高增益、高回转速率放大器的制造方法
高增益、高回转速率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及电路，更特别地涉及用于高增益、高回转速率放大器的方法和
目.ο
【背景技术】
[0002]差分放大器放大(例如，扩大，提高，等等)差分信号(例如，两个节点之间测量为相等且相反的信号)。放大信号的因子称为放大器增益，是放大器增大信号从输入到输出的功率或幅值的能力的度量。增益是有限的，且取决于输入信号的频率。在低频下，增益最大，通常随着频率提高而成指数下降，并且在通常称为单位增益频率的频率下值为1。通常，对于以给定技术实现的放大器，放大器增益和最大带宽的乘积是常数。结果，放大器的设计通常涉及到高增益和高带宽之间的妥协。
[0003]当放大器的输入变化过快时，放大器的转换速率放缓输出，其中放大器的转换速率是在每单位时间内输出电压的最大变化速率(例如，表示为每秒的伏特数)。对于大的输入阶输出电压随时间而变化通常称为“回转”。一般地，放大器的回转速率随着增益增大而减小，导致增益与回转速率之间的权衡(例如，增益越高，回转速率越低，反之亦然)。较高的回转速率是放大器的期望特性；同样，高增益也是放大器的期望特性；然而，放大器通常不能设计为既提供高回转速率，又提供高增益。
[0004]一种实现高增益、高回转速率放大器的机制涉及到，将正电流反馈电路添加到具有电阻负载的标准差分放大器中。反馈电路的环路增益配置为比整体小且被控制以确保整个单元的稳定性。负载电阻器连接在供给极与差分放大器的输出之间，并且与将其电流反馈施加给输出的两个电流源并联地安装。高增益、高回转速率放大器的另一实现包括与辅助高功率放大器结合的主放大器，该辅助高功率放大器仅在主要期间内才被激活，在该主要期间内要求极高的回转速率。
[0005]在又一实现中，既具有高增益又具有高回转速率的缓冲电路是利用高增益、低回转速率放大器和具有三个单独的运行阶段的开关网络来实现的。在第一阶段，放大器的输出与负载隔离以允许放大器的输出电压更快速地达到其最终电压电平(例如，达到高回转速率)。在第二阶段中，开关网络将放大器输出引线与负载输入引线耦合，其中放大器将负载输入引线处的电压驱动到基本等于输入信号电压的电压(例如，实现高增益)。在第三阶段中，开关网络将放大器与负载隔离且将负载的输入引线与地电位源耦合以将负载的输入引线快速地回转到地电位。
【发明内容】
[0006]本公开一般地涉及用于高增益、高回转速率放大器的方法和装置。在示例性的实施方案中，具有高增益和高回转速率的放大器被提供且包括:一对输入晶体管，输入电压施加到所述一对输入晶体管上；一对二极管连接负载，其与所述输入晶体管耦合；至少一对电流源，其与所述二极管连接负载耦合；以及偏置控制器，其配置为关断所述至少一对电流源以实现所述放大器的高回转速率以及接通所述至少一对电流源以实现放大器的高增益。在具体的实施方案中，电流源包括晶体管，所述偏置控制器控制到电流源的偏压，所述偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压(VDD)或地(GND)。
【附图说明】
[0007]图1是示出高增益、高回转速率放大器的示例性的实施方案的简化电路图；
[0008]图2是示出高增益、高回转速率放大器的另一示例性的实施方案的简化电路图；
[0009]图3是示出高增益、高回转速率放大器的实施方案的实施例细节的简化电路图；
[0010]图4是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的实施例操作的简化流程图；
[0011]图5是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的其他实施例操作的简化流程图；
[0012]图6是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的另外的实施例操作的简化流程图；以及
[0013]图7是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的另外的实施例操作的简化流程图。
【具体实施方式】
[0014]图1是示出高增益、高回转速率放大器10的简化框图。放大器10包括输入晶体管MNP 12和MNN 14，输入电压Vin+和Vin-分别施加到输入晶体管MNP 12和MNN 14上。MNP12和MNN 14连接到有效地充当二极管连接负载的晶体管MPP 16和MPN 18。使用二极管连接晶体管作为有源负载提供了低增益，二极管连接负载会消耗电压净空(从而产生输出电压摆动、电压增益和输入共模范围之间的权衡);然而，二极管连接负载具有低的阻抗并且能够使得放大器回转更快。
[0015]在一般意义上，放大器的增益通常表示为Av= G?XR。，其中G?是输入器件的跨导(例如，器件的输出端子处的电流变化与输入端子处的电压变化之比)，&是输入器件所看到的负载阻抗(例如，如果电路具有定义明确的输出端子，则连接到输出端子的电路为负载；在一般的意义上，阻抗是电路对施加电压时的电流提出抵抗的度量)。如本文所使用的，术语“器件”是指电路的有源电气组件，包括晶体管和二极管(在一般的意义上，该术语通常用于“有源”组件，例如，晶体管，而不是“无源”组件，例如电阻器)。当R。增大时，放大器在整个输出范围内改变其输出，即回转的能力下降。
[0016]为实现较高的增益，MPP 16和MPN 18的跨导可以降低，例如，通过减小MPP 16和MPN 18的电流或纵横比(宽度与长度比(W/L))。然而，减小负载器件MPP 16和MPN 18的电流不可行，因为电流还对输入器件MNP 12和MNN 14供电。MPP 16和MPN 18的纵横比可以减小；但是，减小纵横比会提高负载器件MPP 16和MPN 18的漏极-源极电压(VDS)，导致输入器件MNP 12和MNN 14失去饱和。
[0017]因为二极管连接负载MPP 16和MPN 18消耗了电压净空，可以通过电流源MPIP 20和MPIN 22来提供输入晶体管MNP 12和MNN 14的偏置电流的部分。例如，如果MPIP 20和MPIN 22载有MNP 12和MNN 14的漏极电流的大部分，则通过MPP 16和MPN 18的电流成比例地减小，可能减小MPP 16和MPN 18的跨导。因此，与不具有电流源MPIP 20和MPIN22的情况相比，差分增益会较高。
[0018]而且，电流源MPIP 20和MPIN 22可以使得来自负载器件MPP 16和MPN 18的电流转向，使得负载器件MPP 16和MPN 18可以尺寸较小，而不影响输入器件MNP 12和MNN 14的饱和。电流源MPIP 20和MPIN 22的栅极可以被驱动到适合的偏压(VBIASp)以使能作为电流源工作。(偏置是一种为建立正确的工作条件而在电路的各个点处建立预定电压或电流的方法；一些器件可能要求稳态(DC)电流或电压来正确地工作，即使它们处理模拟(AC)电流或电压，施加到它们上的AC信号叠加在DC偏置电流或电压之上。)
[0019]具有电流源MPIP 20和MPIN 22的较高增益会导致回转速率下降，回转速率下降是因为当输入端子看到较大的电压变化时电流源MPIP 20和MPIN 22为输出节点提供较低的用 来改变电位的电流。因此，在各个实施例中，电流源MPIP 20和MPIN 22可以与偏置控制器24耦合，偏置控制器24在回转期间关断电流源MPIP 20和MPIN 22且随后将其接通。通过偏压控制电路24来控制电压VBIASp，能够使与负载器件MPP 16和MPN 18并联连接的电流源MPIP 20和MPIN 22能够接通或关断。在示例性的实施方案中，当放大器10正在回转时，偏置控制器24能够将驱动VBIASp而接近V DD (电源电压)，从而关断MPIP 20和MPIN 22并且使得额外的电流可用来在输出节点处改变电位，从而提高回转速率。当放大器10没有回转时，偏置控制器24能够将VBIASp驱动成其正常值以使MPIP 20和MPIN22能够作为电流源工作，得到了高增益的放大器10。注意的是，可以在另一晶体管MNB 26处供应负的偏压(VBIASn)，该另一晶体管还可以接地；负载器件MPP 16和MPN 18可以连接到VDD。
[0020]在各个实施例中，偏置控制器24能够根据各种设计考虑以任何适当的方式来实现。注意的是，由于利用偏置控制器24来改变放大器10的增益，所以放大器10的稳定性也会变化。通过适当地控制放大器补偿电容器和/或电阻器的值，能够解决放大器10的稳定性。注意的是，在图中所示的电路中，输入晶体管MPP 12和MPN 14、负载器件MNP 16和MNN 18以及电流源丽IP 20和丽IN 22是P型金属氧化物半导体(PM0S)晶体管。
[0021]转到图2，图2是示出放大器10的另一实施方案的简化电路图。输入晶体管MPP12和MPN 14是P型金属氧化物半导体(PM0S)晶体管和负载器件MNP 16和MNN 18，电流源丽IP 20和丽IN 22是N型金属氧化物半导体(NM0S)晶体管。当放大器10正在回转时，偏置控制器24驱动电源偏压VBIASn接近GND，从而关断电流源丽IP 20和丽IN 22。当放大器10没有回转时，偏置控制器24可以将VBIASn驱动到其正常值，以使丽IP 20和丽IN22能够作为电流源工作，得到高增益的放大器10。
[0022]转到图3，图3是示出放大器10的实施方案的实施例细节的简化电路图。放大器10的实施方案可以用在一些模数转换器(ADC)的预充电缓冲器中。通过放大器10在预充电缓冲器中的实施方案，增大的增益不会劣化偏差(例如，由于随机失配)或者降低放大器10的回转速率。
[0023]根据各个实施例，电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34可以与二极管负载MPP 16和MPN 18并联地添加。并联的电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34能够由于来自例如二极管连接负载MPP 16和MPN 18的失配而保持偏差，因为指向输入的偏差保持与没有电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34的情况相同。而且，电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34可定尺寸使得它们不添加其自身的输入参考偏差。添加的电流源会降低负载器件MPP 16和MPN 18的跨导G?，因此使得放大器增益较高。然而，高增益是以降低的回转速率为代价而实现的，因为在输出上可用来对放大电容器(未示出)充电的电流小得多。因此，晶体管MP 36可以添加以充当开关。当放大器10正在回转时，节点fineb可处于低电压，随后所有并联的电流源MP 28，MP 30，MP 32和MP 34被关断，全部电流都对负载电容器充电。当回转结束时，节点fineb处的电压会升高，使得节点vbiasn呈现栅极电压\^而保持所有电流源 MP 28，MP 30, MP 32 和 MP 34 接通。
[0024]在一些实施例中，fineb信号无需单独地产生；能够指示放大器10是否处于粗调模式还是精调模式的任何适合的信号可用来控制开关MP 36。例如，当施加输入电压时，放大器的输出花费一些时间随时间推移而到达稳定值。在回转时间(即，粗调模式)期间，放大器的输出以其最高可能的速度移向最终电压值。在铃流时间(即，精调模式)期间内，放大器从回转恢复且输出电压在某预定误差带内停止移动。信号fineb和开关MP 36能够允许在粗调期间内(例如，当放大器10处于回转模式时)快速回转，以及在精调期间内(例如，当放大器10不处于回转模式时)具有高增益。注意的是，电流源MP 28，MP 30，MP 32和MP 34能够在向放大器施加输入电压的持续期间内保持接通。
[0025]当放大器10从粗调模式变成精调模式时，电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34接通，降低了用于二极管负载MPP 16和MPN 18的￥<^。注意的是，降低Vss也会使得在放大器10的下一级中的器件的G?降低。然而，下一级的增益保持不受影响，因为较低的Vm减小了Id，提高了 R-。因此，在粗调期间更多的电流可用于下一级，而在精调期间较少的电流可用于下一级。
[0026]转到图4，图4是示出可以与放大器10的实施方案相关联的实施例操作50的简化流程图。在52处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以关断，例如，通过偏置控制器24将VBIASp驱动到V DD。在54处，可测量跨输入节点的电压VIN。在56处，如果电压VIN不大于预定电压阈值，则表明回转结束，在58处，电流源(例如MPIP 20和MPIN 22)可接通以实现放大器10的更高增益。例如，可以通过偏置控制器24来降低电压VBIASp以接通电流源(例如 MPIP 20 和 MPIN 22) 0
[0027]另一方面，如果在56处判定出电压VIN大于预定的电压阈值，则可以在60处做出关于电流源(例如MPIP 20和MPIN 22)是否接通的进一步判定。如果这些电流源未接通(例如，如同在输入电压施加之后放大器正在回转的情况)，操作可以继续到54，此时测量输出电压。另一方面，如果电流源(例如MPIP 20和MPIN 22)接通(例如，如同输入电压关断且放大器开始向下回转时的情况)，操作返回52，此时电流源(例如MPIP 20和MPIN22)可以关断，例如，通过偏置控制器24使电压VBIASp降低至V DDO
[0028]转到图5，图5是示出可以与放大器10的实施方案相关联的实施例操作70的简化流程图。在72处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以关断，例如通过偏置控制器24将VBIASp驱动到VDD。如此，放大器10可以实现高回转速率。在74处，自输入节点(例如，MNP 12和MNN 14)处的电压变化开始起经过的时间可以被测量(例如，使用任何适合的定时器)。在76处，可以做出关于测量时间是否大于预定的时间阈值(例如，对应于回转模式结束)的判定。例如，如果放大器10的回转速率已知，则完成回转所花费的时间可以计算出且选择为预定的时间阈值。如果测量时间大于预定的时间阈值，则在78处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以接通，例如，通过偏置控制器24升高VBIASp。由此，放大器10可以实现高增益。另一方面，如果测量时间小于预定的时间阈值，则在74处操作可继续测量时间。
[0029]转到图6，图6是示出可与放大器10的实施 方案相关联的实施例操作90的简化流程图。在92处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以关断，例如，通过偏置控制器24将VBIASp驱动到VDD。由此，放大器10可以实现高回转速率。在94处，自输入节点(例如，MNP 12和MNN 14)处的电压变化开始起经过的时间可被测量(例如，使用任何适合的定时器)。在96处，偏置控制器24可以使偏压VBIASp逐渐地升高。在98处，可以做出测量时间是否大于预定的时间阈值(例如，对应于回转模式的结束)的判定。如果是，则在100处，偏置控制器24可以在电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)处施加最大的偏压VBIASp。另一方面，如果测量的时间不大于预定的时间阈值(例如，放大器10处于回转模式)，则操作可返回以在94处测量时间。
[0030]转到图7，图7是示出可与放大器10的实施方案相关联的实施例操作110的简化流程图。在112处，控制信号(例如，电压fineb)可以监控输入电压或自输入电压变化开始起经过的时间。在114处，可以做出放大器10是否处于回转模式的判定。如果放大器10处于回转模式，则在116处，电流源(例如，MP 28，MP 30，MP 32和MP 34)可以关断(例如，通过关断开关MP 36)，以提高回转速率。另一方面，如果放大器10不处于回转模式，则在118处，电流源(例如，MP 28，MP 30, MP 32和MP 34)可以接通(例如，通过接通开关MP36)，以提高增益。
[0031]注意的是，在该说明书中，提及包含在“一个实施方案”、“示例性实施方案”、“实施方案”、“另一实施方案”、“一些实施方案”、“各实施方案”、“其他实施方案”、“可选的实施方案”等中的各个特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)旨在表示，任何这些特征包含在本公开的一个或多个实施方案中，但是可以或者可以不必组合在相同的实施方案中。
[0032]在上述的实施方案的论述中，为了适应特定的电路系统需求，可以容易地对诸如电容器、时钟、分压器、电感器、电阻器、放大器、开关、数字核、晶体管和/或其他组件的电路组件进行替换、替代或以其他方式进行修改。而且，值得注意的是，互补的电子芯片、硬件、软件等的使用提供了用来实现本公开的教导的可实施的任选项。
[0033]在一个示例性的实施方案汇总，可以在关联的电子芯片板上来实现图中任意数量的电路。该板可以是普通的电路板，其能够保持电子芯片的内部电子系统的各种组件，进一步提供用于其他外围设备的连接器。更具体地，板能够提供系统的其他组件能够借以进行电通信的电连接。任何适合的处理器(包括数字信号处理器、微处理器、支持芯片组等)、存储器元件等能够适当地基于特定配置需要、处理需求、计算机设计等而与板親合。诸如外部存储设备、附加的传感器、用于音频/视频显示的控制器以及其他外围设备芯片的其他组件可以附接到板上作为插入卡、经由电缆或者集成到板本身中。
[0034]在另一示例性的实施方案中，图中的电路可以实现为独立模块(例如，具有相关联的组件和电路系统的芯片配置为执行具体的应用或功能)，或者实现为插入电子芯片的专用硬件中的模块。注意的是，本公开的特定实施方案可以部分地或者整体地轻易包含在片上系统(S0C)封装中。S0C代表了将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的1C。S0C可以包含数字、模拟、混合信号，通常包含射频功能:所有均可在单个芯片基板上来提供。其他的实施方案可以包括多芯片模块(MCM)，具有单个单独的1C，它们位于单一电子封装内且配置为彼此之间通过电子封装密切交互。在其他各个实施方案中，如本文所描述的功能可以实现于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其他半导体芯片中的一个或多个硅核中。在其他各个实施方案中，本文所描述的功能可以仿真的形式实现为在一个或多个布置于支持这些功能的结构内的可配置(例如，可编程)元件内运行的软件或固件。
[0035]还需要注意的是，本文所列出的所有的规格、尺寸和关系(例如，组件数量、逻辑操作等)仅为了示例和教导的目的而提供。这些信息可以进行相当地改变，而不偏离本公开的精神或随附权利要求的范围。规则仅适用于一个非限制的实施例，因此，它们应当进行如此解释。在前面的说明书中，参考特定的组件布置描述了示例性的实施方案。可以对这些实施方案做出各种修改和改变，而不偏离随附权利要求的范围。因此，说明书恶化附图应当在示例性的而不是限制的意义上进行考量。
[0036]注意的是，上文参考附图论述的活动能够适用于涉及信号处理的任意集成电路，特别是那些依赖于信号来执行专用软件程序或算法的集成电路，其中一些可以与处理数字化实时数据相关联。一些实施方案可涉及汽车应用，例如电池电力传感器和相关的附件。一些其他的实施方案可涉及多DSP信号处理、浮点处理、信号/控制处理、固定函数处理、微处理器应用等。在一些背景下，本文所述的特征能够适用于汽车系统、医疗系统、科学仪器、无线和有线通信、雷达、工业过程控制、音频和视频装备、电流感测、仪器测量(可能非常精确)以及其他基于数字处理的系统。
[0037]而且，上述的一些实施方案可以在用于医学成像、患者监控、医学仪器测量和家庭健康护理的数字信号处理技术中提供。这可以包括肺监控器、加速度计、心率监控器、起搏器等。其他应用可涉及用于安全系统的汽车技术(例如，稳定性控制系统、驾驶员辅助系统、制动系统、信息娱乐以及任何类型的内部应用)。此外，动力系系统(例如，在混合动力车辆和电动车辆中)能够将本文所描述的功能应用于电池监控、控制系统、报告控制、维护活动等中的高精度数据转换产品中。
[0038]在另外的实施例方案中，本公开的教导能够应用于包括帮助驱动生产率、能量效率和可靠性的过程控制系统的工业市场。在消费电子应用中，上述电路的教导能够用于图像处理、自动聚焦和图像稳定(例如，用于数字静像照相机、摄像录像机等)。其他消费电子应用可以包括用于家庭影院系统、DVD记录机和高清电视机的音频处理器和视频处理器。其他的消费电子应用可涉及到先进触摸屏控制器(例如，用于任何类型的便携式媒体芯片)。因此，这些技术可以容易地作为智能手机、平板设备、安全系统、PC、博彩技术、虚拟现实、模拟训练等的部分。
[0039]注意的是，通过本文提供的若干实施例，可以就两个、三个、四个或更多的电气组件来描述交互。然而，这仅为清晰和示例的目的而进行。应当理解的是，系统可以任何适合的方式来结合。沿着类似的设计替代方案，图中所示的任何组件、模块和元件可以各种可能的构造来结合，所有这些都明确地位于本说明书的宽泛范围之内。在一些情况下，通过仅参考有限数目的电气元件，可更易于描述给地流程集合的一种或多种功能。应当理解的是，图中的电气电路及其教导可轻易缩放且能够适应大量的组件，以及更加复杂的/难懂的布置和配置。因此，所提供的实施例不应限制范围或者抑制可能应用于多种其他体系结构的电气电路的宽泛教导。
[0040]本领域技术人员可以确定若干其他的改变、替代、变型例、可选方案和改进方案，目的在于本公开涵盖所有落在随附权利要求范围内的这样的改变、替代、变型例、可选方案和改进方案。为了辅助美国专利商标局(USPT 0)以及另外地在本申请中发布的任何专利的任意读者解释随附的权利要求书，申请人希望指出，申请人:(a)除非在特定权利要求中具体使用了用语“用于…的手段”或“用于…的步骤”，否则不意在任何随附的权利要求在其申请日存在时援引35U.S.C.112部分的第六(6)段；以及(b)说明书中的任何陈述不意在以在随附权利要求中未反映的任何方式来限制本公开。
[0041]其他iP,录、实施例和实现方式
[0042]注意的是，上述装置的所有任选特征还可以针对本文所描述的方法或工艺来实现，实施例中的细节可以在一个或多个实施方案中任何地方使用。在第一实施例中，提供了系统(其可以包括任何适合的电路系统、分压器、电容器、电阻器、电感器、ADC、DFF、逻辑门、软件、硬件、链路等)，其可以是任何类型的电子器件(例如，计算机)的部分，还可以包括与多个电子组件耦合的电路板。系统包括高增益、高回转速率放大器，其包括:一对输入晶体管，输入电压施加到一对输入晶体管上；一对二极管连接负载，其与输入晶体管耦合；至少一对电流源，其与二极管连接负载耦合；以及偏置控制器。
[0043]放大器包括:当放大器正在回转时通过偏置控制器来关断电流源的手段；以及当放大器没有回转时通过偏置控制器来接通电流源的手段；当放大器正在回转以逐渐地接通电流源时通过偏置控制器逐渐升高到电流源的偏压的手段；用于对输入晶体管施加输入电压的手段；测量自输入电压施加开始起经过的时间；以及当测量的时间超过预定时间阈值，例如对应于放大器回转结束时，通过偏置控制器来接通电流源的手段。放大器还可以包括:用于测量放大器的输出电压的手段；以及当测量的电压超过预定电压阈值时通过偏置控制器来接通电流源的手段。
[0044]在(上述的)这些实例中“用于…的手段”可包括(但不限于)使用本文论述的任何适合的组件，以及任何适合的软件、电路系统、集中器、计算机代码、逻辑、算法、硬件、控制器、接口、链路、总线、通信通路等。在第二实施例中，系统包括存储器，该存储器进一步包括机器可读指令，当执行时，该机器可读指令使系统执行上述任意活动。
【主权项】
1.具有高增益和高回转速率的放大器，包括: 一对输入晶体管，对所述一对输入晶体管施加电压； 一对二极管连接负载，其与所述输入晶体管耦合； 至少一对电流源，其与所述二极管连接负载耦合；以及 偏置控制器，其配置为关断所述至少一对电流源以使所述放大器具有高回转速率且接通所述至少一对电流源以使所述放大器具有高增益。2.如权利要求1所述的放大器，其中当所述放大器正在回转时，在所述放大器的粗调模式期间内，所述偏置控制器关断所述电流源，其中，所述偏置控制器在回转结束时接通所述电流源且当所述放大器没有正在回转时保持所述电流源接通。3.如权利要求1所述的放大器，其中所述电流源包括晶体管，其中所述偏置控制器控制到所述电流源的偏压，其中所述偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压(VDD)。4.如权利要求1所述的放大器，其中，当所述放大器正在回转而逐渐接通所述电流源时，所述偏置控制器逐渐地升高所述偏压。5.如权利要求1所述的放大器，其中所述偏置控制器包括与所述电流源耦合的晶体管开关，其中当所述晶体管开口被接通时，所述电流源接通，其中当所述晶体管开关关断时，所述电流源关断。6.如权利要求1所述的放大器，其中，当自对所述输入晶体管施加输入电压开始起测量的时间在预定时间阈值以下时，所述偏置控制器关断所述电流源，并且当测量的时间在所述预定时间阈值以上时，所述偏置控制器接通所述电流源。7.如权利要求6所述的放大器，其中所述预定时间阈值对应于所述放大器回转的结束。8.如权利要求1所述的放大器，其中当所述放大器的输出电压在预定电压阈值以下时，所述偏置控制器关断所述电流源，而当所述放大器的输出电压在预定电压阈值以上时，所述偏置控制器接通所述电流源。9.如权利要求1所述的放大器，其中所述放大器用于模数转换器(ADC)的预充电缓冲器中。10.如权利要求1所述的放大器，其中所述输入晶体管、所述二极管连接负载和所述电流源包括P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。11.如权利要求1所述的放大器，其中所述输入晶体管包括PMOS晶体管，并且所述二极管连接负载和所述电流源包括N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。12.实现高增益、高回转率放大器的方法，所述高增益、高回转率放大器包括:一对输入晶体管，输入电压施加到所述一对输入晶体管上；与所述输入晶体管耦合的一对二极管连接负载、与二极管连接负载耦合的至少一对电流源，以及偏置控制器，所述方法包括: 当所述放大器正在回转时，通过偏置控制器关断所述电流源；以及 当所述放大器没有正在回转时，通过偏置控制器接通所述电流源。13.如权利要求12所述的方法，其中所述电流源包括晶体管，其中所述偏置控制器控制到所述电流源的偏压，其中所述偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压((VDD)。14.如权利要求13所述的方法，还包括:当所述放大器正在回转而逐渐地接通所述电流源时，通过所述偏置控制器逐渐地提高所述偏压。15.如权利要求12所述的方法，其中所述偏置控制器包括与所述电流源耦合的晶体管开关，其中当所述晶体管开关接通时，所述电流源接通，其中当所述晶体管开关关断时，所述电流源被关断。16.如权利要求12所述的方法，还包括: 通过所述偏置控制器来关断所述电流源； 将输入电压施加到所述输入晶体管上； 测量自施加所述输入电压开始起经过的时间；以及 当测量的时间超过预定时间阈值时，接通所述电流源。17.如权利要求16所述的方法，其中所述预定时间阈值对应于放大器回转结束。18.如权利要求12所述的方法，还包括: 通过所述偏置控制器来关断所述电流源； 将输入电压施加到所述输入晶体管上； 测量所述放大器的输出电压；以及 当所测量的电压超过预定电压阈值时，通过所述偏置控制器来接通所述电流源。19.如权利要求12所述的方法，其中所述输入晶体管、所述二极管连接负载和所述电流源包括PMOS晶体管。20.如权利要求12所述的方法，其中所述输入晶体管包括PMOS晶体管且二极管连接负载和所述电流源包括NMOS晶体管。
【专利摘要】在示例性的实施方案中，提供了具有高增益和高回转速率的放大器，该放大器包括：一对输入晶体管，输入电压施加到所述一对输入晶体管上；一对二极管连接负载，其与所述输入晶体管耦合；至少一对电流源，其与所述二极管连接负载耦合；以及偏置控制器，其配置为关断所述至少一对电流源以实现所述放大器的高回转速率以及接通所述至少一对电流源以实现所述放大器的高增益。在具体的实施方案中，电流源包括晶体管，所述偏置控制器控制对电流的偏压，偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压(VDD)。
【IPC分类】H03G3/20, H03F3/45
【公开号】CN105490652
【申请号】CN201510629992
【发明人】V·M·考卡尔尼
【申请人】亚德诺半导体集团
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月29日
【公告号】DE102015116662A1, US9300257, US20160099692
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及电路，更特别地涉及用于高增益、高回转速率放大器的方法和
目.ο
【背景技术】
[0002]差分放大器放大(例如，扩大，提高，等等)差分信号(例如，两个节点之间测量为相等且相反的信号)。放大信号的因子称为放大器增益，是放大器增大信号从输入到输出的功率或幅值的能力的度量。增益是有限的，且取决于输入信号的频率。在低频下，增益最大，通常随着频率提高而成指数下降，并且在通常称为单位增益频率的频率下值为1。通常，对于以给定技术实现的放大器，放大器增益和最大带宽的乘积是常数。结果，放大器的设计通常涉及到高增益和高带宽之间的妥协。
[0003]当放大器的输入变化过快时，放大器的转换速率放缓输出，其中放大器的转换速率是在每单位时间内输出电压的最大变化速率(例如，表示为每秒的伏特数)。对于大的输入阶输出电压随时间而变化通常称为“回转”。一般地，放大器的回转速率随着增益增大而减小，导致增益与回转速率之间的权衡(例如，增益越高，回转速率越低，反之亦然)。较高的回转速率是放大器的期望特性；同样，高增益也是放大器的期望特性；然而，放大器通常不能设计为既提供高回转速率，又提供高增益。
[0004]一种实现高增益、高回转速率放大器的机制涉及到，将正电流反馈电路添加到具有电阻负载的标准差分放大器中。反馈电路的环路增益配置为比整体小且被控制以确保整个单元的稳定性。负载电阻器连接在供给极与差分放大器的输出之间，并且与将其电流反馈施加给输出的两个电流源并联地安装。高增益、高回转速率放大器的另一实现包括与辅助高功率放大器结合的主放大器，该辅助高功率放大器仅在主要期间内才被激活，在该主要期间内要求极高的回转速率。
[0005]在又一实现中，既具有高增益又具有高回转速率的缓冲电路是利用高增益、低回转速率放大器和具有三个单独的运行阶段的开关网络来实现的。在第一阶段，放大器的输出与负载隔离以允许放大器的输出电压更快速地达到其最终电压电平(例如，达到高回转速率)。在第二阶段中，开关网络将放大器输出引线与负载输入引线耦合，其中放大器将负载输入引线处的电压驱动到基本等于输入信号电压的电压(例如，实现高增益)。在第三阶段中，开关网络将放大器与负载隔离且将负载的输入引线与地电位源耦合以将负载的输入引线快速地回转到地电位。
【发明内容】
[0006]本公开一般地涉及用于高增益、高回转速率放大器的方法和装置。在示例性的实施方案中，具有高增益和高回转速率的放大器被提供且包括:一对输入晶体管，输入电压施加到所述一对输入晶体管上；一对二极管连接负载，其与所述输入晶体管耦合；至少一对电流源，其与所述二极管连接负载耦合；以及偏置控制器，其配置为关断所述至少一对电流源以实现所述放大器的高回转速率以及接通所述至少一对电流源以实现放大器的高增益。在具体的实施方案中，电流源包括晶体管，所述偏置控制器控制到电流源的偏压，所述偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压(VDD)或地(GND)。
【附图说明】
[0007]图1是示出高增益、高回转速率放大器的示例性的实施方案的简化电路图；
[0008]图2是示出高增益、高回转速率放大器的另一示例性的实施方案的简化电路图；
[0009]图3是示出高增益、高回转速率放大器的实施方案的实施例细节的简化电路图；
[0010]图4是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的实施例操作的简化流程图；
[0011]图5是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的其他实施例操作的简化流程图；
[0012]图6是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的另外的实施例操作的简化流程图；以及
[0013]图7是示出可以与高增益、高回转速率放大器的实施方案相关联的另外的实施例操作的简化流程图。
【具体实施方式】
[0014]图1是示出高增益、高回转速率放大器10的简化框图。放大器10包括输入晶体管MNP 12和MNN 14，输入电压Vin+和Vin-分别施加到输入晶体管MNP 12和MNN 14上。MNP12和MNN 14连接到有效地充当二极管连接负载的晶体管MPP 16和MPN 18。使用二极管连接晶体管作为有源负载提供了低增益，二极管连接负载会消耗电压净空(从而产生输出电压摆动、电压增益和输入共模范围之间的权衡);然而，二极管连接负载具有低的阻抗并且能够使得放大器回转更快。
[0015]在一般意义上，放大器的增益通常表示为Av= G?XR。，其中G?是输入器件的跨导(例如，器件的输出端子处的电流变化与输入端子处的电压变化之比)，&是输入器件所看到的负载阻抗(例如，如果电路具有定义明确的输出端子，则连接到输出端子的电路为负载；在一般的意义上，阻抗是电路对施加电压时的电流提出抵抗的度量)。如本文所使用的，术语“器件”是指电路的有源电气组件，包括晶体管和二极管(在一般的意义上，该术语通常用于“有源”组件，例如，晶体管，而不是“无源”组件，例如电阻器)。当R。增大时，放大器在整个输出范围内改变其输出，即回转的能力下降。
[0016]为实现较高的增益，MPP 16和MPN 18的跨导可以降低，例如，通过减小MPP 16和MPN 18的电流或纵横比(宽度与长度比(W/L))。然而，减小负载器件MPP 16和MPN 18的电流不可行，因为电流还对输入器件MNP 12和MNN 14供电。MPP 16和MPN 18的纵横比可以减小；但是，减小纵横比会提高负载器件MPP 16和MPN 18的漏极-源极电压(VDS)，导致输入器件MNP 12和MNN 14失去饱和。
[0017]因为二极管连接负载MPP 16和MPN 18消耗了电压净空，可以通过电流源MPIP 20和MPIN 22来提供输入晶体管MNP 12和MNN 14的偏置电流的部分。例如，如果MPIP 20和MPIN 22载有MNP 12和MNN 14的漏极电流的大部分，则通过MPP 16和MPN 18的电流成比例地减小，可能减小MPP 16和MPN 18的跨导。因此，与不具有电流源MPIP 20和MPIN22的情况相比，差分增益会较高。
[0018]而且，电流源MPIP 20和MPIN 22可以使得来自负载器件MPP 16和MPN 18的电流转向，使得负载器件MPP 16和MPN 18可以尺寸较小，而不影响输入器件MNP 12和MNN 14的饱和。电流源MPIP 20和MPIN 22的栅极可以被驱动到适合的偏压(VBIASp)以使能作为电流源工作。(偏置是一种为建立正确的工作条件而在电路的各个点处建立预定电压或电流的方法；一些器件可能要求稳态(DC)电流或电压来正确地工作，即使它们处理模拟(AC)电流或电压，施加到它们上的AC信号叠加在DC偏置电流或电压之上。)
[0019]具有电流源MPIP 20和MPIN 22的较高增益会导致回转速率下降，回转速率下降是因为当输入端子看到较大的电压变化时电流源MPIP 20和MPIN 22为输出节点提供较低的用 来改变电位的电流。因此，在各个实施例中，电流源MPIP 20和MPIN 22可以与偏置控制器24耦合，偏置控制器24在回转期间关断电流源MPIP 20和MPIN 22且随后将其接通。通过偏压控制电路24来控制电压VBIASp，能够使与负载器件MPP 16和MPN 18并联连接的电流源MPIP 20和MPIN 22能够接通或关断。在示例性的实施方案中，当放大器10正在回转时，偏置控制器24能够将驱动VBIASp而接近V DD (电源电压)，从而关断MPIP 20和MPIN 22并且使得额外的电流可用来在输出节点处改变电位，从而提高回转速率。当放大器10没有回转时，偏置控制器24能够将VBIASp驱动成其正常值以使MPIP 20和MPIN22能够作为电流源工作，得到了高增益的放大器10。注意的是，可以在另一晶体管MNB 26处供应负的偏压(VBIASn)，该另一晶体管还可以接地；负载器件MPP 16和MPN 18可以连接到VDD。
[0020]在各个实施例中，偏置控制器24能够根据各种设计考虑以任何适当的方式来实现。注意的是，由于利用偏置控制器24来改变放大器10的增益，所以放大器10的稳定性也会变化。通过适当地控制放大器补偿电容器和/或电阻器的值，能够解决放大器10的稳定性。注意的是，在图中所示的电路中，输入晶体管MPP 12和MPN 14、负载器件MNP 16和MNN 18以及电流源丽IP 20和丽IN 22是P型金属氧化物半导体(PM0S)晶体管。
[0021]转到图2，图2是示出放大器10的另一实施方案的简化电路图。输入晶体管MPP12和MPN 14是P型金属氧化物半导体(PM0S)晶体管和负载器件MNP 16和MNN 18，电流源丽IP 20和丽IN 22是N型金属氧化物半导体(NM0S)晶体管。当放大器10正在回转时，偏置控制器24驱动电源偏压VBIASn接近GND，从而关断电流源丽IP 20和丽IN 22。当放大器10没有回转时，偏置控制器24可以将VBIASn驱动到其正常值，以使丽IP 20和丽IN22能够作为电流源工作，得到高增益的放大器10。
[0022]转到图3，图3是示出放大器10的实施方案的实施例细节的简化电路图。放大器10的实施方案可以用在一些模数转换器(ADC)的预充电缓冲器中。通过放大器10在预充电缓冲器中的实施方案，增大的增益不会劣化偏差(例如，由于随机失配)或者降低放大器10的回转速率。
[0023]根据各个实施例，电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34可以与二极管负载MPP 16和MPN 18并联地添加。并联的电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34能够由于来自例如二极管连接负载MPP 16和MPN 18的失配而保持偏差，因为指向输入的偏差保持与没有电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34的情况相同。而且，电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34可定尺寸使得它们不添加其自身的输入参考偏差。添加的电流源会降低负载器件MPP 16和MPN 18的跨导G?，因此使得放大器增益较高。然而，高增益是以降低的回转速率为代价而实现的，因为在输出上可用来对放大电容器(未示出)充电的电流小得多。因此，晶体管MP 36可以添加以充当开关。当放大器10正在回转时，节点fineb可处于低电压，随后所有并联的电流源MP 28，MP 30，MP 32和MP 34被关断，全部电流都对负载电容器充电。当回转结束时，节点fineb处的电压会升高，使得节点vbiasn呈现栅极电压\^而保持所有电流源 MP 28，MP 30, MP 32 和 MP 34 接通。
[0024]在一些实施例中，fineb信号无需单独地产生；能够指示放大器10是否处于粗调模式还是精调模式的任何适合的信号可用来控制开关MP 36。例如，当施加输入电压时，放大器的输出花费一些时间随时间推移而到达稳定值。在回转时间(即，粗调模式)期间，放大器的输出以其最高可能的速度移向最终电压值。在铃流时间(即，精调模式)期间内，放大器从回转恢复且输出电压在某预定误差带内停止移动。信号fineb和开关MP 36能够允许在粗调期间内(例如，当放大器10处于回转模式时)快速回转，以及在精调期间内(例如，当放大器10不处于回转模式时)具有高增益。注意的是，电流源MP 28，MP 30，MP 32和MP 34能够在向放大器施加输入电压的持续期间内保持接通。
[0025]当放大器10从粗调模式变成精调模式时，电流源MP 28，MP 30, MP 32和MP 34接通，降低了用于二极管负载MPP 16和MPN 18的￥<^。注意的是，降低Vss也会使得在放大器10的下一级中的器件的G?降低。然而，下一级的增益保持不受影响，因为较低的Vm减小了Id，提高了 R-。因此，在粗调期间更多的电流可用于下一级，而在精调期间较少的电流可用于下一级。
[0026]转到图4，图4是示出可以与放大器10的实施方案相关联的实施例操作50的简化流程图。在52处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以关断，例如，通过偏置控制器24将VBIASp驱动到V DD。在54处，可测量跨输入节点的电压VIN。在56处，如果电压VIN不大于预定电压阈值，则表明回转结束，在58处，电流源(例如MPIP 20和MPIN 22)可接通以实现放大器10的更高增益。例如，可以通过偏置控制器24来降低电压VBIASp以接通电流源(例如 MPIP 20 和 MPIN 22) 0
[0027]另一方面，如果在56处判定出电压VIN大于预定的电压阈值，则可以在60处做出关于电流源(例如MPIP 20和MPIN 22)是否接通的进一步判定。如果这些电流源未接通(例如，如同在输入电压施加之后放大器正在回转的情况)，操作可以继续到54，此时测量输出电压。另一方面，如果电流源(例如MPIP 20和MPIN 22)接通(例如，如同输入电压关断且放大器开始向下回转时的情况)，操作返回52，此时电流源(例如MPIP 20和MPIN22)可以关断，例如，通过偏置控制器24使电压VBIASp降低至V DDO
[0028]转到图5，图5是示出可以与放大器10的实施方案相关联的实施例操作70的简化流程图。在72处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以关断，例如通过偏置控制器24将VBIASp驱动到VDD。如此，放大器10可以实现高回转速率。在74处，自输入节点(例如，MNP 12和MNN 14)处的电压变化开始起经过的时间可以被测量(例如，使用任何适合的定时器)。在76处，可以做出关于测量时间是否大于预定的时间阈值(例如，对应于回转模式结束)的判定。例如，如果放大器10的回转速率已知，则完成回转所花费的时间可以计算出且选择为预定的时间阈值。如果测量时间大于预定的时间阈值，则在78处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以接通，例如，通过偏置控制器24升高VBIASp。由此，放大器10可以实现高增益。另一方面，如果测量时间小于预定的时间阈值，则在74处操作可继续测量时间。
[0029]转到图6，图6是示出可与放大器10的实施 方案相关联的实施例操作90的简化流程图。在92处，电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)可以关断，例如，通过偏置控制器24将VBIASp驱动到VDD。由此，放大器10可以实现高回转速率。在94处，自输入节点(例如，MNP 12和MNN 14)处的电压变化开始起经过的时间可被测量(例如，使用任何适合的定时器)。在96处，偏置控制器24可以使偏压VBIASp逐渐地升高。在98处，可以做出测量时间是否大于预定的时间阈值(例如，对应于回转模式的结束)的判定。如果是，则在100处，偏置控制器24可以在电流源(例如，MPIP 20和MPIN 22)处施加最大的偏压VBIASp。另一方面，如果测量的时间不大于预定的时间阈值(例如，放大器10处于回转模式)，则操作可返回以在94处测量时间。
[0030]转到图7，图7是示出可与放大器10的实施方案相关联的实施例操作110的简化流程图。在112处，控制信号(例如，电压fineb)可以监控输入电压或自输入电压变化开始起经过的时间。在114处，可以做出放大器10是否处于回转模式的判定。如果放大器10处于回转模式，则在116处，电流源(例如，MP 28，MP 30，MP 32和MP 34)可以关断(例如，通过关断开关MP 36)，以提高回转速率。另一方面，如果放大器10不处于回转模式，则在118处，电流源(例如，MP 28，MP 30, MP 32和MP 34)可以接通(例如，通过接通开关MP36)，以提高增益。
[0031]注意的是，在该说明书中，提及包含在“一个实施方案”、“示例性实施方案”、“实施方案”、“另一实施方案”、“一些实施方案”、“各实施方案”、“其他实施方案”、“可选的实施方案”等中的各个特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)旨在表示，任何这些特征包含在本公开的一个或多个实施方案中，但是可以或者可以不必组合在相同的实施方案中。
[0032]在上述的实施方案的论述中，为了适应特定的电路系统需求，可以容易地对诸如电容器、时钟、分压器、电感器、电阻器、放大器、开关、数字核、晶体管和/或其他组件的电路组件进行替换、替代或以其他方式进行修改。而且，值得注意的是，互补的电子芯片、硬件、软件等的使用提供了用来实现本公开的教导的可实施的任选项。
[0033]在一个示例性的实施方案汇总，可以在关联的电子芯片板上来实现图中任意数量的电路。该板可以是普通的电路板，其能够保持电子芯片的内部电子系统的各种组件，进一步提供用于其他外围设备的连接器。更具体地，板能够提供系统的其他组件能够借以进行电通信的电连接。任何适合的处理器(包括数字信号处理器、微处理器、支持芯片组等)、存储器元件等能够适当地基于特定配置需要、处理需求、计算机设计等而与板親合。诸如外部存储设备、附加的传感器、用于音频/视频显示的控制器以及其他外围设备芯片的其他组件可以附接到板上作为插入卡、经由电缆或者集成到板本身中。
[0034]在另一示例性的实施方案中，图中的电路可以实现为独立模块(例如，具有相关联的组件和电路系统的芯片配置为执行具体的应用或功能)，或者实现为插入电子芯片的专用硬件中的模块。注意的是，本公开的特定实施方案可以部分地或者整体地轻易包含在片上系统(S0C)封装中。S0C代表了将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的1C。S0C可以包含数字、模拟、混合信号，通常包含射频功能:所有均可在单个芯片基板上来提供。其他的实施方案可以包括多芯片模块(MCM)，具有单个单独的1C，它们位于单一电子封装内且配置为彼此之间通过电子封装密切交互。在其他各个实施方案中，如本文所描述的功能可以实现于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其他半导体芯片中的一个或多个硅核中。在其他各个实施方案中，本文所描述的功能可以仿真的形式实现为在一个或多个布置于支持这些功能的结构内的可配置(例如，可编程)元件内运行的软件或固件。
[0035]还需要注意的是，本文所列出的所有的规格、尺寸和关系(例如，组件数量、逻辑操作等)仅为了示例和教导的目的而提供。这些信息可以进行相当地改变，而不偏离本公开的精神或随附权利要求的范围。规则仅适用于一个非限制的实施例，因此，它们应当进行如此解释。在前面的说明书中，参考特定的组件布置描述了示例性的实施方案。可以对这些实施方案做出各种修改和改变，而不偏离随附权利要求的范围。因此，说明书恶化附图应当在示例性的而不是限制的意义上进行考量。
[0036]注意的是，上文参考附图论述的活动能够适用于涉及信号处理的任意集成电路，特别是那些依赖于信号来执行专用软件程序或算法的集成电路，其中一些可以与处理数字化实时数据相关联。一些实施方案可涉及汽车应用，例如电池电力传感器和相关的附件。一些其他的实施方案可涉及多DSP信号处理、浮点处理、信号/控制处理、固定函数处理、微处理器应用等。在一些背景下，本文所述的特征能够适用于汽车系统、医疗系统、科学仪器、无线和有线通信、雷达、工业过程控制、音频和视频装备、电流感测、仪器测量(可能非常精确)以及其他基于数字处理的系统。
[0037]而且，上述的一些实施方案可以在用于医学成像、患者监控、医学仪器测量和家庭健康护理的数字信号处理技术中提供。这可以包括肺监控器、加速度计、心率监控器、起搏器等。其他应用可涉及用于安全系统的汽车技术(例如，稳定性控制系统、驾驶员辅助系统、制动系统、信息娱乐以及任何类型的内部应用)。此外，动力系系统(例如，在混合动力车辆和电动车辆中)能够将本文所描述的功能应用于电池监控、控制系统、报告控制、维护活动等中的高精度数据转换产品中。
[0038]在另外的实施例方案中，本公开的教导能够应用于包括帮助驱动生产率、能量效率和可靠性的过程控制系统的工业市场。在消费电子应用中，上述电路的教导能够用于图像处理、自动聚焦和图像稳定(例如，用于数字静像照相机、摄像录像机等)。其他消费电子应用可以包括用于家庭影院系统、DVD记录机和高清电视机的音频处理器和视频处理器。其他的消费电子应用可涉及到先进触摸屏控制器(例如，用于任何类型的便携式媒体芯片)。因此，这些技术可以容易地作为智能手机、平板设备、安全系统、PC、博彩技术、虚拟现实、模拟训练等的部分。
[0039]注意的是，通过本文提供的若干实施例，可以就两个、三个、四个或更多的电气组件来描述交互。然而，这仅为清晰和示例的目的而进行。应当理解的是，系统可以任何适合的方式来结合。沿着类似的设计替代方案，图中所示的任何组件、模块和元件可以各种可能的构造来结合，所有这些都明确地位于本说明书的宽泛范围之内。在一些情况下，通过仅参考有限数目的电气元件，可更易于描述给地流程集合的一种或多种功能。应当理解的是，图中的电气电路及其教导可轻易缩放且能够适应大量的组件，以及更加复杂的/难懂的布置和配置。因此，所提供的实施例不应限制范围或者抑制可能应用于多种其他体系结构的电气电路的宽泛教导。
[0040]本领域技术人员可以确定若干其他的改变、替代、变型例、可选方案和改进方案，目的在于本公开涵盖所有落在随附权利要求范围内的这样的改变、替代、变型例、可选方案和改进方案。为了辅助美国专利商标局(USPT 0)以及另外地在本申请中发布的任何专利的任意读者解释随附的权利要求书，申请人希望指出，申请人:(a)除非在特定权利要求中具体使用了用语“用于…的手段”或“用于…的步骤”，否则不意在任何随附的权利要求在其申请日存在时援引35U.S.C.112部分的第六(6)段；以及(b)说明书中的任何陈述不意在以在随附权利要求中未反映的任何方式来限制本公开。
[0041]其他iP,录、实施例和实现方式
[0042]注意的是，上述装置的所有任选特征还可以针对本文所描述的方法或工艺来实现，实施例中的细节可以在一个或多个实施方案中任何地方使用。在第一实施例中，提供了系统(其可以包括任何适合的电路系统、分压器、电容器、电阻器、电感器、ADC、DFF、逻辑门、软件、硬件、链路等)，其可以是任何类型的电子器件(例如，计算机)的部分，还可以包括与多个电子组件耦合的电路板。系统包括高增益、高回转速率放大器，其包括:一对输入晶体管，输入电压施加到一对输入晶体管上；一对二极管连接负载，其与输入晶体管耦合；至少一对电流源，其与二极管连接负载耦合；以及偏置控制器。
[0043]放大器包括:当放大器正在回转时通过偏置控制器来关断电流源的手段；以及当放大器没有回转时通过偏置控制器来接通电流源的手段；当放大器正在回转以逐渐地接通电流源时通过偏置控制器逐渐升高到电流源的偏压的手段；用于对输入晶体管施加输入电压的手段；测量自输入电压施加开始起经过的时间；以及当测量的时间超过预定时间阈值，例如对应于放大器回转结束时，通过偏置控制器来接通电流源的手段。放大器还可以包括:用于测量放大器的输出电压的手段；以及当测量的电压超过预定电压阈值时通过偏置控制器来接通电流源的手段。
[0044]在(上述的)这些实例中“用于…的手段”可包括(但不限于)使用本文论述的任何适合的组件，以及任何适合的软件、电路系统、集中器、计算机代码、逻辑、算法、硬件、控制器、接口、链路、总线、通信通路等。在第二实施例中，系统包括存储器，该存储器进一步包括机器可读指令，当执行时，该机器可读指令使系统执行上述任意活动。
【主权项】
1.具有高增益和高回转速率的放大器，包括: 一对输入晶体管，对所述一对输入晶体管施加电压； 一对二极管连接负载，其与所述输入晶体管耦合； 至少一对电流源，其与所述二极管连接负载耦合；以及 偏置控制器，其配置为关断所述至少一对电流源以使所述放大器具有高回转速率且接通所述至少一对电流源以使所述放大器具有高增益。2.如权利要求1所述的放大器，其中当所述放大器正在回转时，在所述放大器的粗调模式期间内，所述偏置控制器关断所述电流源，其中，所述偏置控制器在回转结束时接通所述电流源且当所述放大器没有正在回转时保持所述电流源接通。3.如权利要求1所述的放大器，其中所述电流源包括晶体管，其中所述偏置控制器控制到所述电流源的偏压，其中所述偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压(VDD)。4.如权利要求1所述的放大器，其中，当所述放大器正在回转而逐渐接通所述电流源时，所述偏置控制器逐渐地升高所述偏压。5.如权利要求1所述的放大器，其中所述偏置控制器包括与所述电流源耦合的晶体管开关，其中当所述晶体管开口被接通时，所述电流源接通，其中当所述晶体管开关关断时，所述电流源关断。6.如权利要求1所述的放大器，其中，当自对所述输入晶体管施加输入电压开始起测量的时间在预定时间阈值以下时，所述偏置控制器关断所述电流源，并且当测量的时间在所述预定时间阈值以上时，所述偏置控制器接通所述电流源。7.如权利要求6所述的放大器，其中所述预定时间阈值对应于所述放大器回转的结束。8.如权利要求1所述的放大器，其中当所述放大器的输出电压在预定电压阈值以下时，所述偏置控制器关断所述电流源，而当所述放大器的输出电压在预定电压阈值以上时，所述偏置控制器接通所述电流源。9.如权利要求1所述的放大器，其中所述放大器用于模数转换器(ADC)的预充电缓冲器中。10.如权利要求1所述的放大器，其中所述输入晶体管、所述二极管连接负载和所述电流源包括P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。11.如权利要求1所述的放大器，其中所述输入晶体管包括PMOS晶体管，并且所述二极管连接负载和所述电流源包括N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。12.实现高增益、高回转率放大器的方法，所述高增益、高回转率放大器包括:一对输入晶体管，输入电压施加到所述一对输入晶体管上；与所述输入晶体管耦合的一对二极管连接负载、与二极管连接负载耦合的至少一对电流源，以及偏置控制器，所述方法包括: 当所述放大器正在回转时，通过偏置控制器关断所述电流源；以及 当所述放大器没有正在回转时，通过偏置控制器接通所述电流源。13.如权利要求12所述的方法，其中所述电流源包括晶体管，其中所述偏置控制器控制到所述电流源的偏压，其中所述偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压((VDD)。14.如权利要求13所述的方法，还包括:当所述放大器正在回转而逐渐地接通所述电流源时，通过所述偏置控制器逐渐地提高所述偏压。15.如权利要求12所述的方法，其中所述偏置控制器包括与所述电流源耦合的晶体管开关，其中当所述晶体管开关接通时，所述电流源接通，其中当所述晶体管开关关断时，所述电流源被关断。16.如权利要求12所述的方法，还包括: 通过所述偏置控制器来关断所述电流源； 将输入电压施加到所述输入晶体管上； 测量自施加所述输入电压开始起经过的时间；以及 当测量的时间超过预定时间阈值时，接通所述电流源。17.如权利要求16所述的方法，其中所述预定时间阈值对应于放大器回转结束。18.如权利要求12所述的方法，还包括: 通过所述偏置控制器来关断所述电流源； 将输入电压施加到所述输入晶体管上； 测量所述放大器的输出电压；以及 当所测量的电压超过预定电压阈值时，通过所述偏置控制器来接通所述电流源。19.如权利要求12所述的方法，其中所述输入晶体管、所述二极管连接负载和所述电流源包括PMOS晶体管。20.如权利要求12所述的方法，其中所述输入晶体管包括PMOS晶体管且二极管连接负载和所述电流源包括NMOS晶体管。
【专利摘要】在示例性的实施方案中，提供了具有高增益和高回转速率的放大器，该放大器包括：一对输入晶体管，输入电压施加到所述一对输入晶体管上；一对二极管连接负载，其与所述输入晶体管耦合；至少一对电流源，其与所述二极管连接负载耦合；以及偏置控制器，其配置为关断所述至少一对电流源以实现所述放大器的高回转速率以及接通所述至少一对电流源以实现所述放大器的高增益。在具体的实施方案中，电流源包括晶体管，所述偏置控制器控制对电流的偏压，偏压被驱动成关断所述电流源的电源电压(VDD)。
【IPC分类】H03G3/20, H03F3/45
【公开号】CN105490652
【申请号】CN201510629992
【发明人】V·M·考卡尔尼
【申请人】亚德诺半导体集团
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月29日
【公告号】DE102015116662A1, US9300257, US20160099692
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