缓冲放大器电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及微电子电路以及电路设计和操作。更具体地说，本申请涉及用在半导 体器件、集成电路和其他电子器件中的微电子放大器电路。
[0002] 相关申请
[0003] 本申请涉及2013年3月15日提交的、标题为"基于缓冲的信号放大 (Buffer-Based Signal Amplification) " 的美国临时申请 No. 61/791，911，并且要求该申 请的优先权，该申请特此通过引用并入。
【背景技术】
[0004] 信号放大广泛地用在各种电子系统中。例如，在无线通信系统中，接收器中的低噪 声放大器（LNA)放大通过天线拾取的微小信号。放大的信号然后被滤波、被解调并且被再 次进一步放大。该信号通常被模数转换器转换为数字信号。模数转换器通常也在转换过程 中放大该信号。在发射器中，在信号通过天线被发送之前，功率放大器放大射频信号。在利 用传感器（诸如图像传感器、麦克风和微电机传感器）的系统中，传感器生成的信号非常 小，因此在进一步信号处理之前必须被放大。在系统中存在许多其他的需要信号放大的地 方。常规的放大器电路分成三个总类别：共发射极放大器（M0S技术中的共源极放大器）、 共基极（M0S技术中的共栅极放大器）、以及发射极跟随器放大器（M0S技术中的源极跟随器 放大器）。头两种类型通常提供大量电压增益。然而，最后一种类型提供接近于一或略小的 电压增益，结果，它一直仅适合作为缓冲放大器，而不适合作为电压放大器。
[0005] 作为根据现有技术的简单电路的示例，图1提供了连续时间地操作的代表性共源 极放大器电路20的图示说明。电路20还包括MOSFET M1和负载电阻器R ^。模拟输入电压 vIN(下称为"输入电压"）向电路20提供输入，电压V。（下称为"输出电压"）被作为电路 20的输出提供。输入电压v IN-般包括DC偏置分量V IN和小信号分量V in(下称为"输入信 号"），以使得Vin= V iN+vin。同样地，输出电压v。一般包括DC分量V。和小信号分量V。（下 称为"输出信号"），以使得v。= Vl^vci。需要DC分量来使期望操作区域中的MOSFET偏置。 小信号分量通常是感兴趣信号。电路20放大输入vi，以使得输出信号V ci由以下方程给出：
[0006] V0= -gnRLvin
[0007] 其中gni是Ml的跨导。被定义为输出信号v。和输入信号V1之间的比率的小信号 电压增益（下称为"电压增益"）于是为：
[0009] 电路20的进一步分析表明，从低频值起电压增益的幅值下降3dB (下称为"带宽"） 的频率4由以下方程给出：
[0011] 其中Q是输出节点处的总电容。放大器的品质因数，增益-带宽乘积GBW，被定义 为低频增益和带宽之间的乘积。对于电路20,它由以下方程给出：
【发明内容】
[0013] 申请人已经认识到，大幅度电压放大可以用其电压增益基本上等于一的缓冲放大 器来实现，其中应用包括但不限于信号放大、电压比较器和A/D转换器。鉴于前述，本文中 所公开的各种优选实施方案一般涉及具有一个或更多个缓冲放大器以及一个或更多个电 阻器或一个或更多个电容器的放大器电路。本领域技术人员将意识到，目前的概念可以扩 展到除了本文中出于例示说明的目的而呈现的应用和电路之外的其他应用和电路。这些电 路和技术以及等同的和类似的电路和技术意图被所附权利要求书的范围涵盖。
[0014] 实施方案涉及一种可连续时间地操作的放大器电路。该放大器电路包括：缓冲放 大器，其具有输入端子和输出端子；以及输入源，其具有源电阻。缓冲放大器具有高输入电 阻以及基本上等于一的电压增益，并且输入源跨缓冲放大器的输入端子和输出端子之间被 电親合。
[0015] 另一实施方案涉及一种可连续时间地操作的、其中电压增益由电阻器比率确定的 放大器电路。该放大器电路包括：缓冲放大器，其具有输入端子和输出端子；至少一个电阻 器，其耦合到缓冲放大器的输入端子；以及输入源，其具有源电阻。缓冲放大器具有高输入 电阻以及基本上等于一的电压增益，并且输入源跨缓冲放大器的输入端子和输出端子被电 耦合。
[0016] 另一实施方案涉及一种在采样阶段和放大阶段中可操作来放大两个输入电压的 加权和的离散时间放大器电路。该放大器电路包括：多个开关；第一电容器和第二电容器； 以及至少一个具有输入端子和输出端子的缓冲放大器。在采样阶段期间，所述多个开关被 配置为将第一输入电压親合到第一电容器并且将第二输入电压親合到第二电容器。在放大 阶段期间，所述多个开关被配置为将第一电容器和第二电容器跨缓冲放大器的输入端子和 输出端子親合以放大第一输入电压和第二输入电压的加权和。
[0017] 又一实施方案涉及一种在采样阶段和放大阶段中可操作来放大两个输入电压的 加权和、而不会不利地影响缓冲放大器的偏移电压的离散放大器电路。该放大器电路包括： 多个开关；第一电容器和第二电容器；以及至少一个具有输入端子和输出端子的缓冲放大 器。在采样阶段期间，所述多个开关被配置为将第一输入电压和缓冲放大器的输出端子耦 合到第一电容器并且将第二输入电压和缓冲放大器的输出端子親合到第二电容器。在放大 阶段期间，所述多个开关被配置为将第一电容器和第二电容器跨缓冲放大器的输入端子和 输出端子耦合以放大第一输入电压和第二输入电压的加权和、而不会不利地影响缓冲放大 器的偏移电压。
[0018] 还有另一实施方案涉及一种在采样阶段和放大阶段中可操作来放大输入电压和 缓冲放大器的有意的偏移电压之间的差值的离散时间放大器电路。该放大器电路包括：多 个开关；至少一个电容器；以及缓冲放大器，其具有输入端子和输出端子。缓冲放大器包括 有意的（intentional)偏移电压，并且第二电容器电親合到第一缓冲放大器的输入端子。 在采样阶段期间，所述多个开关被配置为将输入电压耦合到第一电容器。在放大阶段期间， 所述多个开关被配置为将所述至少一个电容器跨缓冲放大器的输入端子和输出端子耦合 以放大输入电压和第一有意的偏移电压之间的差值。
[0019] 实施方案涉及一种在采样阶段和放大阶段中可操作来放大输入电压和多个缓冲 放大器的有意的偏移电压之间的差值的离散时间放大器电路。该放大器电路包括：多个开 关；第一、第二和第三电容器；以及第一和第二缓冲放大器。第一缓冲放大器包括第一有意 的偏移电压，第二缓冲放大器包括第二有意的偏移电压。第三电容器电耦合到第一缓冲放 大器的输入端子。在采样阶段期间，所述多个开关被配置为将第一输入电压耦合到第一和 第二电容器。在放大阶段期间，所述多个开关被配置为将第一电容器跨第一缓冲放大器的 输入端子和输出端子親合并且将第二电容器跨第一缓冲放大器的输入端子和输出端子親 合。
[0020] 另一实施方案涉及一种利用基于缓冲的离散时间放大器电路的闪速模数转换器， 该离散时间放大器电路在采样阶段和放大阶段中可作为用于电压比较器的预放大器操作。 该模数转换器电路包括：多个开关；至少一个电容器；至少一个具有输入端子和输出端子 的缓冲放大器；以及锁存电路，其耦合到缓冲放大器的输入端子。在采样阶段期间，所述多 个开关被配置为将输入电压耦合到所述至少一个电容器。在放大阶段期间，所述多个开关 被配置为将所述至少一个电容器跨缓冲放大器的输入端子和输出端子耦合。
[0021] 又一实施方案涉及一种利用基于缓冲的离散时间放大器电路的连续逼近寄存器 模数转换器，该离散时间放大器电路在采样阶段和放大阶段中可作为用于电压比较器的预 放大器操作。该模数转换器电路包括：多个开关；至少一个电容器；具有输入端子和输出端 子的第一和第二缓冲放大器；以及锁存电路，其耦合到第一缓冲放大器的输入端子。锁存电 路的输出耦合到所述多个开关。在采样阶段期间，所述多个开关被配置为将输入电压耦合 到所述至少一个电容器。在放大阶段期间，所述多个开关被配置为根据锁存电路的数字输 出来将所述至少一个电容器跨第一缓冲放大器或第二缓冲放大器的输入端子和输出端子 耦合。
[0022] 应意识到，下面更详细地讨论的前述概念和附加概念（假如这样的概念互相不一 致）的所有组合都被构想为本文中所公开的发明主题的一部分。具体地说，出现在本公开 的末端的要求保护的主题的所有组合都被构想为本文中所公开的发明主题的一部分。还应 意识到，本文中明确地利用的、也可以出现在通过引用并入的任何公开内容中的术语应被 赋予与本文中所公开的具体概念最一致的意义。
【附图说明】
[0023] 附图被提供来帮助发明的理解以及实施方案的以下描述，并且要被认为是说明性 的，而非限制本文中所描述的发明主题的范围。附图不一定按比例绘制；在一些情况下，本 文中所公开的发明主题的各个方面可以在附图中被扩大或放大示出以便利不同特征的理 解。在附图中，相似的标号一般是指相似的特征（例如，功