本发明涉及一种可用于在dc耦合系统中进行线性扩展和降噪的含压降元件的电路。本发明还涉及模拟电路设计,具体涉及dc耦合电压放大器。
背景技术
图1描绘了典型的dc耦合模拟基带链100。在那些系统中,信号由可编程增益放大器(programmablegainamplifier,简称pga)101进行放大,由低通滤波器(lowpassfilter,简称lpf)102进行滤波,然后传送到驱动器(driver,简称drv)103中。有源块通过闭环dc耦合电压放大器或运算放大器(operationalamplifier,简称opamp)111、112、113得到。opamp的关键特性包括噪声、线性和功耗。
由于有用信号还包括dc分量,所以dc共模必须沿着所述链传播,且所述链上的每个块(pga101、lpf102和drv103)需要符合该dc共模。这对于在模拟块中使用的opamp111、112、113同样有效。
模拟块的关键性能诸如噪声、线性以及功耗等也由所使用的opamp111、112、113的性能决定。通常,对于给定的功耗,在噪声和线性之间存在权衡。图2a和图2b示出了模拟pga200(图2a)以及其opamp201(图2b)。该pga200是图1所示的pga101的实现。需要注意的是,具有低输出阻抗的opamp需要规定将电压输出器作为输出级。
所述pga200包括具有第一(非反向,+)输入端vin+、第二(反向,–)输入端vin–、第一(非反向,+)输出端vout+以及第二(反向,–)输出端vout–的运算放大器201。包括电阻器r2的第一反馈路径耦合在输出端vout+和输入端vin+之间,包括电阻器r2的第二反馈路径耦合在输出端vout–和输入端vin–之间。opamp201的第一输入端vin+经由电阻器r1耦合到pga200的第一输入端vc_in+。opamp201的第二输入端vin–经由电阻器r1耦合到pga200的第二输入端vc_in–。opamp201的第一输出端vout+是pga200的第一输出端,opamp201的第二输出端vout–是pga200的第二输出端。
所述opamp201包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的非反向输入路径,其包括第一(非反向)电流源mp+、第一(非反向)晶体管q1+以及第二电流源io。q1+的控制端子耦合到所述opamp201的第一输入端vin+。所述opamp201包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的非反向输出路径,其包括第二(非反向)晶体管qf+和第三电流源iout。qf+的控制端子耦合到位于mp+和q1+之间的所述opamp201的第一(非反向)内部节点vx。qf+的第一端子耦合到所述opamp201的第一输出端vout+,且qf+的第二端子耦合到所述驱动电压vdd。上述组件还以如下所述的相反方式使用。
所述opamp201还包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的反向输入路径,其包括第一(反向)电流源mp–、第一(反向)晶体管q1–以及第二电流源io。q1–的控制端子耦合到所述opamp201的第二输入端vin–。所述opamp201包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的反向输出路径,其包括第二(反向)晶体管qf–和第三电流源iout。qf–的控制端子耦合到位于mp–和q1–之间的所述opamp201的第一(反向)内部节点vx–。qf–的第一端子耦合到所述opamp201的第二输出端vout–,且qf–的第二端子耦合到所述驱动电压vdd。
电容cs和电阻器rs并联耦合在q1+的所述第一端子与q1–的所述第一端子之间。
需要注意的是,所述opamp201可以实现为图2描述的差分opamp,或者实现为非差分opamp。所述非差分opamp201仅包含一个第一电流源mp、一个第一晶体管q1、一个第二电流源io,一个第三电流源iout、一个输入端以及一个输出端,不包含区分非反向和反向的组件。
图3是图1和图2a/b中所示的所述opamp201的电路图。所述opamp201可用于图1所示的低通滤波器102,或通常用于例如pga或drv的闭环系统,例如如图1所示的pga101或drv103。参见所述opamp201,典型的权衡噪声线性可以通过将等效输入噪声写为以下等式加以理解:
其中,过驱动电压vov(mp)=vgs(mp)–vth(mp)是mp的栅极–源极电压与其阈值电压之间的差;gm(q1)是晶体管q1的跨导;io是偏置电流。
通过观察上面的等式,可清楚看出当vov(mp)最大时,电压参考输入噪声被降低。
就线性而言,opamp201将是线性的,直到将mp用作电流镜,即mp位于饱和区。该条件满足vds(mp)>vov(mp)。由于vds(mp)将根据最大信号电平来设置,这意味着如果vov(mp)最小时,则线性最大。
对过驱动电压vov(mp)选择的权衡意味着噪声和线性是相矛盾的要求。
增加dc共模的要求使事情更加复杂。实际上,为了避免dc电流进入或离开所述lpf,输入和输出信号的共模必须相同。此外,所述lpf的输入和输出共模也由前级和后级决定:这加上对输入和输出信号具有相同共模的要求造成相当大的挑战,因为使线性最大的输入和输出dc电压不一定相同。
由于dc耦合的实现,对线性性能的其他约束在图4a和图4b中示出。假设前级将共模设置为vdd/2=1.25v,则所述电压输出器的基极处的电压vx将为~2.05v。该电压将使晶体管mp比晶体管q1更早压缩,因此它不是线性的最优选择。
在该特例中,输入端的较低共模电压将改善mp晶体管的余量和总线性(在图4的等效输入信号电平下,q1和q2的射极处的电流生成器仍具有足够的余量),如图5a和图5b所示。此外,如前所述,然而当在通信系统中使用滤波器时,dc点可以是前/后级的函数,因此并不总是能够将它们设置为使线性最大化的级别。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种改进的电路设计,尤其是放大器电路设计,以在dc共模的约束下增加线性,尤其是用于可应用于图1所示的模拟基带链的pga、lpf和/或drv组件中的dc耦合电压放大器的运算放大器。
该目的是通过独立权利要求的特征来实现的。根据附属权利要求、描述以及附图,进一步的实现形式是显而易见的。
本发明的基本思想是在opamp的第一级和第二级上生成dc压降以增加线性。利用这种技术,可以在第一级和第二级实现最佳dc偏置点。在给定电源电压情况下使得线性最大化。此外,通过加入与用于所述压降的电阻并联的电容,改善了opamp的相位边限。
为详细描述本发明,将使用以下术语、缩写和符号:
opamp:运算放大器
pga:可编程增益放大器
drv:驱动器
lpf:低通滤波器
vov:过驱动电压
vds:漏极源极电压
根据第一方面,本发明涉及一种电路,包括:电路输入端;电路输出端;耦合在所述电路输出端与所述电路输入端之间的至少一个无源反馈回路;耦合在所述电路输入端与所述电路输出端之间的所述电路的前馈路径中的有源元件,尤其是dc耦合运算放大器(operationalamplifier,简称opamp),用于驱动所述至少一个反馈回路,以建立所述电路的函数。所述电路的前馈路径包括第二节点和第一节点,其中,所述第二节点和所述第一节点是所述有源元件的内部节点且耦合在所述电路输入端与所述电路输出端之间,所述第一节点具有第一电压,所述第一电压是所述电路输出端的函数。所述有源元件包括耦合在所述第二节点与所述第一节点之间的第一压降元件,其中,所述第一压降元件用于将所述第一节点的dc电平与所述第二节点的dc电平解耦,并且提供独立于所述第二节点的dc电平的所述第一节点的dc电平。
通过引入所述第一压降元件,可以提供能够增加dc共模的线性的改进后的放大器电路设计。这样的电路具有以下优点:1)由于可以分别为第一级和第二级选择最佳dc点,所以线性得到最大化。2)在适应前/后级的dc共模的差异方面具有更高灵活性。3)较高增益×带宽乘积,由于额外的零可以抵消次级高频极,因此提高相位边限。4)通过对rb和电流生成器使用合适的热系数来控制opamp性能与温度的关系。5)在某些条件下能够降低噪声的性能。
在第一方面提供的所述电路的第一种可能的实现方式中,所述第一压降元件是可调节的,并且可用于提供所述第一节点与所述第二节点之间的可调节压降。
当所述第一压降元件可调节时,微调可以提高线性。
根据第一方面的第一种实现方式,在第一方面提供的所述电路的第二种可能的实现方式中,所述第一压降元件包括并联耦合在所述第一节点与所述第二节点之间的压降电阻器和压降电容器;耦合到所述第一节点的第一电流源。
这种压降元件可以在芯片设计中容易地得以实现。所述压降元件在所述有源元件例如opamp的第一和第二级之间产生压降。
所述压降电阻器和所述电流生成器允许增加所述电流生成器的过驱动电压,从而降低等效输入噪声。由所述压降电阻器和所述电流生成器产生的压降允许分别优化第一和第二级dc工作点,因此可以实现更高的线性。
根据第一方面的第二种实现方式,在所述电路的第三种可能的实现方式中,所述第一电流源用于生成流入所述第一节点的电流,使得所述第一节点处的dc电压高于所述第二节点处的dc电压。
这提供了以下优点:所述第一节点处的dc电压与所述第二节点处的dc电压解耦。
根据第一方面的第二种实现方式,在所述电路的第四种可能的实现方式中,所述第一电流源用于生成流出所述第一节点的电流,使得所述第一节点处的dc电压低于所述第二节点处的dc电压。
这提供了以下优点:所述第一节点处的dc电压与所述第二节点处的dc电压解耦。
根据第一方面的第二种至第四种实现方式中的任一种,在所述电路的第五种可能的实现方式中,所述压降电阻器和所述压降电容器用于将零引入到所述有源元件的传递函数中。
所述传递函数中的零使所述电路稳定。这个零提高了相位边限,并增加了增益×带宽乘积。
根据第一方面的第二种至第五种实现方式中的任一种,在所述电路的第六种可能的实现方式中,所述第一电流源的热系数为正,以使所述第二节点处的电压随着温度大致保持恒定。
这提供了不受温度所限制提高线性的优点。
根据第一方面的第二种至第六种实现方式中的任一种,在所述电路的第七种可能的实现方式中,所述有源元件包括:耦合到所述有源元件的第一输入端子的第一晶体管;耦合到所述有源元件的第一输出端子的第二晶体管,其中,所述第一晶体管经由所述至少一个反馈回路耦合到所述第二晶体管。
这种晶体管设计可以通过例如双极或fet晶体管技术容易地实现。
根据第一方面的第七种实现方式,在所述电路的第八种可能的实现方式中,所述第一晶体管包括第一端子、第二端子以及控制端子,其中,所述控制端子耦合到所述有源元件的第一输入端子;所述第二晶体管包括第一端子、第二端子以及控制端子,其中,所述第一端子耦合到所述有源元件的第一输出端子;所述控制端子耦合到所述第一节点。
这种晶体管设计可以通过例如双极或fet晶体管技术等有效地实现。
根据第一方面的第八种实现方式,在所述电路的第九种可能的实现方式中,所述电路包括耦合在所述第一节点与所述第一晶体管的第二端子之间的耦合电路,其中,所述耦合电路至少包括并联连接的所述压降电阻器和所述压降电容器。
这种耦合电路可以在芯片设计中容易地得以实现。
根据第一方面的第七种至第九种实现方式中的任一种,在所述电路的第十种可能的实现方式中,所述有源元件包括:耦合在所述第一晶体管的所述第二端子与电源电压之间的第二电流源;耦合在所述第一晶体管的第一端子与接地端子之间的第三电流源;耦合在所述第二晶体管的第一端子与接地端子之间的第四电流源。
这种有源元件可以通过仅使用少量的电子组件容易地得以实现。
根据第一方面的第七种至第十种实现方式中的任一种,在所述电路的第十一种可能的实现方式中,所述有源元件还包括耦合在电源电压与所述第一晶体管的第二端子之间的负载电容。
这种负载电容可以用于opamp的相位边限。
根据第一方面的第七种至第十一种实现方式中的任一种,在所述电路的第十二种可能的实现方式中,所述有源元件是差分电压有源元件,还包括:耦合到所述有源元件的第一差分输入端子的第三晶体管;耦合到所述有源元件的第一差分输出端子的第四晶体管;与所述第一压降元件对应的第二压降元件,其中,所述第三晶体管经由所述第二压降元件耦合到所述第四晶体管。
差分电压有源元件能够提高线性。
根据第一方面的第十二种实现方式,在所述电路的第十三种可能的实现方式中,所述有源元件还包括耦合在所述第一晶体管的第二端子与所述第三晶体管的第二端子之间的共源共栅电路。
共源共栅电路能够解耦反向和非反向部件,使得提高线性和稳定性。
根据第二方面,本发明涉及一种模拟基带电路,包括:可编程门阵列(programmablegatearray,简称pga);低通滤波器(lowpassfilter,简称lpf);驱动器(driver,简称drv),其是dc串联耦合的,其中,pga、lpf和drv中的每一个均包括第一方面的前述实现方式任一所述的电路。
这提供了以下优点:所述电路可以容易地应用于提供具有增加线性的模拟基带电路。
根据第三方面,该方法涉及通过使用第一方面或者第一方面的任一种实现方式中的电路,特别是通过使用第一方面或第一方面的任一种实现方式中的第一压降元件来增加opamp的线性的方法。
这种方法能够增加opamp的线性,增加opamp的增益×带宽乘积,并减少opamp的噪声。
该方法可以利用电阻rb、与rb并联的电容cb以及电流生成器mb实现,它们在所述opamp的第一级与第二级之间产生压降。由rb和所述电流生成器mb产生的压降可以分别优化第一和第二级dc工作点,因此可以实现更高的线性。所述电阻rb和所述电容cb的布置在opamp闭环传递函数中合成零。这个零提高了相位边限,并能够增加增益×带宽乘积。rb和所述电流生成器能够增加所述电流生成器mp的过驱动电压,从而降低等效输入噪声。
附图说明
本发明的更多实施例将结合以下附图进行描述,其中:
图1示出了dc耦合模拟基带链100的电路图;
图2a和图2b示出了可编程增益放大器(programmablegainamplifier,简称pga)200(图2a)及其运算放大器(operationalamplifier,简称opamp)201(图2b)的电路图;
图3示出了图2所示的所述pga200的opamp201的电路图;
图4a和图4b示出了图3的所述opamp201的特定电压设置(图4a)和所述opamp201的内部节点vx–处的电压随时间的变化(图4b);
图5a和图5b示出了图3的所述opamp201的另一种特定电压设置(图5a)和所述opamp201的内部节点vx–处的电压随时间的变化(图4b);
图6示出了本发明第一种实现方式提供的电路600的电路图;
图7示出了本发明第二种实现方式提供的电路700的电路图。
具体实施方式
以下结合附图进行详细描述,所述附图是描述的一部分,并通过图解说明的方式示出可以实施本发明的具体方面。可以理解的是,在不脱离本发明范围的情况下,可以利用其他方面,并可以做出结构上或逻辑上的改变。因此,以下详细的描述并不当作限定,本发明的范围由所附权利要求书界定。
可以理解的是,与所描述设备、电路或系统有关的评论对于对应的方法也同样适用,反之亦然。例如,如果描述了一个具体的方法步骤,对应的器件可以包括用于执行所描述方法步骤的单元,即使这样的单元并没有在附图中明确阐述或说明。进一步地,可以理解的是,此处描述的各种示例性方面的特征可以互相结合,除非有特别说明。
图6示出了本发明第一种实现方式提供的电路600的电路图。所述电路600包括有源元件601,其可对应于上图1至图5所描述的opamp201。所述有源元件601耦合在电路输入端vin+、vin–和电路输出端vou–、vout+之间的所述电路600的前馈路径中。至少一个反馈路径602a、602b耦合在所述电路输出端vout–、vout+与所述电路输入端vin+、vin–之间。所述反馈路径602a、602b可以结合图1来实现。与所述opamp201不同,所述有源元件601还包括所述有源元件601的前馈路径上的一个或多个压降元件603a、603b,用于将第一节点vy处的dc电平与所述有源元件601的第二节点vx处的dc电平解耦,并且提供独立于所述第二节点vx处的dc电平的所述第一节点vy的dc电平。
所述有源元件601包括作为所述电路600输入端的非反向输入端vin+和反向输入端vin–以及作为所述电路600输出端的非反向输出端vout+和反向输出端vout–。
第一反馈路径602a可以包括耦合在输出端vout+与输入端vin+之间的电阻器r2,如上图2a所描述。第二反馈路径602b可以包括耦合在输出端vout–与输入端vin–之间的电阻器r2,如上图2a所描述。所述有源元件601的第一输入端vin+可以经由电阻器r1耦合到所述电路600的第一输入端vc_in+,如上图2a所描述。所述有源元件601的第二输入端vin–可以经由电阻器r1耦合到所述电路600的第二输入端vc_in–,如上图2a所描述。
所述有源元件601包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的非反向输入路径,其包括第一(非反向)电流源mp+、第一(非反向)晶体管q1+以及第二电流源io。q1+的控制端子耦合到所述有源元件601的第一输入端vin+。所述有源元件601包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的非反向输出路径,其包括第二(反向)晶体管qf–和第三电流源iout。qf–的控制端子组成第一(非反向)内部节点vy–并通过所述第一压降元件603a耦合到位于mp+和q1+之间的所述有源元件601的第二(反向)内部节点vx–。qf–的第一端子耦合到所述有源元件601的第二输出端vout–,且qf–的第二端子耦合到所述驱动电压vdd。
所述非反向输入路径和所述非反向输出路径由第一压降元件603a耦合,所述第一压降元件603a包括在位于qf–的所述控制端子上的第一(反向)内部节点vy–与第二(反向)内部节点vx–之间。所述第一压降元件603a包括耦合在所述第一(反向)内部节点vy–与所述第二(反向)内部节点vx–之间的电容cb和电阻器rb的并联电路以及耦合在所述第一(反向)内部节点vy–与接地gnd之间的(非反向)电流源mp+。
上述组件还以如下所述的相反方式使用。
所述有源元件601还包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的反向输入路径,其包括第一(反向)电流源mp–、第一(反向)晶体管q1–以及第二电流源io。q1–的控制端子耦合到所述有源元件601的第二输入端vin–。所述有源元件601包括在驱动电压vdd与接地gnd之间的反向输出路径,其包括第二(非反向)晶体管qf+和第三电流源iout。qf+的控制端子组成第一(非反向)内部节点vy+并通过所述第二压降元件603ba耦合到位于mp–和q1–之间的所述有源元件601的第二(非反向)内部节点vx+。qf+的第一端子耦合到所述有源元件601的第二输出端vout+,且qf+的第二端子耦合到所述驱动电压vdd。
所述反向输入路径和所述反向输出路径由第二压降元件603b耦合,所述第二压降元件603b包括在位于qf+的所述控制端子上的第一(非反向)内部节点vy+与第二(非反向)内部节点vx+之间。所述第二压降元件603b包括耦合在所述第一(非反向)内部节点vy+与所述第二(非反向)内部节点vx+之间的电容cb和电阻器rb的并联电路以及耦合在所述第一(非反相)内部节点vy+与接地gnd之间的(反向)电流源mb–。
电容cs和电阻器rs并联耦合在q1+的所述第一端子与q1–的所述第一端子之间。
需要注意的是,所述有源元件601可以如图6所示的差分opamp实现或者以非差分opamp实现。所述非差分opamp601仅具有一个第一电流源mp,一个第一晶体管q1,一个第二电流源io,一个第三电流源iout,一个输入端以及一个输出端,没有区分非反向和反向的部件。
所述第一和/或第二晶体管q1+、q1–、qf+、qf–可以实现为双极晶体管。在这种情况下,所述控制端子是基极端子,所述第一端子是射极端子,所述第二端子是集电极端子。或者,所述第一和/或第二晶体管q1+、q1–、qf+、qf–可以实现为场效应晶体管。在这种情况下,所述控制端子是栅极端子,所述第一端子是源极端子,所述第二端子是漏极端子。
需要注意的是,所述有源元件601可以作为差分有源元件实现或者作为非差分有源元件实现。所述差分有源元件如图6所示,但是非差分有源元件包含如图6所示的一半元件,即一个第一电流源mp、一个第一晶体管q1、一个第二电流源iin、一个第三电流源iout、一个输入端以及一个输出端,不包含区分非反向和反向的组件。
所述电路600的基本设计可描述如下:所述电路600包括:电路输入端vin;电路输出端vout;耦合在所述电路输出端与所述电路输入端之间的至少一个无源反馈回路602a、602b;耦合在所述电路输入端与所述电路输出端之间的所述电路600的前馈路径中的有源元件601,尤其是dc耦合运算放大器(operationalamplifier,简称opamp),用于驱动所述至少一个反馈回路,以建立所述电路的函数。所述电路600的前馈路径包括第二节点vx和第一节点vy,其中,所述第二节点vx和所述第一节点vy是所述有源元件601的内部节点且耦合在所述电路输入端与所述电路输出端之间,所述第一节点vy具有第一电压,所述第一电压是所述电路输出端的函数。所述有源元件601包括耦合在所述第二节点vx与所述第一节点vy之间的第一压降元件603a,所述第一压降元件603a用于将所述第一节点的dc电平与所述第二节点的dc电平解耦,并且提供独立于所述第二节点vx的dc电平的所述第一节点的dc电平。
所述第一压降元件603a可以是可调节的,并且可用于提供所述第一节点vy与所述第二节点vx之间的可调节压降。所述第一压降元件603a可以包括:并联耦合在所述第一节点vy与所述第二节点vx之间的压降电阻器rb和压降电容器cb;耦合到所述第一节点vy的第一电流源mb。
所述第一电流源mb可以生成流入所述第一节点vy的电流io,使得所述第一节点vy处的dc电压高于所述第二节点vx处的dc电压。或者,所述第一电流源mb可以生成流出所述第一节点vy的电流,使得所述第一节点vy处的dc电压低于所述第二节点vx处的dc电压。
所述压降电阻器rb和所述压降电容器cb可以用于将零引入到所述有源元件601的传递函数中。所述第一电流源mb的热系数可以为正,以使所述第二节点vx处的电压随着温度大致保持恒定。
所述有源元件601可以包括:耦合到所述有源元件601的第一输入端子vin+第一晶体管q1+;耦合到所述有源元件601的第一输出端子vout–的第二晶体管qf–。所述第一晶体管q1+可以经由所述至少一个反馈回路602a耦合到所述第二晶体管qf–。
所述第一晶体管q1+可以包括第一端子、第二端子以及控制端子,其中,所述控制端子可以耦合到所述有源元件601的第一输入端子vin+。所述第二晶体管qf–可以包括第一端子、第二端子以及控制端子,其中,所述第一端子可以耦合到所述有源元件601的第一输出端子vout–。所述控制端子可以耦合到所述第一节点vy。
所述电路600还可以包括耦合在所述第一节点vy与q1+的所述第二端子之间的耦合电路,其中,所述耦合电路至少可以包括并联连接的所述压降电阻器rb和所述压降电容器cb。
所述有源元件601可以包括:耦合在q1+的所述第二端子与电源电压之间的第二电流源mp+;耦合在q1+的所述第一端子与接地端子之间的第三电流源io;耦合在qf–的所述第一端子与接地端子之间的第四电流源iout。
所述有源元件601还可以包括耦合在电源电压与q1+的所述第二端子之间的负载电容cp。所述有源元件601可以是差分电压有源元件,还包括:耦合到所述有源元件的第一差分输入端子vin–的第三晶体管q1–;耦合到所述有源元件的第一差分输出端子vout+的第四晶体管qf+;与所述第一压降元件对应的第二压降元件。所述第三晶体管q1–可以经由所述第二压降元件耦合到所述第四晶体管qf+。
所述有源元件601还可以包括耦合在q1+的所述第二端子与q1–的所述第二端子之间的共源共栅电路。
所述电路600可以用在模拟基带电路中,例如上图1所描述的模拟基带电路100。所述模拟基带电路100可以包括:可编程门阵列(programmablegatearray,简称pga)101;低通滤波器(lowpassfilter,简称lpf)102;驱动器(driver,简称drv)103,其是dc串联耦合的。其中,pga101、lpf102和drv103中的每一个均包括如上所述的电路600。
所述电路600通过引入压降元件603a、603b,即电阻rb、电容cb以及附加电流生成器的组合来解决上述问题。所述压降元件603a、603b以以下方式起作用:1)rb和所述电流生成器mb产生dc压降,其同时优化第一级和第二级的dc工作点。2)rb和cb在高频处引入零,其改善了opamp即所述有源元件601的相位边限。3)rb和所述电流生成器mb可以具有合适的热系数,以便为节点vx提供期望的dc偏置点。该特征可针对不同温度确保期望的线性性能。4)在某些条件下(所述opamp的高增益),所述电路600提高了噪声性能。
就第(3)点而言,rb和所述电流生成器可以具有合适的热系数,以便为节点vx提供期望的dc偏置点。该特征可针对不同温度确保期望的线性性能。下面是其中一个例子。所述dc电压vx可表示为:
vx=vout+vbe(qf)+r*io*α
其导数与温度的关系可表示为:
dvx/dt=dvout/dt+dvbe(qf)/dt+r*α*dio/dt。
假设针对温度vx需要恒定的dc值,并且dc电压vout不随温度变化,dvx/dt=0限定dio/dt=–dvbe/dt/(α*r),因此所述电流生成器需要具有正温度系数(dvbe/dt为负)。
在实践中,所述电路600能够对节点vx处的dc电压进行温度控制,以便针对温度提供期望的性能。
如预期的,在某些条件下,所述电路同时提高线性和噪声性能(第4点)。这可以通过将没有压降元件的所述电路300与包括压降元件的所述电路600进行比较并得到输入电压噪声等式:
输入等效电压噪声vin–电路300:
输入等效电压噪声vinvin–电路600(在gm(q1)*rds(mp)非常高的情况下,如在典型的opamp的情况下)
为了比较这两个等式,可以通过以下方式重写所述电路300的输入等效电压噪声:
因为晶体管mp有更多可用的余量(由于dc压降),所以电路600的vov(mp)可以大于电路300的vov(mp),使得vinvin<vin。总之,在某些条件下,所公开的电路600还带来更好的噪声性能。
需要注意的是,以上所有考虑在如图6所描述的在vx–和vx+之间包括的两个级联晶体管q2+/q2–的情况下也成立。使用压降元件的相同原理也可以应用到非dc耦合系统中。
因此,所述电路600具有以下优点:由于可以分别为第一和第二级选择最佳dc点,所以线性得到最大化;在适应前/后级的dc共模的差异方面具有更高灵活性;较高增益×带宽乘积,由于额外的零可以抵消次级高频极,因此提高相位边限;通过对rb和电流生成器使用合适的热系数来控制opamp性能与温度的关系;在某些条件下能够降低噪声的性能。
图7示出了本发明第二种实现方式提供的电路700的电路图。
所述电路700对应于上图6描述的电路600。然而,所述压降元件603a、603b的电流源mb+、mb–不耦合到所述参考电压vdd,而是mb+和mb–耦合到接地gnd。这些用于所述电路700的不同压降元件被称为703a和703b。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实现方式中的一种进行公开,但此类特征或方面可以和其他实现方式中的一个或多个特征或方面相结合,只要对于任何给定或特定的应用是有需要或有利。而且,在一定程度上,术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其他变形在详细的说明书或权利要求书中使用,这类术语和所述术语“包含”是类似的,都是表示包括的含义。同样,术语“示例性地”,“例如”仅表示为示例,而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解,这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互,而不管它们是直接物理接触还是电接触,或者它们彼此不直接接触。
尽管本文中已说明和描述特定方面,但所属领域的技术人员应了解,多种替代和/或等效实施方式可在不脱离本发明的范围的情况下所示和描述的特定方面。该申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
尽管以下权利要求书中的各元素是借助对应的标签按照特定顺序列举的,除非对权利要求的阐述另有暗示用于实现部分或所有这些元素的特定顺序,否则这些元素并不一定限于以所述特定顺序来实现。
通过以上启示,对于本领域技术人员来说,许多替代产品、修改及变体是显而易见的。当然,所属领域的技术人员容易意识到除本文所述的应用之外,还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明,但所属领域的技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下,仍可对本发明作出许多改变。因此,应理解,只要是在所附权利要求书及其等效文句的范围内,可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。