差分放大器的制造方法
【專利摘要】本
【發(fā)明內(nèi)容】
的方面提供了一種差分放大器。該差分放大器包括第一對互補(bǔ)晶體管、第二對互補(bǔ)晶體管以及電流源。第一對互補(bǔ)晶體管的第一控制端子耦合至差分放大器的第一輸入節(jié)點(diǎn)，并且第一對互補(bǔ)晶體管的第一驅(qū)動(dòng)端子耦合至差分放大器的第一輸出節(jié)點(diǎn)以用于驅(qū)動(dòng)分在。第二互補(bǔ)晶體管的第二控制端子耦合至差分放大器的第二輸入節(jié)點(diǎn)，并且第二對互補(bǔ)晶體管的第二驅(qū)動(dòng)端子耦合至差分放大器的第二輸出節(jié)點(diǎn)。電流源被配置為維持流經(jīng)第一對互補(bǔ)晶體管和第二對互補(bǔ)晶體管的基本恒定的總電流。
【專利說明】差分放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容要求于2011年11月2日提交的美國臨時(shí)申請第61/554,907號“Efficient High Speed Amplifiers”以及于2012年2月22日提交的美國臨時(shí)申請第61/601，912號“Efficient High Speed Amplifiers”的權(quán)益,其以引用的方式而整體結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0002]本文中所提供的【背景技術(shù)】描述是出于一般性地給出本公開內(nèi)容的背景的目的。從【背景技術(shù)】章節(jié)所描述的工作的程度而言，本發(fā)明人的工作以及不可以另外地認(rèn)定為是提交時(shí)間時(shí)的現(xiàn)有技術(shù)的本描述的方面并未明顯地也未隱含地被承認(rèn)為本公開內(nèi)容的現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]差分放大器通常包括一對匹配的晶體管，諸如一對匹配的雙極晶體管、一對匹配的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管等。在一個(gè)示例中，差分放大器包括與電流源耦合的一對匹配的N型MOS晶體管以及兩個(gè)負(fù)載部件。具體地，兩個(gè)N型MOS晶體管的源極端子被耦合在一起并且被耦合至電流源。兩個(gè)N型MOS晶體管的漏極端子分別被耦合至兩個(gè)負(fù)載部件。差分放大器在兩個(gè)N型MOS晶體管的柵極端子處接收一對差分輸入，并且從兩個(gè)N型MOS晶體管的漏極端子生成一對差分輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開內(nèi)容的方面提供了一種差分放大器。該差分放大器包括第一對互補(bǔ)晶體管、第二對互補(bǔ)晶體管以及電流源。第一對互補(bǔ)晶體管的第一控制端子耦合至差分放大器的第一輸入節(jié)點(diǎn)，并且第一對互補(bǔ)晶體管的第一驅(qū)動(dòng)端子耦合至差分放大器的第一輸出節(jié)點(diǎn)以用于驅(qū)動(dòng)分在。第二互補(bǔ)晶體管的第二控制端子耦合至差分放大器的第二輸入節(jié)點(diǎn)，并且第二對互補(bǔ)晶體管的第二驅(qū)動(dòng)端子耦合至差分放大器的第二輸出節(jié)點(diǎn)。電流源被配置為維持流經(jīng)第一對互補(bǔ)晶體管和第二對互補(bǔ)晶體管的基本恒定的總電流。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，該電流源是第一電流源。該差分放大器進(jìn)一步包括第二電流源，并且第一電流源和第二電流源分別被配置為維持來自高電壓源的第一基本恒定電流以及來自低電壓源的第二基本恒定電流。
[0006]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面，該差分放大器包括共模反饋電路，被配置為抑制第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)處的共模響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，共模反饋電路被配置為參照基準(zhǔn)電壓來維持第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)處的共模水平。在一個(gè)示例中，基準(zhǔn)電壓生成器被配置為基于二極管連接的第三對互補(bǔ)晶體管來生成基準(zhǔn)電壓。第三對互補(bǔ)晶體管具有與第一對和第二對相匹配的特性。
[0007]進(jìn)一步地，在一個(gè)實(shí)施例中，基準(zhǔn)電壓生成器被配置為生成去往電壓調(diào)節(jié)器的反饋信號，以使得電壓調(diào)節(jié)器能夠基于反饋信號來調(diào)整去往差分放大器的供電電壓。在一個(gè)示例中，該電壓調(diào)節(jié)器在與該差分放大器相同的集成電路(IC)芯片上。在另一個(gè)示例中，該電壓調(diào)節(jié)器在包括該差分電壓器的集成電路(IC)芯片的外部。
[0008]進(jìn)一步地，在一個(gè)實(shí)施例中，該差分電壓器包括可調(diào)整的電阻部件，被配置為調(diào)整該差分放大器的增益。
[0009]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面，該負(fù)載包括分別耦合至輸出節(jié)點(diǎn)的第一電流源負(fù)載和第二電流源負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電流源負(fù)載和第二電流源負(fù)載使用同一類型的晶體管。進(jìn)一步地，該負(fù)載包括具有與第一電流源負(fù)載互補(bǔ)類型的第三電流源負(fù)載以及與第二電流源負(fù)載互補(bǔ)類型的第四電流源負(fù)載。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，第一對互補(bǔ)晶體管包括第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管和第一 N型MOS晶體管，第一控制端子是第一 P型MOS晶體管和第一 N型MOS晶體管的柵極端子，并且第一驅(qū)動(dòng)端子是第一 P型MOS晶體管和第一 N型MOS晶體管的漏極端子。第二對互補(bǔ)晶體管包括第二 P型MOS晶體管和第二 N型MOS晶體管，第二控制端子是第二 P型MOS晶體管和第二 N型MOS晶體管的柵極端子，并且第二驅(qū)動(dòng)端子是第二 P型MOS晶體管和第二 N型MOS晶體管的漏極端子。
[0011]本公開內(nèi)容的方面提供了一種電路。該電路包括一對互補(bǔ)晶體管，被配置為具有與差分放大器中的互補(bǔ)晶體管對相匹配的特性。進(jìn)一步地，該電路包括反饋信號生成電路，被配置為基于該對互補(bǔ)晶體管上的電壓降來生成反饋信號。該反饋信號被用于調(diào)整去往差分放大器的供電電壓。
[0012]本公開內(nèi)容的方面提供了另一種電路。該電路包括第一電流源負(fù)載以及與該第一電流源負(fù)載互補(bǔ)的第二電流源負(fù)載。第一電流源負(fù)載和第二電流源負(fù)載被配置為用作對于差分放大器中的第一對互補(bǔ)晶體管的負(fù)載。該電路還包括第三電流源負(fù)載和與該第三電流源負(fù)載互補(bǔ)的第四電流源負(fù)載。第三電流源負(fù)載和第四電流源負(fù)載被配置為用作對于差分放大器中的第二對互補(bǔ)晶體管的負(fù)載。
[0013]本公開內(nèi)容的方面提供了一種方法。該方法包括在差分放大器的第一輸入節(jié)點(diǎn)和第二輸入節(jié)點(diǎn)處接收一對差分輸入信號。第一輸入節(jié)點(diǎn)控制第一對N型和P型晶體管的控制端子，并且第二輸入節(jié)點(diǎn)控制第二對N型和P型晶體管的控制端子。進(jìn)一步地，該方法包括維持流經(jīng)具有同一類型的晶體管的基本恒定的總電流以及用由兩種類型的晶體管所控制的電流來驅(qū)動(dòng)耦合在差分放大器的第一輸出節(jié)點(diǎn)與第二輸出節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]將參照附圖，詳細(xì)描述被提出作為示例的本公開內(nèi)容的各種實(shí)施例，其中相似標(biāo)號指代相似元件，并且其中:
[0015]圖1A-1C示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的差分放大器的圖；
[0016]圖2A-2B示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的具有共模反饋的差分放大器的圖；
[0017]圖3A示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的基準(zhǔn)電壓生成器的圖；
[0018]圖3B示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的差分放大器的級聯(lián)；
[0019]圖4A示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的另一個(gè)基準(zhǔn)電壓生成器的圖；
[0020]圖4B示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的使用圖4A的基準(zhǔn)電壓生成器的差分放大器的圖；
[0021]圖5示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)器；[0022]圖6A和6B示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的使用外部電壓調(diào)節(jié)器的圖；
[0023]圖7示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的具有退化電阻器的差分放大器的圖；
[0024]圖8示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的具有輸出電阻器的差分放大器的圖；
[0025]圖9A示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的負(fù)載電路的圖；
[0026]圖9B示出具有圖9A的負(fù)載電路的差分放大器的圖；以及
[0027]圖10示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的概括過程示例1000的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1A示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的差分放大器100的圖。差分放大器100包括一對匹配的互補(bǔ)晶體管對102和104、電流源106a和106b、以及負(fù)載電路109。這些元件如圖1A所示的被耦合在一起。
[0029]在圖1A示例中，互補(bǔ)晶體管對102包括耦合在一起的N型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管NI和P型MOS晶體管P1，并且互補(bǔ)晶體管對104包括耦合在一起的N型MOS晶體管N2和P型MOS晶體管P2。具體地，晶體管NI和Pl的柵極端子一起被耦合至對第一輸入節(jié)點(diǎn)inp (非反相輸入)，并且晶體管N2和P2的柵極端子一起被耦合至第二輸入節(jié)點(diǎn)irirn(反相輸入)；晶體管NI和Pl的漏極端子一起被耦合至第一輸出節(jié)點(diǎn)outm并且晶體管N2和P2的漏極端子一起被耦合至第二輸出節(jié)點(diǎn)outp。
[0030]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面，N型晶體管NI和N2是匹配的晶體管，并且P型晶體管Pl和P2是匹配的晶體管。在一個(gè)示例中，晶體管NI和N2在層中被形成具有基本相同的模式，因此晶體管NI和N2具有基本相同的摻雜(doping)、相同大小、相同定向等，并且因此具有基本相同的晶體管特征。類似地，晶體管Pl和P2在層中被形成具有基本相同的模式，因此晶體管Pl和P2具有基本相同的摻雜、相同大小、相同定向等，并且因此具有基本相同的晶體管特征。
[0031]進(jìn)一步地，晶體管Pl和P2的源極端子一起被耦合至電流源106a，并且晶體管NI和N2的源極端子一起被耦合至電流源106b。在一個(gè)實(shí)施例中，電流源106a和106b提供偏置電流以在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下偏置晶體管P1、P2、N1和N2。在一個(gè)示例中，電流源106a向晶體管Pl和P2提供相對恒定的總電流Itail up，并且電流源106b向晶體管NI和N2提供相對恒定的總電流Itail—dn。流經(jīng)P型MOS晶體管Pl和P2的電流Ipi和Ip2之和等于Itail up并且是基本恒定的。類似地，流經(jīng)N型MOS晶體管NI和N2的電流Ini和In2之和等于Itail—dn并且是基本恒定的。在一個(gè)不例中，Itail—up基本等于Itail—dn。
[0032]在操作期間，輸入節(jié)點(diǎn)inp和inm接收一對差分輸入信號，一對匹配的互補(bǔ)晶體管對102和104對差分輸入信號進(jìn)行放大，并且驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路109。因此，輸出節(jié)點(diǎn)outm和OUtp生成一對差分輸出信號。
[0033]具體地，在一個(gè)示例中，當(dāng)一對差分輸入信號的電壓差(AVin)變得更大時(shí)，輸入節(jié)點(diǎn)inp上的電壓變得更大，并且輸入節(jié)點(diǎn)inm上的電壓變得更小。輸入節(jié)點(diǎn)inp上更大的電壓使得流經(jīng)晶體管NI的電流(Ini)更大，并且還使得流經(jīng)晶體管Pl的電流(Ipi)更小。然而，流入到輸出節(jié)點(diǎn)outm的負(fù)載電流(1m)變得更大。輸入節(jié)點(diǎn)inm上更小的電壓使得流經(jīng)晶體管N2的電流(In2)更小，并且還使得流經(jīng)晶體管P2的電流(Ip2)更大。然后，流出輸出節(jié)點(diǎn)OUtp的負(fù)載電流(1p)變得更大。在一個(gè)示例中，負(fù)載電流1m與負(fù)載電流1p相同。更大的負(fù)載電流然后使得輸出節(jié)點(diǎn)outm和outp上的一對差分輸出信號的電壓差更大。
[0034]根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例，N型晶體管(NI和N2)以及P型晶體管(Pl和P2)兩者均對信號放大有貢獻(xiàn)。在一個(gè)示例中，制造過程用針對相同電流密度的大致相同的跨導(dǎo)(trans-conductance)，來生產(chǎn)P型MOS晶體管NI和N2以及P型MOS晶體管Pl和P2。因此，當(dāng)N型MOS晶體管NI和N2以及P型MOS晶體管Pl和P2具有相同寬度和長度時(shí)，晶體管N1、N2、Pl和P2具有大致相同的跨導(dǎo)(gm)，然后，差分放大器100的有效跨導(dǎo)可以被表示為公式I
【權(quán)利要求】
1.一種差分放大器，包括: 第一對互補(bǔ)晶體管，具有耦合至所述差分放大器的第一輸入節(jié)點(diǎn)的第一控制端子和耦合至所述差分放大器的第一輸出節(jié)點(diǎn)用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的第一驅(qū)動(dòng)端子； 第二對互補(bǔ)晶體管，具有耦合至所述差分放大器的第二輸入節(jié)點(diǎn)的第二控制端子和耦合至所述差分放大器的第二輸出節(jié)點(diǎn)用于驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載的第二驅(qū)動(dòng)端子；以及 電流源，被配置為維持流經(jīng)所述第一對互補(bǔ)晶體管和所述第二對互補(bǔ)晶體管的基本恒定的總電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分放大器，其中所述電流源是第一電流源，所述差分放大器進(jìn)一步包括第二電流源，并且所述第一電流源和所述第二電流源分別被配置為維持來自高電壓源的第一基本恒定電流以及來自低電壓源的第二基本恒定電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分放大器，進(jìn)一步包括: 共模反饋電路，被配置為抑制所述第一輸出節(jié)點(diǎn)和所述第二輸出節(jié)點(diǎn)處的共模響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的差分放大器，其中所述共模反饋電路被配置為參照基準(zhǔn)電壓來維持所述第一輸出節(jié)點(diǎn)和所述第二輸出節(jié)點(diǎn)處的共模水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的差分放大器，進(jìn)一步包括: 基準(zhǔn)電壓生成器，被配置為基于二極管連接的第三對互補(bǔ)晶體管來生成所述基準(zhǔn)電 壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的差分放大器，其中所述第三對互補(bǔ)晶體管具有與所述第一對和所述第二對相匹配的特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的差分放大器，其中所述基準(zhǔn)電壓生成器被配置為生成去往電壓調(diào)節(jié)器的反饋信號，以使得所述電壓調(diào)節(jié)器能夠基于所述反饋信號來調(diào)整去往所述差分放大器的供電電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的差分放大器，其中所述反饋信號被提供至在與所述差分放大器相同的集成電路(IC)芯片上的所述電壓調(diào)節(jié)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的差分放大器，其中所述反饋信號被提供至在包括所述差分放大器的集成電路(IC)芯片外部的所述電壓調(diào)節(jié)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分放大器，進(jìn)一步包括: 可調(diào)整的電阻部件，被配置為調(diào)整所述差分放大器的增益。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分放大器，其中所述負(fù)載包括分別耦合至所述輸出節(jié)點(diǎn)的第一電流源負(fù)載和第二電流源負(fù)載。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的差分放大器，其中所述第一電流源負(fù)載和所述第二電流源負(fù)載使用同一類型的晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的差分放大器，其中所述負(fù)載包括具有與所述第一電流源負(fù)載互補(bǔ)類型的第三電流源負(fù)載以及與所述第二電流源負(fù)載互補(bǔ)類型的第四電流源負(fù)載。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分放大器，其中所述第一對互補(bǔ)晶體管包括第一P型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管和第一 N型MOS晶體管，所述第一控制端子是所述第一 P型MOS晶體管和所述第一 N型MOS晶體管的柵極端子，并且所述第一驅(qū)動(dòng)端子是所述第一 P型MOS晶體管和所述第一 N型MOS晶體管的漏極端子，并且所述第二對互補(bǔ)晶體管包括第二 P型MOS晶體管和第二 N型MOS晶體管，所述第二控制端子是所述第二 P型MOS晶體管和所述第二 N型MOS晶體管的柵極端子，并且所述第二驅(qū)動(dòng)端子是所述第二 P型MOS晶體管和所述第二 N型MOS晶體管的漏極端子。
15.—種電路,包括: 一對互補(bǔ)晶體管，被配置為具有與差分放大器中的互補(bǔ)晶體管對相匹配的特性；以及反饋信號生成電路，被配置為基于所述一對互補(bǔ)晶體管上的電壓降來生成反饋信號，所述反饋信號被用于調(diào)整去往所述差分放大器的供電電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，進(jìn)一步包括: 電壓調(diào)節(jié)器，被配置為基于所述反饋信號來調(diào)節(jié)去往所述差分放大器的所述供電電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中所述反饋信號被提供至向所述差分放大器提供所述供電電壓的外部電壓調(diào)節(jié)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中所述一對互補(bǔ)晶體管被配置為具有二極管連接的拓?fù)洹?br> 19.一種方法,包括: 在差分放大器的第一輸入節(jié)點(diǎn)和第二輸入節(jié)點(diǎn)處接收一對差分輸入信號，所述第一輸入節(jié)點(diǎn)控制第一對N型和P型晶體管的控制端子，并且所述第二輸入節(jié)點(diǎn)控制第二對N型和P型晶體管的控制端子； 維持流經(jīng)具有同一類型的晶體管的基本恒定的總電流；以及 用由兩種類型的晶體管所控制的電流來驅(qū)動(dòng)耦合在所述差分放大器的第一輸出節(jié)點(diǎn)與第二輸出節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括: 抑制所述第一輸出節(jié) 點(diǎn)和所述第二輸出節(jié)點(diǎn)的共模響應(yīng)。
【文檔編號】H03F3/45GK103907285SQ201280053209
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月2日
【發(fā)明者】S·希魯希安, G·T·尤伊哈拉 申請人:馬維爾國際貿(mào)易有限公司