专利名称：双重供电放大器的制作方法
技术领域：
本发明有关于集成电路放大装置，尤其有关于双重供电放大器(dual supply amplifier)。背景技术：
放大器可用于各种应用中，在这些应用中，对于3见频以及音频应用而言， 小型化(miniaturization)是非常重要的。在高级集成电路中，低供电电压用以减少 功率消耗。然而，对于真实信号例如声音信号而言，大小可能比供电电压要大。 因此，除了低电压放大级之外，还需要耦接至具有较高供电电压的高电压放大 级，以提供大信号。
图1为一两级双重供电放大器的示意图，低电压放大级110耦接至高电压 放大级140。在耳机(headphone)的实施例中，耦接于低电压放大级110的供电电 压VDm为3.3V，耦接于高电压》文大级140的供电电压Vorn为8-12V。在这种结 构中，需要中间级电容120以隔离低电压放大级110以及高电压放大级140。如 本领域的技术人员所熟知，电容在集成电路中会占据比较大的面积，因此，这 样的结构成本较高且效率很低。
发明内容
为了克服现有技术双重供电放大器由于采用电容而在集体电路中会占据比 较大的面积的缺陷，本发明特提供一种双重供电放大器，其中不使用任何中间 级电容将低电压级以及高电压级整合于集成电路中。
本发明实施例提供一种双重供电放大器，包含输入级，转换级以及输出级。 输入级耦接至第一供电电压，接收一对输入信号，以产生第一电压信号，第一 电压信号具有与此对输入信号的差值成比例的大小。转换级，耦接至第一供电 电压，第二供电电压以及第三供电电压，且第三供电电压低于第一供电电压以 及第二供电电压，转换级接收来自输入级的第一电压信号，以产生关于第二供 电电压的第二电压信号以及关于第三供电电压的第三电压信号。输出级，耦接至第二供电电压以及第三供电电压，接收第二电压信号以及第三电压信号，以 产生输出信号，输出信号摆动于第二供电电压以及第三供电电压之间。
本发明通过转换级来取代中间级电容，可以减少集成电路的面积，并有效 的降低成本。
图1为两级双重供电放大器的示意图。
图2为根据本发明第一实施例的双重供电放大器的方块图。 图3为根据本发明另一实施例的双重供电放大器的方块图。 图4为图3中双重供电放大器的结构实施例的示意图。
具体实施方式
图2为根据本发明第一实施例的双重供电放大器的方块图。本实施例中的 双重供电放大器包含输入级210，转换级220以及输出级240。提供一对差动输 入信号Vip以及Vjn至输入级210。输入级210耦接至低供电电压VDD1和接地电 压。输入级210接收差动输入信号Vip以及Vin并产生电压信号V3，电压信号 V3的大小(magnitude)与Vip、 Vin之间的差值成比例，即V3 ^ |Vip-Vini，并 与接地电压有关。转换级220耦接至〗氐供电电压VDD1，高供电电压Vdd2以及才姿 地电压。转换级220接收来自输入级210的电压信号V3并产生两个电压信号 VI以及V2。电压信号VI与高供电电压VoD2有关，电压信号V2与接地电压 有关。提供电压信号VI以及V2至输出级240。输出级240耦接至高供电电压 VuD2以及接地电压。输出级240 4妄收电压信号VI以及V2,并产生输出信号
V。，输出信号V。可以在高供电电压VoD2与接地电压之间摆动。
图3为根据本发明另一实施例的双重供电放大器的方块图。本实施例中的 双重供电放大器包含输入级310,转换级320以及输出级340。提供一对差动输 入信号Vip以及Vin至输入级310。输入级310耦接至低供电电压Vddi以及接地 电压。输入级310接收差动输入信号Vip以及Vin并产生电压信号V3,电压信 号V3的大小与输入信号Vip、 Vin之间的差值成比例，即V3 a I Vip-Vin I ，并 与接地电压有关。转换级320耦接至低供电电压VoiM以及高供电电压VDD2。与 第一实施例相比，转换级320还耦*接至第三供电电压VDD3而不^:耦接至4妻地电 压。第三供电电压VDD3比接地电压要低，也就是说第三供电电压VDD3为负电压。
第三供电电压VoD3可通过将高供电电压VDD2提供至直流至直流转换器305而产生。第三供电电压VoD3与高供电电压VDD2之间的关系为VDD3 = -aVDD2，其中a 为系数，且0〈a。转换级320接收来自输入级310的电压信号V3并产生两个电 压信号VI以及V2。电压信号VI与高供电电压Voo2有关，电压信号V2与第 三供电电压Voo3有关。提供电压信号VI以及V2至输出级340，输出级340 耦接至高供电电压VoD2以及负电压VoD3。输出级340接收电压信号VI以及V2，
并产生输出信号V。，输出信号V。可以在高供电电压Vdd2与负电压VoD3之间摆
动。本实施例中的双重供电放大器将参考图4在后面进行更详细的描述。
图4为图3中双重供电放大器的结构实施例的示意图。如图所示，转换级 320包含电压至电流转换器321(图中显示为V/I转换器)，电流镜323,放大器 325,参考电流源327以及晶体管M3 329。输出级340包含P型金属氧化物半 导体(PMOS)晶体管Ml 343以及N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管M2 347。 如前所述，输入级310用以产生电压信号V3。电压至电流转换器321耦接至供 电电压VDDi，接收电压信号V3并将电压信号V3转换为电流信号I3。电流信号 13 ^^发送至耦接于VDD3的电流镜323。电流镜323提供大小与电流13成比例的 电流I1以及I2。放大器325具有输入端Iim， Iinp以及输出端I。utp, I。utn。输入端
Iinn耦接于用以提供参考电流Iref的参考电流源327，输入端Ii叩耦接至晶体管NO
329的漏极。晶体管M3 329具有耦接于输入端Iinp的漏极，耦接于负电压VoD3 的源才及以及一栅极，且晶体管M3 329的栅极耦接于晶体管M2 347的栅极以及 电流镜323提供的电流I2和放大器325的输出端I。utn。晶体管Ml 343的源极耦 接至高供电电压VDD2,晶体管M1 343的栅极耦接至电流镜323提供的电流I1 以l改大器325的输出端I。utp，晶体管Ml 343的漏极耦接至晶体管M2 347的 漏极。晶体管M2 347的源极耦4妄至负电压VDD3。相应的，电压信号V1与电流 II以及输出端1。utp的输出相关，电压信号V2与电流12以及输出端1。utn的llr出 相关。
晶体管M3 329感测晶体管M2 347的直流电流。放大器325将晶体管M3 329 的电流IM3与由电流源327所提供的参考电流Iref进行比较。放大器325的输出 端1。utp, 1。utn分别提供差动输出电流信号I。utp以及I。uto以使电压信号VI和V2具 有使晶体管Ml 343以及M2 347保持于一偏置点的大小。当晶体管Ml 343以及 M2 347保持于偏置点时，晶体管Ml 343以及M2 347的直流电流与参考电流Iref 成比例。当晶体管M3 329的电流IM3比参考电流Iref大，放大器325的输出电流 1。utp比I。utn大，这样一来可以拉升电压信号VI以及拉低电压信号V2。通过这样的反々赍才几制，可以适当的调整电压信号VI和电压信号V2。
电流II以及12的交流大小与输入信号的差值(Vip-VJ相关。电压信号VI
具有相关于高供电电压VoD2的参考电压，且用以控制晶体管M1 343的交流电 流。晶体管Ml 343的交流电压应为电压降(voltage drop)VDD2-Vl。电压信号V2 与负电压Voo3有关，且用以控制晶体管M2 347的交流电流。晶体管M2 347 的交流电压应为电压降V2- VDD3。输出信号V。摆动于电压信号VI以及电压信 号V2之间。由于电压信号VI以及V2均与输入信号的差值(Vip-Vin)有关，因此，
输出信号V。的交流大小与输入信号的差值(Vjp-Vin)相关。相应的，才艮据本发明实
施例的双重供电放大器提供输出信号V。，输出信号V。摆动于高供电电压VDD2
^及负电压V。d3之间。
输出信号V。的直流大小可以位于高供电电压VDD2以及负电压VoD3之间的 任意点。当负电压Vdd3接近-Vdd2，输出信号V。的直流大小可以接近接地电压，
并且这样一来本发明实施例的双重供电放大器可以直接连接至耳机。反之，本 发明实施例的双重供电放大器可以经由位于此双重供电放大器输出节点的一电
容(未显示)连接至耳机，图2中的双重供电放大器也是如此。
优选的，用于转换级以及输出级的晶体管M1 343， M2 347以^JV13 329可以 由其漏极可以维持超过VDm两倍的电压降的金属氧化物半导体场效应管 (MOSFET)实现。
权利要求
1.一种双重供电放大器，包含输入级，耦接至第一供电电压，该输入级接收一对输入信号，以产生第一电压信号，该第一电压信号具有与该对输入信号的差值成比例的大小；转换级，耦接至该第一供电电压、第二供电电压以及第三供电电压，且该第三供电电压低于该第一供电电压以及该第二供电电压，该转换级接收来自该输入级的该第一电压信号，以产生关于该第二供电电压的第二电压信号以及关于该第三供电电压的第三电压信号；以及输出级，耦接至该第二供电电压以及该第三供电电压，该输出级接收该第二电压信号以及该第三电压信号，以产生输出信号，该输出信号摆动于该第二供电电压以及该第三供电电压之间。
2. 根据权利要求1所述的双重供电放大器，其特征在于，该第三供电电压 为接地电压。
3. 根据权利要求2所述的双重供电放大器，其特征在于，该输出级耦接至 位于输出节点的电容。
4. 根据权利要求1所述的双重供电放大器，其特征在于，该第三供电电压 为负电压。
5. 根据权利要求4所述的双重供电放大器，其特征在于，该输出级直接连 接至耳才几。
6. 根据权利要求4所述的双重供电放大器，其特征在于，该第三供电电压 由直流至直流转换器产生。
7. 根据权利要求1所述的双重供电放大器，其特征在于，该转换级包含 电压至电流转换器，耦接于该第一供电电压，用以将该第一电压信号转换为第一电流信号，且该第一电流信号的大小与该第一电压信号成比例；电流镜，耦接于该第三供电电压，接收该第一电流信号以提供第二电流信号以及第三电流信号，且该第二电流信号舆该第三电流信号的大小都与该第一电流4言号成比例；以及放大器，耦接于该第二供电电压以提供一对差动输出电流，该对差动输出电流以及该第二电流信号和第三电流信号用以决定该第二电压信号以及该第三电压信号的大小。
8. 根据权利要求7所述的双重供电放大器，其特征在于，该转换级包含第 一晶体管用以感测该第三电压信号以及提供第四电流信号，该第四电流信号通 过该放大器与参考电流进行比较并产生比较结果，该放大器根据该比较结果调 整该对差动输出电流以调整该第二电压信号以及该第三电压信号。
9. 根据权利要求8所述的双重供电放大器，其特征在于，该第一晶体管由 金属氧化物半导体场效应管实现，该金属氧化物半导体场效应管具有可维持大 于该第一供电电压两倍的电压降的漏极。
10. 根据权利要求1所述的双重供电放大器，其特征在于，该输出级包含 第二晶体管，耦接至该第二供电电压，于该第二晶体管的控制端接收该第二电压4言号；以及第三晶体管，耦接至该第三供电电压，于该第三晶体管的控制端接收该第 三电压信号，其中，该输出级用以根据该第二供电电压、该第三供电电压、该第二电压 信号以及该第三电压信号产生该输出信号。
11. 根据权利要求io所述的双重供电^L大器，其特征在于，该第二晶体管 以及该第三晶体管中的每一个以金属氧化物半导体场效应管实现，该金属氧化 物半导体场效应管具有可维持大于该第一供电电压两倍的电压降的漏极。
12. 根据权利要求10所述的双重供电放大器，其特征在于，该第二晶体管 由P型金属氧化物半导体晶体管实现，该第三晶体管由N型金属氧化物半导体晶体管实现。
全文摘要
本发明涉及一种双重供电放大器，包含输入级，转换级以及输出级。输入级耦接至第一供电电压，接收一对输入信号，用以产生第一电压信号，第一电压信号具有与此对输入信号的差值成比例的大小；转换级，耦接至第一供电电压，第二供电电压以及第三供电电压，第三供电电压低于第一供电电压以及第二供电电压，转换级接收来自输入级的第一电压信号，以产生关于第二供电电压的第二电压信号以及关于第三供电电压的第三电压信号；输出级，耦接至第二供电电压以及第三供电电压，接收第二电压信号以及第三电压信号，以产生输出信号，输出信号摆动于第二供电电压与第三供电电压。本发明通过转换级来取代中间级电容，可以减少集成电路的面积，并有效的降低成本。
文档编号H03F3/00GK101604958SQ20081021287
公开日2009年12月16日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年6月12日
发明者侯钧豑 申请人:联发科技股份有限公司