專利名稱：使用單端兩級(jí)放大器的全差分ab類放大器和放大方法
使用單端兩級(jí)放大器的全差分AB類放大器和放大方法本申請要求于2007年3月26日提交到韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的第 2007-0029106號(hào)韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其公開完整地包含于此，以資參考。技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及一種差分放大器，更具體地講，涉及一種兩級(jí)全差分運(yùn)算跨 導(dǎo)放大器(OTA)。
背景技術(shù)：
隨著繼續(xù)逐漸縮小CMOS技術(shù)的應(yīng)用以及對電池驅(qū)動(dòng)的便攜式電子產(chǎn) 品的需求的增加，在設(shè)計(jì)超大規(guī)模集成(VLSI)裝置中產(chǎn)生許多限制條件。 典型的限制條件是對低壓操作和低功耗的要求。隨著使用片上系統(tǒng)(SOC)裝置的趨勢的加快，不僅數(shù)字電路，而且模 擬電路也被集成在單個(gè)芯片上。因此，與數(shù)字電路相比通常較少受到限制條 件影響的模擬電路現(xiàn)在也同樣地受到限制條件的影響。在可被集成在單個(gè)芯片上的模擬電路中最廣泛使用的電路是運(yùn)算放大 器。更具體地講，具有諸如抗擾性、寬輸出擺幅和推挽操作的優(yōu)點(diǎn)的全差分 AB類放大器被廣泛地使用。通常，難以實(shí)現(xiàn)具有高增益(例如，80dB以上的增益)的兩級(jí)放大器。 為了實(shí)現(xiàn)具有高增益的兩級(jí)放大器，使用共源共柵或折疊式級(jí)聯(lián)放大器或者 多級(jí)放大器。雖然折疊式級(jí)聯(lián)放大器能夠提供高增益，但是由于高電壓余量(voltage headroom),其不適于具有低操作電壓的應(yīng)用。此外，折疊式級(jí)聯(lián)放大器具有 復(fù)雜的偏置電路，這使得電路面積增大。因?yàn)楦咴鲆娣糯笃鞅粚?shí)現(xiàn)為多級(jí)裝置，所以電路面積的增大不可避免， 這使得頻率補(bǔ)償很困難。因此，由于使用諸如嵌套密勒補(bǔ)償(NMC)或多徑 NMC(MNMC)的技術(shù)的頻率補(bǔ)償?shù)谋匾?，因此出現(xiàn)根據(jù)分級(jí)增加的諸如 設(shè)計(jì)困難和功耗的問題。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述和/或其他問題，本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了這樣一種放 大器，所述放大器能夠提供高增益，能夠?qū)崿F(xiàn)低壓和低功率操作，具有簡單頻率補(bǔ)償和共模反饋(CMFB)電路，具有高轉(zhuǎn)換速率，并且能夠使用兩級(jí) 放大器以小的面積來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，全差分放大器包括第 一單端電流鏡型全差 分放大器和第二單端電流鏡型全差分放大器。第 一單端電流鏡型全差分放大器通過對第 一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行兩級(jí)放大來輸出第 一輸出信號(hào)。第二單端電流鏡型全差分放大器 通過對第 一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行兩級(jí)放大來輸出第二輸出 信號(hào)。第 一單端電流鏡型全差分放大器的第 一尾部和第二單端電流鏡型全差 分放大器的第二尾部彼此連接，并且第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)是差分信所述全差分放大器還包括偏置控制電路，通過在放大操作期間控制第 一尾部的尾電流的量來控制第 一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)換速率。偏壓控制電路基于通過對在第一單端電流鏡型全差分放大單元的電流鏡 中流動(dòng)的電流和第二單端電流鏡型全差分》文大單元的電流鏡中流動(dòng)的電流中 的每一個(gè)做實(shí)數(shù)倍鏡像獲得的電流來控制尾電流的量。所述全差分放大器還包括共模反饋電路，基于放大參考電壓與第一輸 出信號(hào)和第二輸出信號(hào)中的每一個(gè)的差的結(jié)果，控制所述全差分放大器的共 模電壓。第一單端電流鏡型全差分放大器和第二單端電流鏡型全差分放大器中的 每一個(gè)包括單端電流鏡型差分方文大單元，；改大第一輸入信號(hào)和第二輸入信 號(hào)之間的差；和推挽型放大單元，連接到單端電流鏡型差分放大單元的輸出 端口，并輸出第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)中的任意一個(gè)。推挽型放大單元包括第一導(dǎo)電類型的第一晶體管，連接在電源電壓線 和所述全差分放大器的輸出端口之間，并具有連接到單端電流鏡型差分放大 單元的輸出端口的柵極；第二導(dǎo)電類型的第二晶體管，連接在地電壓線和所 述全差分放大器的輸出端口之間；第二導(dǎo)電類型的第三晶體管，連接在第一 節(jié)點(diǎn)和地電壓線之間，并包括連接到第二晶體管的漏極和柵極的柵極；第一5導(dǎo)電類型的第四晶體管，連接在電源電壓線和第一節(jié)點(diǎn)之間，并包括連接到單端電流鏡型差分放大單元的電流鏡的柵極的柵極；和補(bǔ)償電容器，連接在單端電流鏡型差分放大單元的輸出端口和所述全差分放大器的輸出端口之間。推挽型放大單元還包括第二導(dǎo)電類型的第五晶體管，連接在第一尾部 和地電壓線之間，并包括連接到第二導(dǎo)電類型的第三晶體管的柵極的柵極， 并且第二導(dǎo)電類型的第三晶體管和第二導(dǎo)電類型的第五晶體管組成具有實(shí)數(shù)4咅電流比的電流4竟。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例， 一種執(zhí)行AB類差分放大的方法包括通 過一對分別具有彼此并聯(lián)連接的尾部的單端電流鏡型放大器來對第一輸入信 號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行差分放大，并輸出第 一信號(hào)和作為第 一信號(hào) 的差分信號(hào)的第二信號(hào)；和通過第 一推挽型放大電路對第 一信號(hào)進(jìn)行放大來 輸出第 一輸出信號(hào)，并通過第二推挽型放大電路對第二信號(hào)進(jìn)行放大來輸出 作為第一輸出信號(hào)的差分信號(hào)的第二輸出信號(hào)。所述方法還包括通過在放大操作期間控制尾電流的量來控制第 一輸出 信號(hào)和第二輸出信號(hào)中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)換速率。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的示例性實(shí)施例將會(huì)被更詳細(xì)地 理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全差分AB類放大器的框圖； 圖2是圖1所示的放大單元的示例性實(shí)施例的電路圖； 圖3是顯示圖2所示的放大單元的AC增益的曲線圖； 圖4是顯示圖2所示的放大單元的AC增益的相位的曲線圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全差分AB類放大塊的電路圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全差分AB類放大塊的電路圖； 圖7是顯示輸入到圖6所示的全差分AB類放大塊的輸入信號(hào)的曲線圖； 圖8是顯示圖6所示的全差分AB類放大塊針對圖7所示的輸入信號(hào)的 輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率的曲線圖；圖9是圖1所示的共模反饋(CMFB)塊的示例性實(shí)施例；和 圖IO是圖1所示的CMFB塊的另一示例性實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的示例性 實(shí)施例在附圖中示出。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式被實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng) 該被解釋為限于在這里闡述的示例性實(shí)施例。相反，這些示例性實(shí)施例被提供以便本公開是徹底的和完整的，并且向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā) 明的范圍。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的部件。圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全差分AB類放大器的框圖。參照圖1,全差分AB類放大器100包括全差分AB類放大塊110和共模反饋(CMFB ) 塊120。全差分AB類》文大塊110包括放大單元112和偏置控制單元114。放大單 元112包括第一單端(電流鏡型全差分)放大器Al和第二單端(電流鏡型全 差分)放大器A2。第一單端放大器Al放大輸入到(+ )輸入端口的第一輸 入電壓Vm+和輸入到(-)輸入端口的第二輸入電壓Vin-之間的差，并輸出第 一輸出信號(hào)Vout+。第二單端放大器A2放大輸入到(-)輸入端口的第一輸 入電壓Vin+和輸入到(+ )輸入端口的第二輸入電壓Vm-之間的差，并輸出 作為關(guān)于第一輸出信號(hào)Vout+的差分信號(hào)的第二輸出信號(hào)Vout-。偏置控制單元114控制第一單端放大器A1和第二單端放大器A2中的每 一個(gè)的尾電流(tail current )。偏置控制單元114可通過控制尾電流來控制第 一輸出信號(hào)Vout+和/或第二輸出信號(hào)Vout-的轉(zhuǎn)換速率(slew rate )。CMFB塊120對全差分AB類放大塊110的共模電壓VR和參考電壓Vref 進(jìn)行比較，并基于比較結(jié)果控制第一輸出信號(hào)Vout+和第二輸出信號(hào)Vout-。 例如，當(dāng)?shù)谝浑娮杵鱎1的電阻值和第二電阻器R2的電阻值相同時(shí)，共模電 壓VR可以是第一輸出信號(hào)Vout+的電壓和第二輸出信號(hào)Vout-的電壓的平均 值。當(dāng)共模電壓VR小于參考電壓Vref時(shí)，比較器122的輸出為低電平，并 且PMOS晶體管PI和P2導(dǎo)通。當(dāng)PMOS晶體管Pl和P2導(dǎo)通時(shí)，第一輸出 信號(hào)Vout+和第二輸出信號(hào)Vout-中的每一個(gè)的電壓由于電源電壓VDD和電 流源ISS1和ISS2而增大。圖2是圖1所示的放大單元112的示例性實(shí)施例的電路圖。參照圖2, 放大單元112包括第一單端電流鏡型全差分放大器Al和第二單端電流鏡型全差分放大器A2。第一單端電流鏡型全差分放大器ai包括第一晶體管至第八晶體管(即 Ml、 M2、 M3、 M4、 M5、 M6、 M7和M8 )、第一補(bǔ)償電容器C1、第一電阻 器Rzl和第一負(fù)載電容器CL1。第一單端電流鏡型全差分放大器Al放大第 一輸入信號(hào)Vin+和第二輸入信號(hào)Vin-之間的差，并輸出第 一輸出信號(hào)Vout+ 。第二單端電流鏡型全差分放大器A2包括第九至第十六晶體管(即M9、 MIO、 Mll、 M12、 M13、 M14、 M15和M16)、第二補(bǔ)償電容器C2、第二電 阻器Rz2和第二負(fù)載電容器CL2。第二單端電流鏡型全差分放大器A2放大 第一輸入信號(hào)Vm+和第二輸入信號(hào)Vm-之間的差，并輸出第二輸出信號(hào) Vout-。第一單端電流鏡型全差分放大器Al的第一尾部(tail) Tl和第二單端電 流鏡型全差分放大器A2的第二尾部T2彼此連接。第一輸出信號(hào)Vout+和第 二輸出信號(hào)Vout-為差分信號(hào)。第一單端電流鏡型全差分放大器Al包括第一單端電流鏡型差分放大單 元(M1至M4)210和第一輸出放大單元(M5至M8、 Cl、 Rzl和CL1 ) 220。 第一輸出放大單元220連接到第一單端電流鏡型差分放大單元210的輸出節(jié) 點(diǎn)Nl,并且可實(shí)現(xiàn)為輸出第一輸出信號(hào)Vout+的推挽型放大電路。第二單端電流鏡型全差分放大器A2包括第二單端電流鏡型差分放大單 元(M9至M12 ) 230和第二輸出放大單元(M13至M16、 C2、 Rz2和CL2 ) 240。第二輸出放大單元240連接到第二單端電流鏡型差分放大單元230的輸 出節(jié)點(diǎn)N3 ，并且可實(shí)現(xiàn)為輸出第二輸出信號(hào)Vout-的推挽型放大電路。因此，放大單元112可執(zhí)行全差分AB類放大操作。圖2的Ml至M16 指示第一至第十六晶體管，雖然在圖2中沒有顯示，但是在M1至M16晶體 管中的每一個(gè)的漏極和源極之間流動(dòng)的電流稱為第 一 電流至第十六電流(11 至116)。第一輸出放大單元220包括第五至第八晶體管(M5至M8)、第一 補(bǔ)償電容器C1、第一電阻器Rzl和第一負(fù)載電容器CL1。第八晶體管M8連接在電源電壓VDD線和放大單元112的輸出節(jié)點(diǎn)N5 之間，并包括連接到第一單端電流鏡型差分放大單元210的輸出節(jié)點(diǎn)Nl的 柵極。第六晶體管M6連接在放大單元112的輸出節(jié)點(diǎn)N5和地電壓VSS線之 間。第五晶體管M5連接在第七晶體管M7和地電壓VSS線之間。通過第五晶體管M5和第六晶體管M6形成電流鏡。流過第六晶體管M6的第六電流 16是通過對流過第五晶體管M5的第五電流15做鏡像獲得的電流。第七晶體管M7連接在電源電壓VDD和第五晶體管M5之間，并包括連 接到包括在第一單端電流鏡型差分放大單元210中的電流鏡晶體管M3和M4 的柵極的柵極。補(bǔ)償電容器Cl和第一電阻器Rzl串聯(lián)連接，并且連接在第 一單端電流鏡型差分放大單元210的輸出節(jié)點(diǎn)Nl和放大單元112的輸出節(jié)點(diǎn) N5之間。第二輸出放大單元240與第一輸出放大單元220具有相同的結(jié)構(gòu)。如圖 2所示，晶體管M1、 M2、 M5、 M6、 M9、 MIO、 M13和M14可以是NMOS 晶體管，晶體管M3、 M4、 M7、 M8、 Mll、 M12、 M15和M16可以是PMOS晶體管。當(dāng)?shù)?一輸入信號(hào)Vm+為高電平且第二輸入信號(hào)Vm-為低電平時(shí)，第 一節(jié) 點(diǎn)Nl的電壓和第四節(jié)點(diǎn)N4的電壓減小，第二節(jié)點(diǎn)N2和第三節(jié)點(diǎn)N3的電 壓增大。第一節(jié)點(diǎn)Nl和第二節(jié)點(diǎn)N2是第一單端電流鏡型差分放大單元210 的輸出節(jié)點(diǎn)。第三節(jié)點(diǎn)N3和第四節(jié)點(diǎn)N4是第二單端電流鏡型差分放大單元 230的輸出節(jié)點(diǎn)。第一單端電流鏡型差分放大單元210的輸出從第一節(jié)點(diǎn)Nl 輸出，第二單端電流鏡型差分放大單元230的輸出從第三節(jié)點(diǎn)N3輸出。隨著第一節(jié)點(diǎn)Nl的電壓減小，第八晶體管M8逐漸導(dǎo)通，從而第五節(jié) 點(diǎn)的電壓(即，第一輸出信號(hào)Vout+的電壓)逐漸增大。隨著第二節(jié)點(diǎn)N2的 電壓增大，第七晶體管M7逐漸截止。因此，第五電流I5減小，并且通過對 第五電流15做鏡像獲得的第六電流16也減小。因此，尾電流(It=Iss )在地電壓VSS線和第七節(jié)點(diǎn)N7之間流動(dòng)，其中， 第一尾部Tl和第二尾部T2連接到第七節(jié)點(diǎn)N7。另一方面，隨著第三節(jié)點(diǎn) N3的電壓逐漸增大，第十六晶體管M16逐漸截止，從而第六節(jié)點(diǎn)N6的電壓 (即，第二輸出信號(hào)Vout-的電壓)逐漸減小。全差分AB類放大單元112的增益Av是通過將第一單端電流鏡型差分放 大單元210的增益Avl和第一輸出放大單元220的增益Av2相乘獲得的值。 第一單端電流鏡型差分放大單元210的增益Avl是通過將第一晶體管Ml的 跨導(dǎo)(例如，gml )和第一合成電阻(synthetic resistance )值相乘獲得的值。 第一合成電阻值是通過并聯(lián)合成第一晶體管Ml的輸出電阻rol和第三晶體 管M3的輸出電阻ro3獲得的電阻值(rolxro3/ (rol+ro3))。第一輸出放大單元220的增益Av2是通過將第五晶體管M5的跨導(dǎo)(例 如，gm5)和第二合成電阻相乘獲得的值。第二合成電阻值是通過并聯(lián)合成 第五晶體管M5的輸出電阻ro5和第七晶體管M7的輸出電阻ro7獲得的電阻 值(ro5xro7 (ro5+ro7))。因此，放大單元112可具有100dB以上的高增益。第 一輸出信號(hào)Vout+的轉(zhuǎn)換速率與尾電流Iss成正比，與第 一輸出放大單 元220的第一電容器C1的電容量成反比。因此，在圖2所示的電路中，當(dāng)尾 電流Iss恒定不變時(shí)，第一輸出信號(hào)Vout+和第二輸出信號(hào)Vout-的轉(zhuǎn)換速率 恒定不變。圖3是顯示圖2所示的放大單元112的AC增益的曲線圖。圖4是顯示 圖2所示的放大單元112的AC增益的相位的曲線圖。參照圖3和圖4，放大 單元112對頻率的AC增益可以為大約llOdB的最大值，并且在大約1MHz 的頻率上變?yōu)?dB。此外，如圖4所示，因?yàn)樵趌MHz處的AC增益的相位 為大約-120°，所以可存在大約60。的相位裕度。圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全差分AB類放大塊的電路圖。參照 圖5,全差分AB類放大塊110是這樣的電路，在所述電路中，第一偏置控制 單元114-1被添加到圖2所示的放大單元112。第一偏置控制單元114-1包括第十七晶體管M17和第十八晶體管M18。 第十七晶體管Ml7連接在第七節(jié)點(diǎn)N7和地電壓VSS線之間，并包括連接到 第十三晶體管M13的^f極。第十八晶體管M18連4妻在第七節(jié)點(diǎn)N7和地電壓 VSS線之間，并包括連接到第五晶體管M5的柵極。因?yàn)榈谑w管M13和第十七晶體管M17組成如圖5所示的電流鏡， 所以在第十七晶體管Ml7的漏極和源極之間流動(dòng)的電流117 (未示出)是通 過對第十三電流113做A倍鏡像獲得的電流(Axl13 )。在本示例性實(shí)施例中， A為正實(shí)數(shù)。相似地，在第十八晶體管M18的漏極和源極之間流動(dòng)的電流I18 (未示 出)是通過對第五電流I5做A倍鏡像獲得的電流(Axl5)。因此，在第七節(jié) 點(diǎn)N7和地電壓VSS線之間流動(dòng)的尾電流It'是電流源的電流Iss和鏡像電流 (Axl13和Axl5 )之和。當(dāng)?shù)谝惠斎胄盘?hào)Vin+為高電平且第二輸入信號(hào)Vin-為低電平時(shí)，因?yàn)槲?電流It'的量由于鏡像電流(Axl13和Axl5)而大于圖2的尾電流It的量，所 以放大塊110的輸出信號(hào)Vout+和Vout-中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)換速率增大。圖5的全差分AB類放大塊110通過使用兩級(jí)放大器提供lOOdB以上的 增益，由于簡單的偏置電路可以以小的面積來實(shí)現(xiàn)，并且可以增大輸出信號(hào) 的轉(zhuǎn)換速率。圖6是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全差分AB類放大塊的電路圖。參照 圖6，全差分AB類放大塊IIO是這樣的電路，在所述電路中，由晶體管M19 至M26形成的偏置控制單元114-2被添加到圖2的放大單元112。M19至M26 晶體管對應(yīng)千第十九晶體管至第二十六晶體管。在第十九晶體管至第二十六 晶體管中的每一個(gè)的源極和漏極之間流動(dòng)的電流稱為第十九電流至第二十六 電流(I19至I26，未示出)。M19至M24晶體管可以是NMOS晶體管，而 M25和M26晶體管可以是PMOS晶體管。偏置控制單元114-2包括如圖6所示連接的第十九晶體管至第二十六晶 體管(M19至M26)。偏置控制單元114-2控制在地電壓VSS和第七節(jié)點(diǎn)N7 之間流動(dòng)的尾電流It〃的量。尾電流It〃在第七節(jié)點(diǎn)N7分流為第二十一電流I21 (未示出)、第二十四 電流124 (未示出)以及電流源的電流Iss。第二十一電流121是通過對第二 十電流I20做A倍鏡像獲得的電流，其中A是實(shí)數(shù)。第二十四電流I24是通 過對第二十三電流123做A倍鏡像獲得的電流。第二十六電流I26在第八節(jié)點(diǎn)N8分流為第十九電流I19 (未示出)和第 二十電流120 (未示出)。第二十五電流125在第九節(jié)點(diǎn)N9分流為第二十二電 流122 (未示出)和第二十三電流123 (未示出)。因此，第二十電流120是通 過從第二十六電流I26減去第十九電流I19獲得的電流(120=126-119)。第二 十三電流123是通過從第二十五電流125減去第二十二電流122獲得的電流 (123=125-122 )。當(dāng)?shù)?一輸入信號(hào)Vin+為高電平且第二輸入信號(hào)Vin-為{氐電平時(shí)，第二十 五晶體管M25逐漸截止并且第二十六晶體管M26逐漸導(dǎo)通。因此，第二十 五電流I25 (未示出)逐漸減小，而第二十六電流I26 (未示出)逐漸增大。因?yàn)榈诙娏?26大于第二十五電流125 (未示出)，所以尾電流It〃 不通過第二十四晶體管M24流到地電壓VSS線。因此，尾電流It〃在第十節(jié) 點(diǎn)N10分流為電流源的電流Iss和第二十一電流121，并且流到地電壓VSS 線。當(dāng)?shù)?一輸入信號(hào)Vin+為高電平且第二輸入信號(hào)Vin-為低電平時(shí)，因?yàn)榈诙娏?26小于第二十五電流125，所以尾電流It〃不通過第二十一晶體 管M21流到地電壓VSS線。因此，尾電流It〃在第十節(jié)點(diǎn)N10分流為電流源 的電流Iss和第二十四電流124，并且流到地電壓VSS線。當(dāng)差分輸入信號(hào)Vm+和Vin-輸入到圖6的全差分AB類放大塊110時(shí)， 因?yàn)槲搽娏鱅t〃的量根據(jù)A的值變化，所以放大塊110的輸出信號(hào)Vout+和 Vout-中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)換速率是可調(diào)的。例如，隨著A的值增大，放大塊110 的輸出信號(hào)Vout+和Vout-中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)換速率也通過增大而改善。圖7是顯示輸入到圖6所示的全差分AB類放大塊110的輸入信號(hào)的曲 線圖，圖8是顯示對于各種A的值，圖6所示的全差分AB類放大塊110針 對圖7所示的輸入信號(hào)的輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率的曲線圖。參照圖7和圖8，將看出隨著A的值增大，全差分AB類放大塊110的 輸出信號(hào)Vout+的轉(zhuǎn)換速率也增大。圖9是圖1所示的放大器100中使用的共模反饋(CMFB)塊120的示 例性實(shí)施例。參照圖9, CMFB塊120包括一對第一差分晶體管Ml'和M2'、 一對第二差分晶體管M5'和M6'、第一負(fù)載晶體管M3'、第二負(fù)載晶體管M4'、 第一至第五偏置晶體管M7'、 M8'、 M9'、 M10'和M11'、第一輸出晶體管M12' 以及第二輸出晶體管M13'。第一差分晶體管Ml'和M2'中的每一個(gè)可以是NMOS晶體管。第一差分 晶體管M1 '和M2'的輸出端口分別連接到第二差分晶體管M5'和M6'的輸出端 口。第一差分晶體管M1'和M2'放大來自圖1所示的放大塊110的第一輸出信 號(hào)Vout+和參考電壓Vref之間的差。第二差分晶體管M5'和M6'放大來自圖1 所示的放大塊110的第二輸出信號(hào)Vout-和參考電壓Vref之間的差。第一負(fù)載晶體管M3'和第二負(fù)載晶體管M4'中的每一個(gè)可以是柵極和源 極彼此連接的PMOS晶體管，并且連接在電源電壓VDD線和第一差分晶體 管Ml'和M2'的輸出端口中相應(yīng)的一個(gè)之間。第一至第五偏置晶體管(M7' 至M11')中的每一個(gè)可以是NMOS晶體管。第一偏置晶體管M7'具有彼此連 接的柵極和源極，并且連接在電源電壓VDD線和地電壓VSS線之間。第二偏置晶體管M8'連接在第一差分晶體管Ml'和M2'的尾部和地電壓 VSS線之間，并包括連接到第一偏置晶體管M7'的柵極的柵極。第三偏置晶 體管M9'連接在第二差分晶體管M5'和M6'的尾部和地電壓VSS線之間，并 包括連接到第二偏置晶體管M8'的柵極的柵極。第四偏置晶體管M10'連接在第五節(jié)點(diǎn)N5和地電壓VSS線之間，并包括 連接到第三偏置晶體管M9'的柵極的柵極。第五偏置晶體管Mll'連接在第六 節(jié)點(diǎn)N6和地電壓VSS線之間，并包括連接到第四偏置晶體管M10'的柵極的柵極。第一輸出晶體管M12'和第二輸出晶體管M13'中的每一個(gè)可以是PMOS 晶體管。第一輸出晶體管M12'連接在第五節(jié)點(diǎn)N5和電源電壓VDD線之間， 并包括連接到第一差分晶體管Ml'和M2'的輸出端口中的任意一個(gè)的柵極。 第二輸出晶體管M13'連接在第六節(jié)點(diǎn)N6和電源電壓VDD線之間，并包括 連接到第一輸出晶體管M12'的柵極的柵極。圖1、圖5和圖6所示的每一個(gè)放大塊110的輸出信號(hào)Vout+和Vout-被 供給到CMFB塊120,作為晶體管M2'和M6'的輸入。參考電壓Vref是預(yù)定 的共模電壓。當(dāng)作為晶體管M2'和M6'的輸入被供應(yīng)的信號(hào)Vout+和Vout-中的每一個(gè) 的電壓大于參考電壓Vref時(shí)，在第一輸出晶體管M12'的源極和漏極之間流動(dòng) 的電流112'和在第二輸出晶體管M13'的源極和漏極之間流動(dòng)的電流113'都減 小。因此，第五節(jié)點(diǎn)N5和第六節(jié)點(diǎn)N6中的每一個(gè)的電壓減小。結(jié)果，CMFB 塊120保持圖2、圖5和圖6的電路112和110中的每一個(gè)的輸出共模電壓恒 定不變。圖IO是圖1所示的放大器100中使用的CMFB塊的另一示例性實(shí)施例。 參照圖10,圖10的CMFB塊120包括電流鏡型負(fù)載M14'和M15',而非第 一負(fù)載晶體管M3'和第二負(fù)載晶體管M4'。包括圖10的電流鏡型負(fù)載M14'和M15'的差分放大單元的DC增益大于 包括如圖9所示的一對晶體管負(fù)載M3'和M4'的差分放大單元的DC增益。因 此，與如圖9所示的CMFB相比，圖10的CMFB可產(chǎn)生更接近于參考電壓 Vref的輸出共模電壓。如上所述，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全差分放大器通過使用兩級(jí)放大 器占用較小面積，能夠執(zhí)行低壓操作，并且能夠提供高轉(zhuǎn)換速率和高增益。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體顯示和描述了本發(fā)明，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的 情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1、一種全差分放大器，包括第一單端電流鏡型全差分放大器，通過對第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行兩級(jí)放大，輸出第一輸出信號(hào)；和第二單端電流鏡型全差分放大器，通過對第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行兩級(jí)放大，輸出第二輸出信號(hào)，其中，第一單端電流鏡型全差分放大器的第一尾部和第二單端電流鏡型全差分放大器的第二尾部彼此連接，并且第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)是差分信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的全差分放大器，還包括偏置控制電路，通過在 放大操作期間控制第 一尾部的尾電流的量來控制第 一輸出信號(hào)和第二輸出信 號(hào)中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)換速率。
3、 如權(quán)利要求2所述的全差分放大器，其中，偏壓控制電路基于通過對 在第 一單端電流鏡型全差分放大器的電流鏡中流動(dòng)的電流和第二單端電流鏡 型全差分放大器的電流鏡中流動(dòng)的電流中的每一個(gè)做實(shí)數(shù)倍鏡像獲得的電流 來控制尾電流的量。
4、 如權(quán)利要求3所述的全差分放大器，還包括共模反饋電路，基于放 大參考電壓與第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)中的每一個(gè)之間的差的結(jié)果，控 制所述全差分^:大器的共^f莫電壓。
5、 如權(quán)利要求1所述的全差分放大器，其中，第一單端電流鏡型全差分 放大器和第二單端電流鏡型全差分放大器中的每一個(gè)包括單端電流鏡型差分放大單元，放大第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的 差；和推挽型放大單元，連接到單端電流鏡型差分放大單元的輸出端口，并輸 出第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)中的任意一個(gè)。
6、 如權(quán)利要求5所述的全差分放大器，其中，推挽型放大單元包括 第一導(dǎo)電類型的第一晶體管，連接在電源電壓線和所述全差分放大器的輸出端口之間，并具有連接到單端電流鏡型差分放大單元的輸出端口的柵極；第二導(dǎo)電類型的第二晶體管，連接在地電壓線和所述全差分放大器的輸 出端口之間；第二導(dǎo)電類型的第三晶體管，連接在第一節(jié)點(diǎn)和地電壓線之間，并包括 連接到第二晶體管的漏極和柵極的柵極；第一導(dǎo)電類型的第四晶體管，連接在電源電壓線和第一節(jié)點(diǎn)之間，并包 括連接到單端電流鏡型差分放大單元的電流鏡的柵極的柵極；和補(bǔ)償電容器，連接在單端電流鏡型差分放大單元的輸出端口和所述全差 分放大器的輸出端口之間。
7、 如權(quán)利要求6所述的全差分放大器，其中，推挽型放大單元還包括 第二導(dǎo)電類型的第五晶體管，連接在第一尾部和地電壓線之間，并包括連接 到第二導(dǎo)電類型的第三晶體管的柵極的柵極，并且第二導(dǎo)電類型的第三晶體 管和第二導(dǎo)電類型的第五晶體管組成具有實(shí)數(shù)電流比的電流鏡。
8、 一種執(zhí)行AB類差分放大的方法，所述方法包括 通過一對分別具有彼此并聯(lián)連接的尾部的單端電流鏡型放大器來對第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行差分放大，并輸出第 一信號(hào)和作為第 一信號(hào)的差分信號(hào)的第二信號(hào)；和通過第一推挽型放大電路對第一信號(hào)進(jìn)行放大來輸出第一輸出信號(hào)，并 通過第二推挽型放大電路對第二信號(hào)進(jìn)行放大來輸出作為第 一輸出信號(hào)的差 分信號(hào)的第二輸出信號(hào)。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括通過在放大操作期間控制尾電流 的量來控制第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)換速率。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在控制轉(zhuǎn)換速率的操作中，基于 通過對在單端電流鏡型全差分放大器的電流鏡型放大器中的每一個(gè)中流動(dòng)的 每一個(gè)電流做實(shí)數(shù)倍鏡像獲得的電流來控制尾電流的量。
11、 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括基于放大第一輸出信號(hào)和第二 輸出信號(hào)中的每一個(gè)與參考電壓的差的結(jié)果，控制共模電壓。
全文摘要
提供一種使用單端兩級(jí)放大器的全差分AB類放大器和放大方法。全差分放大器包括第一單端電流鏡型全差分放大器，通過對第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行兩級(jí)放大，輸出第一輸出信號(hào)；和第二單端電流鏡型全差分放大器，通過對第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)之間的差進(jìn)行兩級(jí)放大，輸出第二輸出信號(hào)。第一單端電流鏡型全差分放大器的第一尾部和第二單端電流鏡型全差分放大器的第二尾部彼此連接，并且第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)是差分信號(hào)。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101277095SQ20081008280
公開日2008年10月1日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者金亨來 申請人:三星電子株式會(huì)社