包括放大器的信號處理器制造技術

本發明專利技術公開了一種在信號處理器內的放大器（Ａ１），包括：一對互補的差分對（ＤＰ１，ＤＰ２），其中一個差分對包括具有與另一個差分對的晶體管的極性相反的極性的晶體管。所述一個差分對和所述另一個差分對共同接收具有共模分量的差分輸入信號。電流組合電路（ＣＣ）將所述一個差分對和所述另一個差分對的輸出電流相組合，以便得到隨差分輸入信號而變化的輸出電流。所述一個差分對和所述另一個差分對分別具有偏置電路（Ｒ１，Ｒ２），所述偏置電路（Ｒ１，Ｒ２）提供以實質上線性的方式隨共模分量而變化的尾電流。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的一個方面涉及包括放大器的信號處理器，所述放大器包括一對互補的差 分對，這對互補的差分對耦合用于共同接收差分輸入信號。信號處理器可以以例如集成電 路的形式來實現。本專利技術的另一方面涉及信號提供系統。
技術介紹
Johan H. Huijsing 等白勺在 IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. 42, No. 11, November 1995 公開的標題為 “Low-Power Low-VoltageVLSI Operational Amplifier Cells”的文獻描述了電壓高效輸入級(第II節)?？紤]了以下內容。P溝道差分 CMOS輸入級具有從負軌電壓到正軌電壓減去柵極_源極電壓V^和尾電流(tai 1-current) 源的飽和電壓VDsat的共模輸入電壓范圍。N溝道差分CMOS輸入級具有從正軌電壓到負軌 電壓加上柵_源電壓和尾電流源的飽和電壓VDsat的共模輸入電壓范圍。如果需要所謂 的軌到軌輸入范圍，則應當將互補的前述差分輸入級相組合，并且至少一個級應當起作用。 文獻的圖2示出了這樣的拓撲。求和電路將差分輸入級的各個輸出電流相加。求和電路包 括用作兩個折疊電流跟隨器的四個晶體管M5-M8,而對M6、M8同時用作電流鏡。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種信號處理器，允許以較低的失真來處理具有較大電壓擺 動的信號。獨立權利要求限定了本專利技術的不同方面。從屬權利要求限定了用于有利地實現 本專利技術的附加特征。本專利技術考慮以下方面。具體地，如果存在具有較大電壓擺動的共模輸入信號，則上 述現有拓撲將產生失真程度較大的輸出信號。這種大的信號失真與以下方面有關。實際上， 現有拓撲將產生偏移輸出電流，這是由于差分輸入級的不平衡而引起的。偏移輸出電流隨 差分輸入級內的尾電流而變化。從而，這種尾電流的任何調制都將導致偏移輸出電流的相 應調制。為了防止尾電流調制，通常由晶體管來實現尾電流源。這種實現方式允許較高的 共模抑制比將較大程度地抑制共模輸入信號。然而，具有晶體管的尾電流源典型地提供實質上恒定的尾電流，除了在以下電壓 范圍中在該電壓范圍中，較小的電壓存在于尾電流源上。在該電壓范圍中，尾電流將隨著 尾電流源上的電壓而較大程度地變化，這是由于飽和效應而引起的。因此，存在尾電流調制 特性，當共模電壓被限制在信號地和電源電壓之間某處的較小范圍內時，該尾電流調制特 性實際上是可忽略的。然而，當共模電壓在信號地和電源電壓之間的較大范圍內變化時，尾 電流調制特性是不可忽略的并且還是實質上非線性的。相應地，具有較大電壓抖動的幾乎 達到信號地和電源電壓的共模輸入信號將導致實質上非線性的尾電流調制，并從而導致偏 移輸出電流的相應非線性調制。這種在存在較大的共模輸入信號時出現的非線性調制將產 生顯著的失真分量。根據本專利技術，信號處理器內的放大器包括一對互補的差分對，其中一個差分對包括極性與另一個差分對中晶體管的極性相反的晶體管。這兩個差分對共同接收具有共模分 量的差分輸入信號。電流組合電路將這兩個差分對的輸出電流相組合，以便得到隨差分輸 入信號而變化的輸出電流。這兩個差分對分別具有偏置電路，所述偏置電路提供以實質上 線性的方式隨著共模分量而變化的尾電流。相應地，共模分量將引起在較大的電壓范圍上實質上線性的尾電流調制。因此，共 模分量將以實質上線性的方式來相應地調制偏移輸出電流。這防止輸出電流中出現顯著的 失真分量。在這方面，應注意，共模分量可以較大程度地調制偏移輸出電流，這與較差的共 模抑制比同義。從失真的觀點來看這并不是問題。問題在于偏移輸出電流的任何調制都是 實質上線性的，這是本專利技術在較大的電壓范圍上實現的。為此，本專利技術允許以較低的失真來 處理具有較大的電壓擺動的信號。本專利技術的另一優點涉及以下方面。原理上，可以通過減小該對互補的差分對的不 平衡性來減小失真。不平衡性越小，偏移輸出電流越小。偏移輸出電流越小，針對給定尾電 流調制特性的失真分量越小。尾電流調制特性在根據本專利技術的放大器中是實質上線性的， 而尾電流調制特性在現有放大器中是實質上非線性的。因此，在應當滿足給定的失真需求 的情況下，根據本專利技術的放大器可以承受比現有放大器要大得多的不平衡性程度。換言之， 從失真的觀點來看，現有放大器僅承受較小程度的不平衡性。實現較小程度的不平衡性需 要較精確的制造技術或較大的組件或兩者均需要，這導致了較高的成本。由于根據本專利技術 的放大器承受較大程度的不平衡性，所以本專利技術允許低成本的實現方式。本專利技術的實現有利地包括以下附加特征中的一個或更多個，在與單獨從屬權利要 求相對應的單獨段落中描述了這些特征。在每個前述差分對中，提供尾電流的偏置電路優選地是電阻形式的。這還對以適 度的成本實現較低的失真作出了貢獻。電流組合電路優選地包括一對電流反向緩沖器。每個電流反向緩沖器包括輸入節 點，所述輸入節點經由用于向輸入節點施加偏置電流的偏置電路耦合至第一電源電壓線。 這兩個電流反向緩沖器分別在它們相應的輸入節點處接收一個差分對的輸出電流和互補 輸出電流。電流組合電路還包括用于鏡像一個電流反向緩沖器的輸出電流的電流鏡。電流 鏡包括輸入分支和輸出分支，每個分支包括具有主端子的晶體管，所述主端子經由阻抗耦 合至第二電源電壓。輸入分支和輸出分支分別在相應晶體管的相應主端子處接收另一差分 對的輸出電流和互補輸出電流。輸出節點接收另一電流反向緩沖器的輸出電流和電流鏡的 輸出電流。這些特征還為針對較大的輸入信號實現低失真作出了貢獻。在每個前述電流反向緩沖器中，向輸入節點施加偏置電流的偏置電路優選地是電 阻形式的。這還為針對較大的輸入信號實現低失真作出了貢獻。每個前述電流反向緩沖器優選地包括具有控制端子和主端子的晶體管，所述控制 端子耦合用于接收偏置電壓，所述主端子構成了電流反向緩沖器的輸入節點。晶體管可以是CMOS類型的?？梢詾榉糯笃魈峁┓答侂娐?，使得差分輸入信號表示放大器的輸入信號與輸出信 號之差。參考附圖的詳細描述說明了以上概述的本專利技術以及附加特征。附圖說明圖1示出了包括信號處理器的信號提供系統的框圖。圖2示出了構成信號處理器的一部分的放大器的電路圖。圖3示出了針對不同偏移電壓隨共模輸入分量而變化的放大器的偏移輸出電流。圖4示出了應用于傳統放大器的類似曲線圖。具體實施例方式圖1示出了信號提供系統RSY，所述信號提供系統RSY包括信號源SRC、信號處理 器PRC以及信號換能器TRD。信號源SRC可以是例如麥克風形式的。信號換能器TRD可以 是例如揚聲器形式的。信號處理器PRC可以是以例如集成電路的形式實現的。更詳細地，信號處理器PRC包括單端至差分轉換器SDC、模數轉換器ADC、數字信號 處理器DSP、數模轉換器DAC和輸出放大器OA。單端至差分轉換器SDC包括兩個放大器A1、 A2。每個放大器具有反向輸入+、非反向輸入-和輸出。放大器A1通過輸出與反向輸入之 間的短路而用作非反向緩沖器。下文中該放大器A1將稱作非反向放大器A1。非反向放大 器A1構成所謂的電壓跟隨器。放大器A2通過包括兩個實質上相等的電阻在內的反饋網絡 而用作反向緩沖器。下文中該放大器A2將稱作反向放大器。信號提供系統RSY基本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種包括放大器（Ａ１）的信號處理器（ＰＲＣ），所述放大器（Ａ１）包括：－一對互補的差分對（ＤＰ１，ＤＰ２），其中一個差分對包括具有與另一個差分對的晶體管的極性相反的極性的晶體管，所述一個差分對和所述另一個差分對耦合用于共同接收具有共模分量的差分輸入信號；以及－電流組合電路（ＣＣ），被布置為將所述一個差分對和所述另一個差分對的輸出電流相組合，以便得到隨差分輸入信號而變化的輸出電流，－所述一個差分對和所述另一個差分對分別具有偏置電路（Ｒ１，Ｒ２），所述偏置電路（Ｒ１，Ｒ２）用于提供以實質上線性的方式隨共模分量而變化的尾電流。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】EP 2007-11-12 07120440.8一種包括放大器(A1)的信號處理器(PRC)，所述放大器(A1)包括-一對互補的差分對(DP1，DP2)，其中一個差分對包括具有與另一個差分對的晶體管的極性相反的極性的晶體管，所述一個差分對和所述另一個差分對耦合用于共同接收具有共模分量的差分輸入信號；以及-電流組合電路(CC)，被布置為將所述一個差分對和所述另一個差分對的輸出電流相組合，以便得到隨差分輸入信號而變化的輸出電流，-所述一個差分對和所述另一個差分對分別具有偏置電路(R1，R2)，所述偏置電路(R1，R2)用于提供以實質上線性的方式隨共模分量而變化的尾電流。2.根據權利要求1所述的信號處理器，其中，在每個前述差分對(DP1，DP2)中，提供尾 電流的偏置電路(Rl，R2)是電阻形式的。3.根據權利要求1所述的信號處理器，電流組合電路(CC)包括-一對電流反向緩沖器(M5，M6)，每個電流反向緩沖器包括輸入節點，所述輸入節點經 由用于向輸入節點施加偏置電流的偏置電路(R3，R4)耦合至第一電源電壓線，一個電流反 向緩沖器和另一個電流反向緩沖器耦合用于分別在它們相應的輸入節點處接收所述一個 差分對(DPI)的輸出電流和互補輸出電流；-電流鏡(M7，M8)，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：保盧斯PFM布魯因，
申請(專利權)人：NXP股份有限公司，
類型：發明
國別省市：NL[荷蘭]