I1F和第二基準(zhǔn)吸入電流I1G被供給第二電流放大器部件21。
在下文中詳細(xì)地描述了差分放大器1的電路。第一差分對(duì)10包括
第一導(dǎo)電類型(例如，N溝道類型)的晶體管Mil和M12。晶體管Mil和M12形成差分對(duì)。晶體管Mil和M12的源極被共同地連接在一起，并且晶體管MIO的漏極被連接至公共連接點(diǎn)。晶體管M10的源極被連接至接地端GND，并且晶體管M10的柵極被連接至電壓源V11。晶體管M10根據(jù)電壓源VI1的電壓值生成電流110并且將電流110作為操作電流供給第一差分對(duì)10。晶體管Mll的柵極被連接至第一輸入端IP。晶體管Mil根據(jù)通過第一輸入端IP的輸入信號(hào)輸出一個(gè)第一差模電流Ill。晶體管M12的柵極被連接至第二輸入端IM。晶體管M12根據(jù)通過第二輸入端IM的輸入信號(hào)輸出另一第一差模電流112。
第一基準(zhǔn)電流源12包括第二導(dǎo)電類型(例如，P溝道類型)的晶體管M1A和M1B。晶體管M1A和M1B的柵極被連接在一起。電壓源V12的電壓被供給晶體管M1A和M1B的柵極。晶體管M1A根據(jù)電壓源V12的電壓生成第一基準(zhǔn)吸入電流IIA。晶體管M1B根據(jù)電壓源V12的電壓生成第一基準(zhǔn)源出電流IIB。晶體管M1A的源極被連接至電源端VDD，并且晶體管M1A的漏極被連接至與晶體管Mil的漏極相連的連接點(diǎn)(例如，結(jié)點(diǎn)N12)。晶體管M1B的源極被連接至電源端VDD，并且晶體管M1B的漏極被連接至與晶體管M12的漏極相連的連接點(diǎn)(例如，結(jié)點(diǎn)N13)。
第一電流放大器部件ll包括第二導(dǎo)電類型(例如，P溝道類型)的晶體管M17和M18以及N溝道類型的晶體管M13至M16。晶體管M17和M18的柵極被連接在一起。電壓源V13的電壓被供給晶體管M17和M18的柵極。晶體管M17的源極被連接至結(jié)點(diǎn)N12，該結(jié)點(diǎn)N12是與晶體管M11的漏極相連的連接點(diǎn)。晶體管M18的源極被連接至結(jié)點(diǎn)N13，該結(jié)點(diǎn)N13是與晶體管M12的漏極相連的連接點(diǎn)。晶體管M17和M18根據(jù)源極側(cè)上的電壓源V13的電壓生成電壓。因?yàn)殡妷涸碫13是恒壓源，所以根據(jù)由電壓源V13生成的恒壓的值穩(wěn)定晶體管M17和M18的源極側(cè)電壓。從而穩(wěn)定晶體管M1A和M1B的源極和漏極之間的電壓，從而穩(wěn)定第一基準(zhǔn)吸入電流I1A和第一基準(zhǔn)源出電流I1B的值。
晶體管M15和M16的柵極被連接在一起。電壓源V14的電壓被施加到晶體管M15和M16的柵極。晶體管M15的源極被連接至晶體管M13的漏極。晶體管M16的源極被連接至晶體管M14的漏極。晶體管M15和M16根據(jù)源極側(cè)上的電壓源V14的電壓生成電壓。因?yàn)殡妷涸碫14是恒壓源，所以根據(jù)由電壓源V14生成的恒壓的值穩(wěn)定晶體管M15和M16的源極側(cè)電壓。從而穩(wěn)定晶體管M13和M14的源極和漏極之間的電壓。因此，穩(wěn)定由晶體管M13和M14形成的電流鏡電路的電流鏡比率。晶體管M13和M14的柵極被共同地連接在一起，并且公共連接點(diǎn)被連接至晶體管M15的漏極。該連接點(diǎn)在下文中被稱為結(jié)點(diǎn)Nll。晶體管M13的源極被連接至接地端GND。晶體管M13的漏極被連接至晶體管M15的源極。晶體管M14的源極被連接至接地端GND。晶體管M14的漏極被連接至晶體管M16的源極。
第一電流放大器部件11生成是第一基準(zhǔn)吸入電流I1A和一個(gè)第一差模電流111之間的差的電流117。由晶體管M13和M14形成的電流鏡電路使電流I17返回，從而生成第一輸出吸入電流I16。此外，第一電流放大器部件11基于第一基準(zhǔn)源出電流I1B和另一第一差模電流112之間的差生成第一輸出源出電流118。
第二差分對(duì)20包括P溝道類型的晶體管M1C和M1D。晶體管M1C和M1D形成差分對(duì)。晶體管M1C和M1D的源極被共同地連接在一起，并且晶體管M1E的漏極被連接至公共連接點(diǎn)。晶體管M1E的源極被連接至電源端VDD，并且晶體管M1E的柵極被連接至電壓源V15。晶體管M1E根據(jù)電壓源V15的電壓值生成電流I1E并且將電流I1E作為操作電流供給第二差分對(duì)20。晶體管M1C的柵極被連接至第一輸入端IP。晶體管M1C根據(jù)通過第一輸入端IP的輸入信號(hào)輸出一
個(gè)第二差模電流I1C。晶體管M1D的柵極被連接至第二輸入端IM。晶 體管MID根據(jù)通過第二輸入端IM的輸入信號(hào)輸出另一第二差模電流 IID。
第二基準(zhǔn)電流源22包括N溝道類型的晶體管M1F和M1G。晶體 管M1F和M1G的柵極被共同地連接在一起。電壓源V16的電壓被供 給晶體管M1F和M1G的柵極。晶體管M1F根據(jù)電壓源V16的電壓生 成第二基準(zhǔn)源出電壓IIF。晶體管M1G根據(jù)電壓源V16的電壓生成第 二基準(zhǔn)吸入電流I1G。晶體管M1F的源極被連接至接地端GND，并且 晶體管M1F的漏極被連接至與晶體管M1C的漏極相連的連接點(diǎn)(例 如，結(jié)點(diǎn)N14)。晶體管M1G的源極被連接至接地端GND，并且晶體 管M1G的漏極被連接至與晶體管M1D的漏極相連的連接點(diǎn)(例如， 結(jié)點(diǎn)N15)。
第二電流放大器部件21包括N溝道類型的晶體管M1H和Mil以 及P溝道類型的晶體管M1J至M1M。晶體管M1H和Mil的柵極被連 接在一起，并且電壓源V14的電壓被施加給晶體管M1H和Mil的柵 極。晶體管M1H的源極被連接至結(jié)點(diǎn)N14，該結(jié)點(diǎn)N14是與晶體管 M1C的漏極相連接的連接點(diǎn)。晶體管Mil的源極被連接至結(jié)點(diǎn)N15， 該結(jié)點(diǎn)N15是與晶體管M1D的漏極相連接的連接點(diǎn)。晶體管M1H和 Mil根據(jù)源極側(cè)上的電壓源V14的電壓生成電壓。因?yàn)殡妷涸碫14是 恒壓源，所以根據(jù)由電壓源V14生成的恒壓的值穩(wěn)定晶體管M1H和 Mil的源極側(cè)電壓。從而穩(wěn)定晶體管M1F和M1G的源極和漏極之間 的電壓，從而穩(wěn)定第二基準(zhǔn)吸入電流I1G和第二基準(zhǔn)源出電流I1F的值。
晶體管M1J和M1K的柵極被連接在一起，并且電壓源V13的電 壓被施加到M1J和M1K的柵極。晶體管M1J的源極被連接至晶體管 M1L的漏極。晶體管M1K的源極被連接至晶體管M1M的漏極。晶體 管M1J和M1K根據(jù)源極側(cè)上的電壓源V13的電壓生成電壓。由于電
11壓源V13是恒壓源，所以根據(jù)由電壓源V13生成的恒壓的值穩(wěn)定晶體
管M1J和M1K的源極側(cè)電壓。從而穩(wěn)定晶體管MIL和M1M的源極 和漏極之間的電壓。因此，穩(wěn)定了由晶體管MIL和M1M形成的電流 鏡電路的電流鏡比率。晶體管MIL和M1M的柵極被共同地連接在一 起，并且公共連接點(diǎn)被連接至晶體管M1J的漏極。該連接點(diǎn)在下文中 被稱為結(jié)點(diǎn)N16。晶體管MIL的源極被連接至電源端VDD。晶體管 MIL的漏極被連接至晶體管M1J的源極。晶體管MIM的源極被連接 至電源端VDD。晶體管MIM的漏極被連接至晶體管M1K的源極。
第二電流放大器部件21生成是第二基準(zhǔn)源出電流I1F和一個(gè)第二 差模電流I1C之間的差的電流IIH。通過由晶體管MIL和MIM形成 的電流鏡電路使電流I1H返回，從而生成第二輸出源出電流I1K。此夕卜， 第二電流放大器部件21基于第二基準(zhǔn)吸入電流I1G和另一第二差模電 流I1D之間的差生成第二輸出吸入電流III。
在差分放大器1中，第一電流放大器部件11和第二電流放大器部 件21的輸出都被連接至輸出端。具體地，在第一電流放大器部件11 中輸出第一輸出源出電流118的第一輸出源出端和在第二電流放大器 部件21中輸出第二輸出源出電流I1K的第二輸出源出端被連接至第一 輸出端OP。此外，在第一電流放大器部件U中輸出第一輸出吸入電 流116的第一輸出吸入端和在第二電流放大器部件21中輸出第二輸出 吸入電流III的第二輸出吸入端被連接至第二輸出端ON。在此種構(gòu)造 中，差分放大器l通過第一輸出端OP輸出是第一輸出源出電流I18和 第二輸出源出電流I1K的組合的輸出源出電流I0P。此外，差分放大器 1通過第二輸出端ON輸出是第一輸出吸入電流I16和第二輸出吸入電 流III的組合的輸出吸入電流IOM。
在下文中描述了根據(jù)示例性實(shí)施例的差分放大器1的操作。由于 差分放大器1的操作根據(jù)輸入信號(hào)的信號(hào)電平而不同，所以對(duì)于輸入 信號(hào)的每個(gè)信號(hào)電平描述操作。在下面的描述中，通過輸入端IP輸入的信號(hào)的信號(hào)電平是VIP，通過輸入端IM輸入的信號(hào)的信號(hào)電平是
VIM， N溝道晶體管的閾值電壓是Vthn，并且P溝道晶體管的閾值電 壓是Vthp。
首先，在下文中描述在VIP和VIM等于或者高于OV以及等于或 者低于Vthn (0《VIP《Vthn， 0《VIM《Vthn)的第一操作條件下的操 作。在第一操作條件下，第一差分對(duì)IO沒有正常地操作。因此，第一 差模電流I11和I12極小。另一方面，第二差分對(duì)20正常地操作。
在第一操作條件下，如果差模輸入電壓(VIP-VIM)被朝著正(加 號(hào))方向移動(dòng)，則流過晶體管M1C的電流I1C減少。因此，電流I1H 增加。隨著電流I1H中的增加，第二輸出源出電流IIK增加。因此， 輸出源出電流IOP增加。另一方面，流過晶體管M1D的電流I1D增加。 因此，第二輸出吸入電流I1I減少。因此，輸出吸入電流IOM減少。
相反地，如果在第一操作條件下差模輸入電壓(VIP-VIM)被朝 著負(fù)(減號(hào))方向移動(dòng)，則流過晶體管M1C的電流I1C增加。因此， 電流I1H減少。隨著電流I1H中的減少，第二輸出源出電流I1K減少。 因此，輸出源出電流IOP減少。另一方面，流過晶體管M1D的電流I1D 減少。因此，第二輸出吸入電流III增加。因此，輸出吸入電流IOM 增加。
接下來，在下文中描述在VIP和VIM等于或者高于VDD (在這 里，VDD是從電源端VDD供給的電壓)-Vthp以及等于或者低于VDD ((VDD-Vthp)《VIP《VDD， (VDD-Vthp)《VIM《VDD)的第二
操作條件下的操作。在第二操作條件下，第一差分對(duì)IO正常地操作。
另一方面，第二差分對(duì)20沒有正常地操作。因此，第二差模電流nc
和I1D極小。
在第二操作條件下，如果差模輸入電壓(VIP-VIM)被朝著正(加號(hào))方向移動(dòng)，則流過晶體管M12的電流112減少。因此，第一輸出 源出電流I18增加。因此，輸出源出電流IOP增加。另一方面，流過晶 體管Mll的電流Ill增加。因此，電流I17減少。隨著電流I17中的減 少，第一輸出吸入電流I16減少。因此，輸出吸入電流IOM減少。
相反地，如果在第二操作條件下差模輸入電壓(VIP-VIM)被朝 著負(fù)(減號(hào))方向移動(dòng)，則流過晶體管MI2的電流112增加。因此， 第一輸出源出電流I18減少。因此，輸出源出電流IOP減少。另一方面， 流過晶體管Mll的電流Ill減少。因此，電流I17增加。隨著電流I17 中的增加，第一輸出吸入電流116增加。因此，輸出吸入電流IOM增 加。
在下文中描述在VIP和VIM等于或者高于Vthn以及等于或者低 于VDD-Vthp( Vthn《VIP《(VDD-Vthp) ， Vthn《VIM《(VDD-Vthp))
的第三操作條件下的操作。在第三操作條件下，第一差分對(duì)10和第二 差分對(duì)20都正常地操作。
在第三操作條件下，操作是與第一操作條件下第二差分對(duì)20有關(guān) 的操作和與第二操作條件下第一差分對(duì)10有關(guān)的操作的組合。具體地， 根據(jù)差模輸入電壓中的變化輸出第一輸出源出電流118和第一輸出吸 入電流116以及第二輸出源出電流IIK和第二輸出吸入電流III。在第 一輸出端OP中，組合第一輸出源出電流118和第二輸出源出電流IIK， 并且輸出輸出源出電流IOP。在第二輸出端ON中，組合第一輸出吸入 電流116和第二輸出吸入電流III，并且輸出輸出吸入電流IOM。
如上所述，在根據(jù)示例性實(shí)施例的差分放大器1中，響應(yīng)于高電 勢(shì)側(cè)上的共模輸入電壓，第一差分對(duì)IO主要操作以生成輸出電流IOP 和IOM，并且響應(yīng)于低電勢(shì)側(cè)上的共模輸入電壓，第二差分對(duì)20主要 操作以生成輸出電流IOP和IOM。然后，與第一差分對(duì)IO相對(duì)應(yīng)的第 一電流放大器部件11的輸出和與第二差分對(duì)20相對(duì)應(yīng)的第二電流放大器部件21的輸出被連接至同一輸出端，從而組合在兩個(gè)電流放大器 部件中生成的輸出電流。
因此，即使輸入信號(hào)的信號(hào)電平從接地電壓電平到電源電壓電平 很大地變化，根據(jù)示例性實(shí)施例的差分放大器1也能夠適當(dāng)?shù)靥幚磔?入信號(hào)而不管輸入信號(hào)的共模電壓。此外，在差分放大器1中，第一
電流放大器部件11中的晶體管M13至M16形成與第一差分對(duì)10相對(duì) 應(yīng)的共模電流反饋電路，并且第二電流放大器部件21中的晶體管M1J 至M1M形成與第二差分對(duì)20相對(duì)應(yīng)的共模電流反饋電路。因?yàn)楣材?電流反饋電路將輸入信號(hào)的共模電壓與規(guī)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，所以 在差分放大器1中不會(huì)發(fā)生由于在晶體管制造期間的波動(dòng)等導(dǎo)致的電 路的故障。
圖2示出根據(jù)第二示例性實(shí)施例的差分放大器2的電路圖。參考 圖2，通過將輸出緩沖器30添加至根據(jù)第一示例性實(shí)施例的差分放大 器1來構(gòu)造差分放大器2。輸出緩沖器30包括恒流源31和32以及輸 出晶體管PD和ND。恒流源31被連接在下述結(jié)點(diǎn)(結(jié)點(diǎn)N18)與電源 端VDD之間，其中通過所述結(jié)點(diǎn)從差分放大器1輸出輸出吸入電流 IOM。恒流源32被連接下述結(jié)點(diǎn)(結(jié)點(diǎn)N17)與接地電壓之間，其中 通過所述結(jié)點(diǎn)從差分放大器1輸出輸出源出電流IOP。例如，輸出晶體 管PD是P溝道晶體管。輸出晶體管PD通過源極被連接至電源端VDD， 通過柵極被連接至結(jié)點(diǎn)N18，并且通過漏極被連接至第一輸出端OP2。 例如，輸出晶體管ND是N溝道晶體管。輸出晶體管ND通過源極被 連接至接地電壓GND，通過柵極被連接至結(jié)點(diǎn)N17，并且通過漏極被 連接至第二輸出端ON2。
在輸出緩沖器30中，基于從恒流源31輸出的電流Isl和輸出吸入 電流IOM之間的差在結(jié)點(diǎn)N18處生成第一控制電壓，并且輸出晶體管 PD基于第一控制電壓進(jìn)行操作，從而輸出輸出源出電流，該輸出源出電流是輸出吸入電流IOM的放大的電流。此外，基于從恒流源32輸出 的電流Is2和輸出源出電流IOP之間的差在結(jié)點(diǎn)N17處生成第二控制 電壓，并且輸出晶體管ND基于第二控制電壓進(jìn)行操作，從而輸出輸出 吸入電流，該輸出吸入電流是輸出源出電流IO P的放大的電流。
使用如差分放大器2中放置的輸出緩沖器30，能夠處理需要大電 流用于次級(jí)中的電流的驅(qū)動(dòng)的情況。在示例性實(shí)施例1和2中，第一 和第二輸出端可以連接在一起以形成一個(gè)輸出端。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)需要組合第一和第二示例性實(shí)施例。 可以使用雙極性晶體管構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的差分放大 器。在這樣的情況下，用NPN晶體管代替N溝道晶體管，并且用PNP 晶體管代替p溝道晶體管。雙極性晶體管的發(fā)射極對(duì)應(yīng)于MOSFET的 源極，雙極性晶體管的集電極對(duì)應(yīng)于MOSFET的漏極，并且雙極性晶 體管的基極對(duì)應(yīng)于MOSFET的柵極。
雖然已經(jīng)根據(jù)若干示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技 術(shù)人員將會(huì)理解本發(fā)明能夠用權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改來 實(shí)踐并且本發(fā)明不限于上述的示例。
此外；權(quán)利要求的范圍不限于上述的示例性實(shí)施例。
此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，申請(qǐng)人意在涵蓋權(quán)利要求中所有要素的等 同形式，即使在后期的審査過程中對(duì)權(quán)利要求進(jìn)行了修改。
權(quán)利要求
1. 一種差分放大器，包括第一差分對(duì)，所述第一差分對(duì)由第一導(dǎo)電類型的晶體管形成，以接收輸入信號(hào)并且輸出第一差模電流；第一電流放大器部件，所述第一電流放大器部件基于所述第一差模電流將第一輸出源出電流和第一輸出吸入電流分別輸出至第一輸出端和第二輸出端；第二差分對(duì)，所述第二差分對(duì)由第二導(dǎo)電類型的晶體管形成，以接收所述輸入信號(hào)并且輸出第二差模電流；以及第二電流放大器部件，所述第二電流放大器部件基于所述第二差模電流將第二輸出源出電流和第二輸出吸入電流分別輸出至所述第一輸出端和所述第二輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分放大器，進(jìn)一步包括 第一基準(zhǔn)電流源，所述第一基準(zhǔn)電流源輸出第一基準(zhǔn)源出電流和第一基準(zhǔn)吸入電流，和第二基準(zhǔn)電流源，所述第二基準(zhǔn)電流源輸出第二基準(zhǔn)源出電流和 第二基準(zhǔn)吸入電流，其中，基于所述第一基準(zhǔn)源出電流和被包括在所述第一差模電流 中的一個(gè)第一差模電流之間的差生成所述第一輸出源出電流，基于所述第一基準(zhǔn)吸入電流和被包括在所述第一差模電流中的另 一第一差模電流之間的差生成所述第一輸出吸入電流，基于所述第二基準(zhǔn)源出電流和被包括在所述第二差模電流中的一 個(gè)第二差模電流之間的差生成所述第二輸出源出電流，以及基于所述第二基準(zhǔn)吸入電流和被包括在所述第二差模電流中的另 一第二差模電流之間的差生成所述第二輸出吸入電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分放大器，進(jìn)一步包括 輸出緩沖器，所述輸出緩沖器放大從所述第一輸出端輸出的輸出2源出電流和從所述第二輸出端輸出的輸出吸入電流。
4. 一種差分放大器，包括第一差分對(duì)，所述第一差分對(duì)由第一導(dǎo)電類型的晶體管形成，以 接收輸入信號(hào)并且輸出第一差模電流；第一基準(zhǔn)電流源，所述第一基準(zhǔn)電流源輸出第一基準(zhǔn)源出電流和 第一基準(zhǔn)吸入電流；第一電流放大器部件，所述第一電流放大器部件將基于所述第一 基準(zhǔn)源出電流和被包括在所述第一差模電流中的一個(gè)第一差模電流之 間的差生成的第一輸出源出電流輸出至第一輸出端，并且將基于所述 第一基準(zhǔn)吸入電流和被包括在所述第一差模電流中的另一第一差模電 流之間的差生成的第一輸出吸入電流輸出至第二輸出端；第二差分對(duì)，所述第二差分對(duì)由第二導(dǎo)電類型的晶體管形成，以 接收所述輸入信號(hào)并且輸出第二差模電流；第二基準(zhǔn)電流源，所述第二基準(zhǔn)電流源輸出第二基準(zhǔn)源出電流和 第二基準(zhǔn)吸入電流；以及第二電流放大器部件，所述第二電流放大器部件將基于所述第二 基準(zhǔn)源出電流和被包括在所述第二差模電流中的一個(gè)第二差模電流之 間的差生成的第二輸出源出電流輸出至所述第一輸出端，并且將基于 所述第二基準(zhǔn)吸入電流和被包括在所述第二差模電流中的另一第二差 模電流之間的差生成的第二輸出吸入電流輸出至所述第二輸出端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的差分放大器，進(jìn)一步包括 輸出緩沖器，所述輸出緩沖器放大從所述第一輸出端輸出的所述輸出源出電流和從所述第二輸出端輸出的所述輸出吸入電流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種差分放大器。該差分放大器包括第一差分對(duì)，該第一差分對(duì)由第一導(dǎo)電類型的晶體管形成，以接收輸入信號(hào)并且輸出第一差模電流；第一電流放大器部件，該第一電流放大器部件基于第一差模電流將第一輸出源出電流和第一輸出吸入電流分別輸出至第一輸出端和第二輸出端；第二差分對(duì)，該第二差分對(duì)由第二導(dǎo)電類型的晶體管形成，以接收輸入信號(hào)并且輸出第二差模電流；以及第二電流放大器部件，該第二電流放大器部件基于第二差模電流將第二輸出源出電流和第二輸出吸入電流分別輸出至第一輸出端和第二輸出端。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101534099SQ200910127399
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者湯淺太刀男 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司