專利名稱:低相位噪音放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及低相位噪音放大器電路,特別是用于供給至少一個時(shí)鐘或時(shí)基信號的 低相位噪音放大器電路。這種放大器電路一其可以為運(yùn)算跨導(dǎo)放大器電路一包含輸入 上的M0S或雙極型晶體管的差動對、連接到差動對的晶體管的第一與第二電流鏡(current mirror)以及在供電電壓源的兩個端子之間連接到第一與第二電流鏡的第三電流鏡。第一 與第三電流鏡之間的連接節(jié)點(diǎn)供給輸出信號,其電平在整個供電電壓范圍上延伸。
背景技術(shù):
本發(fā)明的放大器電路可看作緩沖器電路。這種類型的緩沖器電路是中間放大 器電路,其被布置在例如發(fā)送反相的兩個或一個振蕩信號的石英振蕩器和頻率變換或數(shù) 據(jù)處理單元之間。這種中間電路將低幅值振蕩信號——其可能是正弦的——轉(zhuǎn)換為至 少一個輸出脈沖信號。輸出脈沖信號在整個供電電壓范圍上延伸,并被定義為“軌到軌 (rail-to-rail)”的。頻率轉(zhuǎn)換單元可包含頻率合成器,或構(gòu)成例如GPS或藍(lán)牙等用于無線 電頻率信號的發(fā)送器或接收器的一部分,且數(shù)據(jù)處理單元可以部分地為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器 或DC-DC轉(zhuǎn)換器。當(dāng)這種類型的放大器電路與石英振蕩器結(jié)合用于在電子設(shè)備中供給至少一個時(shí) 鐘或時(shí)基信號時(shí),通常發(fā)生顯著的抖動降級或相位噪音劣化。這對電子儀器的正確工作是 有害的,并可能需要使用高功耗的電路來避免相位噪音降級。已知的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器電路結(jié)構(gòu)在圖1中示出。這種放大器電路能夠供給 軌到軌輸出信號0UT1。具有反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的這種類型的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器電路也在CH專利 No.689088(圖5)中示出,其用作石英振蕩器中的有源(active)極化裝置。圖1的放大器電路包含PM0S晶體管P3和P4的差動對,其中,兩個PM0S晶體管的 源極連接到電流源2。電流源2被連接到供電電壓源的高電位端子VDD,向PM0S晶體管的差 動對供給恒定的電流Io。第一 PM0S輸入晶體管P3的柵極構(gòu)成非反轉(zhuǎn)輸入XOTT,而第二 PM0S 輸入晶體管P4的柵極構(gòu)成放大器電路1的反轉(zhuǎn)輸入XIN。第一 PM0S輸入晶體管P3的漏極連接到與供電電壓源的低電位端子——例如 地——連接的第一電流鏡的二極管連接的NM0S晶體管N2。二極管連接的NM0S晶體管N2 的柵極連接到第一電流鏡的同樣的第二NM0S晶體管m的柵極,以便在第二NM0S晶體管m 中對經(jīng)過NM0S晶體管N2的電流進(jìn)行鏡像。第二 PM0S輸入晶體管P4的漏極連接到與供電 電壓源的低電位端子——例如地——連接的第二電流鏡的二極管連接的NM0S晶體管N3。 二極管連接的NM0S晶體管N3的柵極連接到第二電流鏡的同樣的第二 NM0S晶體管N4的柵 極,以便在第二 NM0S晶體管N4中對經(jīng)過NM0S晶體管N3的電流進(jìn)行鏡像。第二電流鏡的第二 NM0S晶體管N4的漏極連接到與供電電壓源的高電位端子VDD 連接的第三電流鏡的二極管連接的PM0S晶體管P2。此二極管連接的PM0S晶體管P2的柵 極被連接到第三電流鏡的第二PM0S晶體管P1的柵極,以便在同樣的第二PM0S晶體管P1中 對經(jīng)過二極管連接的PM0S晶體管P2的電流進(jìn)行鏡像。最后,第三電流鏡的第二 PM0S晶體管PI的漏極連接到第一電流鏡的第二 NM0S晶體管m的漏極,以便限定供給輸出信號0UT1 的輸出節(jié)點(diǎn)。當(dāng)在差動對的第二 PM0S晶體管P4的反轉(zhuǎn)輸入XIN上施加的電壓低于在差動對的 第一 PM0S晶體管P3的非反轉(zhuǎn)輸入XOTT上施加的電壓時(shí),來自電流源2的電流、經(jīng)過第二 和第三電流鏡。結(jié)果,輸出信號0UT1的電平接近供電電壓VDD。相反,當(dāng)施加在第一 PM0S 晶體管P3的非反轉(zhuǎn)輸入上的電壓低于施加到第二 PM0S晶體管P4的反轉(zhuǎn)輸入XIN上的 電壓時(shí),來自電流源2的電流經(jīng)過第一電流鏡。在這些條件下,輸出信號0UT1的電平接近 于地。然而,在差動對的各個PM0S晶體管P3與P4的導(dǎo)通閾值處,當(dāng)各個輸入XIN和XOTT的 電壓電平接近時(shí),一般存在顯著的相位噪音降級。這種相位噪音典型地在這時(shí)降級在反相 的兩個振蕩正弦信號分別施加在反轉(zhuǎn)輸入XIN和非反轉(zhuǎn)輸入XOTT的情況下,在差動對的兩個 PM0S晶體管之間導(dǎo)通轉(zhuǎn)換時(shí)。被連接到差動對的相應(yīng)PM0S晶體管的各個電流鏡中的電流一般不會在差動對的 PM0S晶體管之間導(dǎo)通轉(zhuǎn)換過程中迅速截止。非零的電流保持在正常應(yīng)當(dāng)處于非導(dǎo)通狀態(tài) 的電流鏡中,這減小了放大器增益,并允許在晶體管或在例如電源等的外部電路中產(chǎn)生的 噪音隨機(jī)地改變轉(zhuǎn)換的時(shí)刻。這導(dǎo)致信號相位噪音降級。因此,這構(gòu)成此放大器電路在用 于頻率合成器、無線電頻率信號接收器、模擬_數(shù)字轉(zhuǎn)換器或DC-DC轉(zhuǎn)換器等等之中時(shí)的缺 點(diǎn)o運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(0TA)的簡化實(shí)施例參照美國專利No. 6806744。此專利的放大 器電路僅僅具有連接到電流源——其連接到供電電壓源的高電位端子——并連接到一個 NM0S電流鏡——其連接到地——的一個PM0S晶體管差動對。鏡的NM0S晶體管和差動對的 PM0S晶體管之一之間的連接節(jié)點(diǎn)供給放大器電路輸出信號。然而,采用這種類型的結(jié)構(gòu),輸 出信號不能如同本發(fā)明中那樣軌對軌延伸。另外,沒有提供對相位噪音降級的避免,這構(gòu)成 了另一個缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的在于通過提供這樣的低噪音放大器電路來克服現(xiàn)有技術(shù)的缺 點(diǎn)其容易制造,并確保了將振蕩輸入信號轉(zhuǎn)換為至少一個軌到軌輸出脈沖信號。本發(fā)明因此涉及一種前述類型的放大器電路,其特征在于包含第一補(bǔ)充晶體管, 其具有第二類型的導(dǎo)電性、與第一電流鏡的二極管連接的晶體管并聯(lián)連接并以反轉(zhuǎn)器 (reverser)的方式與差動對的第一晶體管連接,其中,第一補(bǔ)充晶體管的柵極或基極連接 到差動對的第一晶體管的柵極或基極,且其特征在于包含第二補(bǔ)充晶體管,其具有第二類 型的導(dǎo)電性、與第二電流鏡的二極管連接的晶體管并聯(lián)連接并以反轉(zhuǎn)器的形式與差動對的 第二晶體管連接,其中,第二補(bǔ)充晶體管的柵極或基極連接到差動對的第二晶體管的柵極 或基極。根據(jù)本發(fā)明的放大器電路的一個優(yōu)點(diǎn)在于,其使相位噪音輕微降級以將放大器輸 入上的振蕩信號轉(zhuǎn)換為至少一個軌到軌輸出信號。由于補(bǔ)充晶體管,在差動對晶體管之間 導(dǎo)通轉(zhuǎn)換期間,特別是M0S型晶體管,第一或第二電流鏡的柵極電壓主動且更為迅速地降 低,這也保證了顯著的附加增益。這減少了相位噪音能被產(chǎn)生的時(shí)間。因此,進(jìn)入非導(dǎo)通狀 態(tài)的各個電流鏡中的電流迅速減小。
反相的振蕩信號——例如正弦信號——可來自石英振蕩器。放大器電路輸出信號 因此可構(gòu)成用于對例如頻率合成器、GPS或藍(lán)牙無線電頻率信號接收器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器或 DC/DC轉(zhuǎn)換器等電子設(shè)備的運(yùn)行提供時(shí)鐘的時(shí)鐘信號。有利的是,晶體管可以為M0S型晶體管。因此,采用差動對中的對應(yīng)的M0S晶體管, 補(bǔ)充M0S晶體管各自構(gòu)成一對反轉(zhuǎn)器,定義放大器電路的偽差動輸入。由于偽差動輸入的 對稱性,這也提供了用于轉(zhuǎn)換反相的振蕩信號的好的占空比。有利的是,第四電流鏡包含具有第一類型的導(dǎo)電性的二級管連接的晶體管,其在 供電電壓源的兩個端子之間直接連接到電流源。這種二極管連接的晶體管在第四鏡的第二 晶體管中對經(jīng)過其中的電流進(jìn)行鏡像。此第二晶體管的電流被供到差動對晶體管的發(fā)射極 或源極,這提供了好的電源電壓抑制比(PSRR)。晶體管優(yōu)選為M0S晶體管。有利的是,具有第一類型的導(dǎo)電性的M0S晶體管的差動對包含PM0S晶體管。第一 與第二電流鏡為具有第二類型的導(dǎo)電性的NM0S晶體管。第三和第四電流鏡為PM0S晶體管。 最后,兩個補(bǔ)充晶體管為NM0S晶體管。有利的是,反轉(zhuǎn)器在放大器電路輸出上提供,用于供給反轉(zhuǎn)的輸出信號。此反轉(zhuǎn)器 將第一與第三電流鏡的第二晶體管的漏極或集電極的高阻抗連接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為低阻抗輸出信號。有利的是,放大器電路的M0S晶體管被配置為,在輸入上接受反相的振蕩信號,其 可以為高于10MHz的頻率,例如16MHz,并供給反轉(zhuǎn)的放大輸出信號,其可被用作用于電子 設(shè)備運(yùn)行的時(shí)鐘或定時(shí)信號。所測量和產(chǎn)生的從振蕩輸入信號頻率移動的相位噪音可能比 現(xiàn)有技術(shù)的放大器電路結(jié)構(gòu)中的小10dB以上。
由下面的基于非限制性實(shí)施例且由附圖示出的介紹,將會明了低噪音放大器電路 的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征,在附圖中已經(jīng)提到,圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的放大器電路的實(shí)施例;圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的放大器電路的第一實(shí)施例;以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的放大器電路的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在下面的介紹中,放大器電路的對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說公知的元件將僅僅以簡 化的方式涉及,特別是關(guān)于放大器電路的各個晶體管是如何制造的。本發(fā)明的放大器電路 主要用于在電子設(shè)備中基于來自石英振蕩器的反相的振蕩信號供給至少一個時(shí)鐘或時(shí)基 信號。下面介紹的晶體管優(yōu)選為M0S晶體管,但是,也可想到用雙極型晶體管或M0S與雙極 型晶體管的組合來制造放大器電路。在這一點(diǎn)上,注意,下面介紹的各個PM0S晶體管定義 了具有第一類型的導(dǎo)電性的M0S晶體管,而各個NM0S晶體管定義了具有第二類型的導(dǎo)電性 的M0S晶體管,但也可想到相反的情況。圖2示出了低噪音放大器電路1的第一實(shí)施例。此電路為運(yùn)算跨導(dǎo)放大器電路 (0TA)。本發(fā)明的放大器電路主要基于上面介紹且在圖1中示出的放大器電路的結(jié)構(gòu)。放大器電路1因此首先包含PM0S晶體管P3與P4的差動對。差動對的PM0S晶體管的源極被連接為接收經(jīng)由電流源3產(chǎn)生的恒定電流差動對的第一 PM0S晶體管P3的 柵極限定了非反轉(zhuǎn)輸入XOTT,而所述對的第二PM0S晶體管P4的柵極限定了反轉(zhuǎn)輸入XIN。差 動對的第一 PM0S晶體管P3的一個漏極直接連接到第一電流鏡的第一二極管連接的NM0S 晶體管N2。第一二極管連接的NM0S晶體管N2的源極直接連接到供電電壓源VDD的低電位 端子,特別是連接到地。差動對的第二 PM0S晶體管P4的一個漏極直接連接到第二電流鏡 的第一二極管連接的NM0S晶體管N3。第一二極管連接的NM0S晶體管N3的源極直接連接 到地。第三電流鏡的第一二極管連接的PM0S晶體管P2被連接到第二電流鏡的第二NM0S 晶體管N4的漏極,其柵極連接到第一二極管連接的NM0S晶體管N3的柵極和漏極。第二 NM0S晶體管N4的源極直接連接到地,而第三電流鏡的第一二極管連接的PM0S晶體管P2的 源極直接連接到供電電壓源的高電位端子VDD。經(jīng)過第一二極管連接的NM0S晶體管N3的 電流因此可在第二電流鏡的第二 NM0S晶體管N4中鏡像,從而經(jīng)過第三電流鏡的第一 PM0S 晶體管P2。第三電流鏡還包含第二 PM0S晶體管P1,其柵極連接到第一二極管連接的PM0S 晶體管P2的柵極和漏極,且其源極連接到高電位端子VDD。經(jīng)過第一二極管連接的PM0S晶 體管P2的電流因此可在第二 PM0S晶體管P1中鏡像。第三電流鏡的第二 PM0S晶體管P1的漏極連接到第一電流鏡的第二 NM0S晶體管 N1的漏極,以便限定放大器電路的第一輸出0UT1。第一電流鏡的第二 NM0S晶體管m的柵 極連接到第一二極管連接的NM0S晶體管N2的柵極和漏極,而第二 NM0S晶體管附的源極 直接連接到地。因此,第三電流鏡在供電電壓源VDD的兩個端子之間與第一電流鏡并與第二 電流鏡串聯(lián)連接。這允許第一輸出信號0UT1軌到軌變化。電流源3連接到地,其供給具有確定值——例如在幾個微安左右——的極化電流 IP。電流源3串聯(lián)連接到第四電流鏡的第一二極管連接的PM0S晶體管P5。第一二極管連 接的PM0S晶體管P5的源極連接到供電電壓源的高電位端子VDD。第四電流源還包含第二 PM0S晶體管P6,其柵極連接到第一二極管連接的PM0S晶體管P5的柵極和漏極,其源極連 接到高電位端子VDD。經(jīng)過第一二極管連接的PM0S晶體管P5的電流IP因此可在第二 PM0S 晶體管P6中鏡像,以便向差動對的PM0S晶體管的源極供給具有確定值的恒定電流由 于具有供給恒定電流Io的第二 PMOS晶體管P6的第四電流鏡,可以獲得好的電源電壓抑制 比。此第二 PMOS晶體管P6因此允許與電力供給軌的較小的耦合,這具有減小電力噪音的 作用。為了如本發(fā)明所尋求獲得的那樣對放大器電路相位噪音非常輕微地降級,所述放 大器電路還包含兩個補(bǔ)充NMOS晶體管N6和N7。第一補(bǔ)充NMOS晶體管N6與第一電流鏡的 第一二極管連接的NMOS晶體管N2并聯(lián)連接。此第一補(bǔ)充NM0S晶體管N6的源極因此連接 到地,其漏極連接到第一 NM0S晶體管N2的柵極和漏極以及差動對的第一 PM0S晶體管P3 的漏極。第一補(bǔ)充NM0S晶體管N6的柵極連接到該對的第一 PM0S晶體管P3的柵極,其構(gòu) 成放大器電路1的非反轉(zhuǎn)輸入XOTT。因此,此第一補(bǔ)充NMOS晶體管N6與差動對的第一 PM0S 晶體管P3的組合構(gòu)成反轉(zhuǎn)器電路。第二補(bǔ)充NM0S晶體管N7與第二電流鏡的第一二極管連接的NM0S晶體管N3并聯(lián) 連接。此第二補(bǔ)充NM0S晶體管N7的源極因此連接到地,其漏極連接到第一 NM0S晶體管N3 的柵極和漏極以及差動對的第二 PM0S晶體管P4的漏極。第二補(bǔ)充NM0S晶體管N7的柵極連接到該對的第二 PM0S晶體管P4的柵極,其構(gòu)成放大器電路1的反轉(zhuǎn)輸入XIN。因此,此 第二補(bǔ)充NM0S晶體管N7與差動對的第二 PM0S晶體管P4的組合構(gòu)成另一反轉(zhuǎn)器電路。由于補(bǔ)充NM0S晶體管N6和N7,此裝置防止了放大器電路相位噪音的顯著降級或 任何顯著的抖動。被供到放大器電路的輸入XIN和XotT的反相的振蕩信號因此可被變換以 獲得能夠軌到軌延伸的至少一個輸出脈沖信號0UT1。由于反轉(zhuǎn)器對的輸入的對稱性,也可 獲得好的占空比。在差動對的PM0S晶體管P3和P4之間導(dǎo)通轉(zhuǎn)換過程中,第一或第二電流 鏡的柵極電壓主動且更為迅速地下降。因此,必須變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)的各個電流鏡中的電流 迅速下降,這防止了產(chǎn)生任何顯著的相位噪音。這些補(bǔ)充NM0S晶體管N6和N7也保證了放 大器電路1的顯著的附加增益。放大器電路1可由連續(xù)的供電電壓源(未示出)——其可以為電池——供電。此 供電電壓源的高電位VDD的值可被選擇為在例如1. 5和2V之間。為了在P硅襯底中制造放大器電路1的M0S晶體管,例如,差動對的PM0S晶體管 P3和P4的井(well)可被連接到源端子。相比于井被直接連接到供電電壓VDD的高電位端 子時(shí),這進(jìn)一步增大了放大器電路增益。然而,NM0S晶體管井直接連接到地。為了更為清楚地顯示具有補(bǔ)充NM0S晶體管N6和N7的放大器電路1的優(yōu)點(diǎn),參照 下面的表。對于圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的放大器電路以及圖2所示根據(jù)本發(fā)明的放大器電路, 此表以dBc/Hertz為單位來比較相位噪音(1Hz帶寬的噪音功率和載波信號功率之間的比, 用分貝數(shù)表達(dá))。來自石英振蕩器的振蕩信號的頻率高于10MHz,優(yōu)選為等于16MHz。并對 于每個移動頻率在1Hz的帶寬內(nèi)對相對于振蕩信號中心頻率移動的多種頻率比較相位噪 音。因此,可以看到,根據(jù)本發(fā)明的放大器電路的相位噪音一般比現(xiàn)有技術(shù)的放大器電路的 噪音低10dB以上。這為本發(fā)明的放大器電路1給出了集成到電子設(shè)備中以提供用于所述 設(shè)備的定時(shí)運(yùn)行的時(shí)鐘輸出信號的非常明顯的優(yōu)點(diǎn)。 除了補(bǔ)充NM0S晶體管N6和N7,本發(fā)明的放大器電路包含用于供給反轉(zhuǎn)輸出信號 OUT的電路輸出上的反轉(zhuǎn)器。此反轉(zhuǎn)器由在供電電壓VDD的兩個端子之間與PM0S晶體管P7 串聯(lián)連接的NM0S晶體管N5構(gòu)成。反轉(zhuǎn)器的兩個M0S晶體管的柵極連接到第一與第三電流 鏡的第二 NM0S和PM0S晶體管m和P1的漏極,反轉(zhuǎn)器的兩個M0S晶體管的漏極供給反轉(zhuǎn) 的輸出信號OUT。此反轉(zhuǎn)器將第一與第三電流鏡的第二 M0S晶體管的漏極的高阻抗連接節(jié) 點(diǎn)0UT1轉(zhuǎn)換為低阻抗輸出信號。各個電流鏡的各個M0S晶體管可具有同樣的大小。然而,在某些電流鏡中,也可以想到制造與第二M0S晶體管不同大小的第一 M0S晶體管,以便對電流進(jìn)行鏡像,其為電流鏡 的M0S晶體管的大小的函數(shù)。一般而言,差動對的PM0S晶體管具有相比于放大器電路1的 其他M0S晶體管相對較大的大小。然而,也可以想到制造低功率放大器電路,其仍然以高于 10MHz的頻率運(yùn)行。圖3示出了低噪音反大器電路1的第二實(shí)施例。由于放大器電路的此第二實(shí)施例 非常類似于第一實(shí)施例,為簡化起見,與圖2所示具有相同參考標(biāo)號的元件不再介紹。放大器電路1的第二實(shí)施例的唯一不同在放大器電路輸入處添加了電容器C1與 C2以及電阻器R1與R2。放大器電路輸入上的DC電壓等級必須不太高,以便保證補(bǔ)充NM0S 晶體管N6和N7以低反轉(zhuǎn)運(yùn)行——如果可能的話——以獲得最大的增益。一般地,如果放 大器電路輸入信號為來自Pierce石英振蕩器的振蕩信號,DC電平接近于閾值NM0S電壓, 補(bǔ)充NM0S晶體管N6與N7以低反轉(zhuǎn)運(yùn)行,因此,圖2的第一實(shí)施例是足夠的。然而,在其他 的應(yīng)用中,可能必須考慮顯著的DC電壓等級,這需要添加電容器C1與C2以及電阻器R1與 R2。第一電阻器R1因此布置在差動對的第一晶體管P3以及第一補(bǔ)充NM0S晶體管N6 的柵極與漏極之間。第一電容器C1布置在非反轉(zhuǎn)輸入上,具有第一電極以及用于在非反轉(zhuǎn) 輸入上接收第一振蕩信號的第二電極XOTT,第一電極連接到第一 PM0S晶體管P3和第一補(bǔ)充 NM0S晶體管N6的柵極。第二電阻器R2布置在差動對的第二 PM0S晶體管P4以及第二補(bǔ) 充NM0S晶體管N7的柵極和漏極之間。第二電容器C2布置在反轉(zhuǎn)輸入上,具有第一電極和 用于在反轉(zhuǎn)輸入上接收第二振蕩信號的第二電極XIN,第一電極連接到第二 PM0S晶體管P4 和第二補(bǔ)充NM0S晶體管N7的柵極,第二振蕩信號與第一振蕩信號反相。各個電阻器R1與 R2的電阻值一般必須具有比PM0S晶體管P3與P4的輸入阻抗高的值。此電阻值可被選擇 為在470k0hm或IMOhm左右。各個電容器C1與C2的電容值在理論上必須具有相比于差動 對的輸入阻抗較低的阻抗值。如果各個PM0S晶體管P3與P4的柵極上的電容值在200fF 左右,電容器C1與C2的電容值可以在2pF左右。這意味著,差動對的PM0S晶體管的柵極 上的輸入信號電壓沒有太大地降低。這些電阻和電容值也作為振蕩信號頻率——其可以在 16MHz左右——的函數(shù)決定。上面介紹的放大器電路可有利地以集成形式以0. 25 um,0. 18 u m或其他CMOS技 術(shù)在P摻雜的硅襯底上制造。這提供了低噪音和低功率放大器電路。應(yīng)當(dāng)注意,圖2、3所示的實(shí)施例也可使用雙極型晶體管或雙極型與MOS(BiCMOS) 晶體管的組合來制造。對于具有雙極型晶體管的實(shí)施例,電流源可與輸出反轉(zhuǎn)器的晶體管 串聯(lián)連接,如果供電電壓過高的話。在使用雙極型晶體管制造的放大器電路的情況下,所述 放大器電路所產(chǎn)生的相位噪音一般低于用M0S晶體管制造的放大器電路的。然而,采用雙 極形晶體管,放大器電路可為高電力消耗器。對于上面給出的介紹,本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的 情況下可想到低相位噪音放大器電路的幾種變形。放大器電路也可用NM0S晶體管的差動 對、具有PM0S晶體管的第一與第二電流鏡、具有NM0S晶體管的第三和第四電流鏡以及補(bǔ)充 PM0S晶體管制造。
權(quán)利要求
一種放大器電路(1),其包含輸入上的具有第一類型的導(dǎo)電性的晶體管(P3,P4)的差動對,其中,該對的各個晶體管的源極或發(fā)射極被連接為接收由電流源(I0,3)所產(chǎn)生的電流,該對的第一晶體管(P3)的柵極或基極限定了非反轉(zhuǎn)輸入(XOUT),該對的第二晶體管(P4)的柵極或基極限定反轉(zhuǎn)輸入(XIN),差動對的第一晶體管(P3)的漏極或集電極連接到第一電流鏡(N1,N2)的具有第二類型的導(dǎo)電性的二極管連接的晶體管(N2),差動對的第二晶體管(P4)的漏極或集電極連接到第二電流鏡(N3,N4)的具有第二類型的導(dǎo)電性的二極管連接的晶體管(N3),第三電流鏡的具有第一類型的導(dǎo)電性的二極管連接的晶體管(P2)連接到第二電流鏡的具有第二類型的導(dǎo)電性的第二晶體管(N4)的漏極或集電極,而第三電流鏡的具有第一類型的導(dǎo)電性的第二晶體管(P1)的漏極或集電極連接到第一電流鏡的具有第二類型的導(dǎo)電性的第二晶體管(N1)的漏極或集電極,以便限定放大器電路的輸出(OUT1),第三電流鏡在供電電壓源(VDD)的兩個端子之間與第一電流鏡并與第二電流鏡串聯(lián)連接,以便允許輸出信號(OUT1)軌到軌運(yùn)行,其特征在于包含第一補(bǔ)充晶體管(N6),第一補(bǔ)充晶體管(N6)具有第二類型的導(dǎo)電性、與第一電流鏡的二極管連接的晶體管(N2)并聯(lián)連接并以反轉(zhuǎn)器的方式與差動對的第一晶體管(P3)連接,其中,第一補(bǔ)充晶體管的柵極或基極連接到差動對的第一晶體管的柵極或基極,且其特征在于包含第二補(bǔ)充晶體管(N7),第二補(bǔ)充晶體管(N7)具有第二類型的導(dǎo)電性、與第二電流鏡的二極管連接的晶體管(N3)并聯(lián)連接并以反轉(zhuǎn)器的形式與差動對的第二晶體管(P4)連接,其中,第二補(bǔ)充晶體管的柵極或基極連接到差動對的第二晶體管的柵極或基極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路(1),其特征在于包含第四電流鏡,第四電流鏡包含二 級管連接的晶體管(P5)以及第二晶體管(P6),二級管連接的晶體管(P5)具有第一類型的 導(dǎo)電性,并在供電電壓(VDD)的兩個端子之間串聯(lián)連接到電流源(3),第二晶體管(P6)具有 第一類型的導(dǎo)電性,并連接到二極管連接的晶體管,以便以特定的比例對電流源的電流進(jìn) 行鏡像,以便將鏡像的電流供到差動對的晶體管(P3,P4)的源極或發(fā)射極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路(1),其特征在于,差動對的第一與第二晶體管為PM0S 晶體管,且其特征在于,第一與第二電流鏡的晶體管為NM0S晶體管,其源極連接到供電電 壓源(VDD)的低電位端子,且其特征在于,第三和第四電流鏡的晶體管為PM0S晶體管,其源 極連接到供電電壓源(VDD)的高電位端子,且其特征在于,第一與第二補(bǔ)充晶體管為NM0S晶 體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路(1),其特征在于包含反轉(zhuǎn)器(N5,P7),反轉(zhuǎn)器(N5, P7)由在供電電壓(VDD)的兩個端子之間與PM0S晶體管(P7)串聯(lián)連接的NM0S晶體管(N5) 構(gòu)成,其中,反轉(zhuǎn)器的兩個M0S晶體管的柵極連接到第一與第三電流鏡的第二晶體管(N1, P1)的漏極或集電極,反轉(zhuǎn)器的兩個晶體管的漏極供給反轉(zhuǎn)的輸出信號(OUT)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路(1),其特征在于包含布置在差動對的第一M0S晶體 管(P3)與第一補(bǔ)充晶體管(N6)的柵極和漏極之間的第一電阻器(R1);布置在差動對的第 二 M0S晶體管(P4)和第二補(bǔ)充晶體管(N7)的柵極和漏極之間的第二電阻器(R2),以便保 證補(bǔ)充晶體管以低反轉(zhuǎn)運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的放大器電路(1),其特征在于包含第一電容器(C1),其第一電極 連接到差動對的第一 M0S晶體管(P3)的柵極,第二電極(Xom)被提供為接收第一振蕩信號;第二電容器(C2),其第一電極連接到差動對的第二M0S晶體管(P4)的柵極,第二電極(XIN) 被提供為接收與第一振蕩信號反相的第二振蕩信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路(1),其特征在于,電路的M0S晶體管被配置為允許分 別被供到電路的反轉(zhuǎn)輸入(XIN)和非反轉(zhuǎn)輸入(XOTT)的處于高于10MHz的頻率的反相的兩 個振蕩正弦信號轉(zhuǎn)換為至少一個軌到軌輸出脈沖信號(0UT1,OUT)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路,其特征在于,電路的M0S晶體管被配置為,對于大約 16MHz的電路輸入上的振蕩信號頻率,相比于由不具有任何補(bǔ)充M0S晶體管(N6,N7)的結(jié) 構(gòu)所產(chǎn)生的噪音,以至少10dB降低相位噪音。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路(1),其特征在于,差動對的M0S晶體管(P3,P4)為 PM0S晶體管,其井被電氣連接到源,以便增大放大器電路增益。
全文摘要
放大器電路(1)包含輸入上的PMOS晶體管(P3,P4)的差動對,其源極從電流源(3)接收電流。該對的第一晶體管(P3)的柵極限定了非反轉(zhuǎn)輸入(XOUT),該對的第二晶體管(P4)的柵極限定反轉(zhuǎn)輸入(XIN)。差動對的第一晶體管(P3)的漏極被連接到第一電流鏡(N1,N2)的二極管連接的NMOS晶體管(N2),差動對的第二晶體管(P4)的漏極被連接到第二電流鏡(N3,N4)的二極管連接的NMOS晶體管(N3),第三電流鏡的二極管連接的晶體管(P2)連接到第二電流鏡的第二NMOS晶體管(N4)的漏極,而第三電流鏡的第二PMOS晶體管(P1)的漏極連接到第一電流鏡的第二NMOS晶體管(N1)的漏極,以便限定第一輸出(OUT1),其由反轉(zhuǎn)器(N5,P7)反轉(zhuǎn),以便供給能夠軌到軌變化的反轉(zhuǎn)輸出信號(OUT)。第一補(bǔ)充NMOS晶體管(N6)以反轉(zhuǎn)器的方式與差動對的第一PMOS晶體管(P3)連接,第二補(bǔ)充NMOS晶體管(N7)以反轉(zhuǎn)器的形式與差動對的第二MOS晶體管(P4)連接。
文檔編號H03F3/45GK101860332SQ20101015945
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者C·貝拉斯克斯 申請人:斯沃奇集團(tuán)研究和開發(fā)有限公司