本發(fā)明涉及差分放大器，且明確地說，涉及在差分放大器上的共模電壓的控制。

背景技術(shù)：

差分放大器放大兩個輸入信號之間的差且產(chǎn)生放大的差分信號作為輸出。然而，常規(guī)地，這些裝置在實踐中不理想，且傾向于將共模信號疊加至(例如)差分輸出上。共模信號為存在于兩個輸入端上的信號，其傾向于遮掩所關(guān)注的差分信號。共模信號常常由耦合到兩個輸入端的輻射而引起。共模信號也可歸因于相同標稱值的電阻器的電阻之間的差(歸因于與其相關(guān)聯(lián)的固有制造公差)或從呈具有有限(及溫度相關(guān))電阻的長尾對配置的尾部晶體管而引起。另一共模信號源為電源電壓上的波動。設(shè)計差分放大器時的目標常常為盡可能多地減少這共模輸出信號的存在。

在常規(guī)差分放大器中，本身已知利用叫作共模反饋(cmfb)的技術(shù)，其中使用反饋回路調(diào)整到差分放大器的輸入以補償感測的共模電壓。此技術(shù)的實例在格雷、赫斯特、路易斯和邁爾的“模擬集成電路的分析和設(shè)計，第5版”(2009，wiley&sons)中給出。

然而，此類放大器常常難以穩(wěn)定，從而需要跨輸出端連接的補償電容器和電阻器以測量共模輸出，并且因而，患有帶寬問題且在特定頻率下可產(chǎn)生不合需要的不穩(wěn)定性。反饋回路還傾向于需要相當大的功率，并且因而，不良好地適合于低功率應(yīng)用(例如，電池供電的便攜式裝置)。此類放大器還患有在放大器飽和后長啟動時間和長恢復(fù)周期的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明開始提供一種替代性方法。

從第一方面，本發(fā)明提供一種差分放大器，其包括：

長尾對晶體管配置，其包括晶體管與尾部晶體管的差分對；以及

副本電路，其被配置以變化所述副本電路中的反饋電流以使復(fù)本電壓匹配參考電壓，其中變化所述副本電路中的所述反饋電流將偏壓電壓提供到所述長尾對中的所述尾部晶體管，所述偏壓電壓控制通過所述尾部晶體管的尾電流以確定所述長尾對中的共模電壓。

因此所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將看出，根據(jù)本發(fā)明，副本電路模擬在給定時刻的長尾對的狀態(tài)，且提供前饋控制以將長尾對的共模電壓設(shè)定到特定值。這有利地允許副本電路補償局部參數(shù)變化，例如，溫度的波動，以及與裝置的制造相關(guān)聯(lián)的工藝變化。這還有利地去除與實施反饋電路相關(guān)聯(lián)的不穩(wěn)定性問題，當設(shè)計此電路時，需要精力來減輕這不穩(wěn)定性問題。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，尾部晶體管表現(xiàn)為電流源，且通常安置于晶體管與電力供應(yīng)器軌的差分對之間或通常接地。然而，這并非必要且設(shè)想到其它拓撲，例如，級聯(lián)晶體管配置可位于差分對與尾部晶體管之間，通過當與單個尾部晶體管配置相比時增大電流源的輸出電阻，這將導(dǎo)致增加的性能。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還將了解，副本電路優(yōu)選地包括按類似于(但未必相同于)其被設(shè)計成復(fù)制的電路中的方式的方式而布置的組件。

情況常常是，功率考慮為現(xiàn)代電路設(shè)計中的優(yōu)先。使用反饋控制存在于差分放大器的輸出端上的共模電壓的常規(guī)差分放大器消耗比需要用于例如電池供電的裝置的低功率應(yīng)用少的功率。根據(jù)本發(fā)明提供的前饋控制的使用有利地減少差分放大器需要的功率，同時給予共模電壓的充分控制。

存在許多配置差分放大器的方式。在一個實例中，提供單端輸出，其中輸出為兩個輸入信號之間的差異的放大型式并且是相對于預(yù)定值(常常是接地)；這在此項技術(shù)中被稱為單端放大器。然而，常常需要配置差分放大器使得輸出為兩個輸入信號之間的差異的放大型式，但輸出圍繞并非預(yù)定的值浮動；這在此項技術(shù)中被稱為完全差分放大器。完全差分放大器常常有用，因為其準許放大器的雙端輸出接著用作到后續(xù)差分對的雙端輸入。換句話說，其有助于級聯(lián)。完全差分放大器還提供單端放大器的兩倍增益，而不需要例如電流反射鏡的額外電路系統(tǒng)，在后者的情況下，將需要額外電路系統(tǒng)來提供類似增益。在一些實施例集合中，差分放大器被配置為完全差分放大器。

如上所陳述，可能需要特定放大器電路包含多于一個差分對級。根據(jù)本發(fā)明，將前饋控制應(yīng)用于多于一個差分對是有可能的，從而去除對于每一差分對具備其自身的反饋控制以維持特定共模輸出的需求。將相同前饋控制用于多個差分對有利地準許實施具有比在常規(guī)差分放大器設(shè)計的情況下將具有少的組件和低的功率要求的多級放大器。在一些實施例集合中，副本電路控制差分對和至少一個額外差分對中的共模電壓。差分對方便地類似(例如，所有都包括長尾對)或相同，但可不同。

副本電路可用以提供存在于差分放大器的輸出端上的共模電壓的恒定控制。副本電路提供存在于差分放大器的輸出端上的共模電壓的副本且調(diào)整內(nèi)部反饋回路中的反饋電流以將復(fù)本電壓驅(qū)動到所要的參考電壓。

為了不使用反饋控制存在于差分放大器的輸出端上的共模電壓，需要具有共模電壓的局部副本。為了副本電壓反映共模電壓的當前狀態(tài)，有利地使副本電路反映差分放大器的拓撲，但不必使副本電路包含全部差分對，因為差分對的僅一側(cè)需要模擬共模電壓。在一些實施例集合中，副本電路包含包括差分對的一半的一反饋回路。在一些實施例集合中，反饋回路進一步包括一放大器。

差分對晶體管可經(jīng)由負荷連接到電力供應(yīng)器電壓。在常規(guī)差分放大器配置中，前述負荷通常為包括晶體管的有效負荷。然而，本申請人已了解，在一些情況下，在用電阻器替換此類晶體管中可存在優(yōu)點。在放大器配置中，這將并非典型，因為電阻器減小增益和驅(qū)動強度。然而，在于過濾器應(yīng)用中使用電路的情況下，高增益并非必要，且固定電阻器提供由副本電路控制的尾電流與存在于差分放大器的輸出端上的共模電壓之間的線性關(guān)系。因此，在一些實施例集合中，晶體管的差分對中的至少一個經(jīng)由電阻器連接到電力供應(yīng)器電壓。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，獲得電力要求的實質(zhì)減少，這是因為單個副本電路可驅(qū)動多個差分對，而非每一差分對需要其自身的反饋電路。技術(shù)人員還將了解，在差分對外部產(chǎn)生副本電壓允許使用比在常規(guī)差分放大器電路中將必要低的功率組件來獲得相同電壓。這是因為為副本電路的部分的任何組件(例如，電阻器或晶體管)可都經(jīng)按比例調(diào)整，使得減少副本電路的功率消耗，同時電路的效果保持相同。雖然歸因于放大器，副本電路可需要比常規(guī)反饋回路多的功率，但技術(shù)人員將了解，用同一副本電路驅(qū)動多個差分對可抵消此功率要求增大。在一些實施例集合中，可對副本電路按比例調(diào)整以使用比長尾對電流少的電流。在一些另外的實施例集合中，對副本電路按比例調(diào)整以使用小于50％的長尾對電流。

存在可用于半導(dǎo)體裝置的制造的許多不同晶體管技術(shù)。然而，對于低功率應(yīng)用，場效應(yīng)晶體管(fet)為最合適技術(shù)，這是歸因于其低電流操作要求。在一些實施例集合中，差分放大器包括場效應(yīng)晶體管。

從第二方面，本發(fā)明提供一種電池供電的集成電路，其包括如上所述的差分放大器。

附圖說明

現(xiàn)將僅借助于實例，參看附圖描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1是本發(fā)明的示范性實施例的電路圖。

具體實施方式

圖1展示本發(fā)明的示范性實施例的電路圖。差分放大器包括長尾對2和副本電路4。副本電路4提供連接到長尾對2的尾部晶體管10的輸出端，如下文將進一步詳細描述。

長尾對2包括n通道場效應(yīng)晶體管6、8的差分對，所述場效應(yīng)晶體管經(jīng)布置使得其源極相互連接且隨后經(jīng)由尾部晶體管10連接到接地14。每一相應(yīng)晶體管的漏極接著經(jīng)由相應(yīng)電阻器16、18連接到正電力供應(yīng)器12。n通道fet6、8中的每一個的柵極接著分別連接到正相信號輸入20和負相信號輸入22。這差分輸入以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員本身已知的方式驅(qū)動長尾對。

副本電路4包括布置有類似于長尾對的一半的反饋回路的高增益放大器28，其含有以類似于差分對晶體管6、8的方式執(zhí)行的晶體管30。高增益放大器28連接到正電力供應(yīng)器12和接地14，且在其負輸入端上具備參考電壓36。這參考電壓36是長尾對2的共模電壓將驅(qū)動到的電壓。

高增益放大器28的輸出驅(qū)動反饋回路內(nèi)的副本尾部晶體管32，以及如以下將進一步描述的長尾對2的尾部晶體管10。副本尾部晶體管32變化在反饋回路周圍流動的電流量(這歸因于電阻器38)，變化副本電壓34。高增益放大器28放大副本電壓34與參考電壓36之間的差，因此其間的任何差異將使副本尾部晶體管32行動，以便抵抗電壓之間的任何差異，從而驅(qū)動副本電壓34以匹配參考電壓36。

來自高增益放大器28的輸出還連接到如上所提到的尾部晶體管10。這確保對副本尾部晶體管32執(zhí)行的操作反映為對尾部晶體管10執(zhí)行的類似操作，因此控制流過長尾對2的電流。歸因于固定電阻器16、18，這受控制的電流類似于控制存在于長尾對2的輸出端24、26上的共模電壓，且驅(qū)動共模電壓以匹配副本電壓34與參考電壓36。

副本電路4內(nèi)的晶體管30、32和電阻器38按比例縮小到使用長尾對電流的1/4。這減少了副本電路4的功率消耗，同時維持控制長尾對2中的共模電壓的能力。

額外差分對40可由同一副本電路4通過將其連接到額外尾部晶體管42、44、46來驅(qū)動。高增益放大器28的輸出端連接到另外尾部晶體管42、44、46的柵極，從而在其相應(yīng)的輸出端提供與提供到長尾對2的輸出端相同的共模電壓。

因此將看出，已描述了具有前饋共模信號控制的差分放大器。雖然已詳細地描述了特定實施例，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，許多變化和修改是可能的。

副本電路提供存在于長尾對的輸出端上的共模電壓的實時模型。反饋回路內(nèi)的高增益放大器比較共模電壓的副本與參考電壓且更改其輸出電壓以朝向后者的值驅(qū)動前者，即，高增益放大器的輸出電壓取決于副本電壓與參考電壓之間的差。這接著使尾部晶體管變化可流過其的電流。這受控制的電流接著朝向參考電壓的值驅(qū)動存在于長尾對的輸出端上的實際共模電壓。在實踐中，這使輸出信號圍繞其居中的電壓更高或更低地移位到參考電壓的值。