專利名稱：雙重供電放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于集成電路放大裝置，尤其有關(guān)于雙重供電放大器(dual supply amplifier)。背景技術(shù)：
放大器可用于各種應(yīng)用中，在這些應(yīng)用中，對于3見頻以及音頻應(yīng)用而言， 小型化(miniaturization)是非常重要的。在高級集成電路中，低供電電壓用以減少 功率消耗。然而，對于真實信號例如聲音信號而言，大小可能比供電電壓要大。 因此，除了低電壓放大級之外，還需要耦接至具有較高供電電壓的高電壓放大 級，以提供大信號。
圖1為一兩級雙重供電放大器的示意圖，低電壓放大級110耦接至高電壓 放大級140。在耳機(headphone)的實施例中，耦接于低電壓放大級110的供電電 壓VDm為3.3V，耦接于高電壓》文大級140的供電電壓Vorn為8-12V。在這種結(jié) 構(gòu)中，需要中間級電容120以隔離低電壓放大級110以及高電壓放大級140。如 本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，電容在集成電路中會占據(jù)比較大的面積，因此，這 樣的結(jié)構(gòu)成本較高且效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)雙重供電放大器由于采用電容而在集體電路中會占據(jù)比 較大的面積的缺陷，本發(fā)明特提供一種雙重供電放大器，其中不使用任何中間 級電容將低電壓級以及高電壓級整合于集成電路中。
本發(fā)明實施例提供一種雙重供電放大器，包含輸入級，轉(zhuǎn)換級以及輸出級。 輸入級耦接至第一供電電壓，接收一對輸入信號，以產(chǎn)生第一電壓信號，第一 電壓信號具有與此對輸入信號的差值成比例的大小。轉(zhuǎn)換級，耦接至第一供電 電壓，第二供電電壓以及第三供電電壓，且第三供電電壓低于第一供電電壓以 及第二供電電壓，轉(zhuǎn)換級接收來自輸入級的第一電壓信號，以產(chǎn)生關(guān)于第二供 電電壓的第二電壓信號以及關(guān)于第三供電電壓的第三電壓信號。輸出級，耦接至第二供電電壓以及第三供電電壓，接收第二電壓信號以及第三電壓信號，以 產(chǎn)生輸出信號，輸出信號擺動于第二供電電壓以及第三供電電壓之間。
本發(fā)明通過轉(zhuǎn)換級來取代中間級電容，可以減少集成電路的面積，并有效 的降低成本。

圖1為兩級雙重供電放大器的示意圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的雙重供電放大器的方塊圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的雙重供電放大器的方塊圖。 圖4為圖3中雙重供電放大器的結(jié)構(gòu)實施例的示意圖。
具體實施方式
圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的雙重供電放大器的方塊圖。本實施例中的 雙重供電放大器包含輸入級210，轉(zhuǎn)換級220以及輸出級240。提供一對差動輸 入信號Vip以及Vjn至輸入級210。輸入級210耦接至低供電電壓VDD1和接地電 壓。輸入級210接收差動輸入信號Vip以及Vin并產(chǎn)生電壓信號V3，電壓信號 V3的大小(magnitude)與Vip、 Vin之間的差值成比例，即V3 ^ |Vip-Vini，并 與接地電壓有關(guān)。轉(zhuǎn)換級220耦接至〗氐供電電壓VDD1，高供電電壓Vdd2以及才姿 地電壓。轉(zhuǎn)換級220接收來自輸入級210的電壓信號V3并產(chǎn)生兩個電壓信號 VI以及V2。電壓信號VI與高供電電壓VoD2有關(guān)，電壓信號V2與接地電壓 有關(guān)。提供電壓信號VI以及V2至輸出級240。輸出級240耦接至高供電電壓 VuD2以及接地電壓。輸出級240 4妄收電壓信號VI以及V2,并產(chǎn)生輸出信號
V。，輸出信號V。可以在高供電電壓VoD2與接地電壓之間擺動。
圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的雙重供電放大器的方塊圖。本實施例中的 雙重供電放大器包含輸入級310,轉(zhuǎn)換級320以及輸出級340。提供一對差動輸 入信號Vip以及Vin至輸入級310。輸入級310耦接至低供電電壓Vddi以及接地 電壓。輸入級310接收差動輸入信號Vip以及Vin并產(chǎn)生電壓信號V3,電壓信 號V3的大小與輸入信號Vip、 Vin之間的差值成比例，即V3 a I Vip-Vin I ，并 與接地電壓有關(guān)。轉(zhuǎn)換級320耦接至低供電電壓VoiM以及高供電電壓VDD2。與 第一實施例相比，轉(zhuǎn)換級320還耦*接至第三供電電壓VDD3而不^:耦接至4妻地電 壓。第三供電電壓VDD3比接地電壓要低，也就是說第三供電電壓VDD3為負電壓。
第三供電電壓VoD3可通過將高供電電壓VDD2提供至直流至直流轉(zhuǎn)換器305而產(chǎn)生。第三供電電壓VoD3與高供電電壓VDD2之間的關(guān)系為VDD3 = -aVDD2，其中a 為系數(shù)，且0〈a。轉(zhuǎn)換級320接收來自輸入級310的電壓信號V3并產(chǎn)生兩個電 壓信號VI以及V2。電壓信號VI與高供電電壓Voo2有關(guān)，電壓信號V2與第 三供電電壓Voo3有關(guān)。提供電壓信號VI以及V2至輸出級340，輸出級340 耦接至高供電電壓VoD2以及負電壓VoD3。輸出級340接收電壓信號VI以及V2，
并產(chǎn)生輸出信號V。，輸出信號V?？梢栽诟吖╇婋妷篤dd2與負電壓VoD3之間擺
動。本實施例中的雙重供電放大器將參考圖4在后面進行更詳細的描述。
圖4為圖3中雙重供電放大器的結(jié)構(gòu)實施例的示意圖。如圖所示，轉(zhuǎn)換級 320包含電壓至電流轉(zhuǎn)換器321(圖中顯示為V/I轉(zhuǎn)換器)，電流鏡323,放大器 325,參考電流源327以及晶體管M3 329。輸出級340包含P型金屬氧化物半 導(dǎo)體(PMOS)晶體管Ml 343以及N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管M2 347。 如前所述，輸入級310用以產(chǎn)生電壓信號V3。電壓至電流轉(zhuǎn)換器321耦接至供 電電壓VDDi，接收電壓信號V3并將電壓信號V3轉(zhuǎn)換為電流信號I3。電流信號 13 ^^發(fā)送至耦接于VDD3的電流鏡323。電流鏡323提供大小與電流13成比例的 電流I1以及I2。放大器325具有輸入端Iim， Iinp以及輸出端I。utp, I。utn。輸入端
Iinn耦接于用以提供參考電流Iref的參考電流源327，輸入端Ii叩耦接至晶體管NO
329的漏極。晶體管M3 329具有耦接于輸入端Iinp的漏極，耦接于負電壓VoD3 的源才及以及一柵極，且晶體管M3 329的柵極耦接于晶體管M2 347的柵極以及 電流鏡323提供的電流I2和放大器325的輸出端I。utn。晶體管Ml 343的源極耦 接至高供電電壓VDD2,晶體管M1 343的柵極耦接至電流鏡323提供的電流I1 以l改大器325的輸出端I。utp，晶體管Ml 343的漏極耦接至晶體管M2 347的 漏極。晶體管M2 347的源極耦4妄至負電壓VDD3。相應(yīng)的，電壓信號V1與電流 II以及輸出端1。utp的輸出相關(guān)，電壓信號V2與電流12以及輸出端1。utn的llr出 相關(guān)。
晶體管M3 329感測晶體管M2 347的直流電流。放大器325將晶體管M3 329 的電流IM3與由電流源327所提供的參考電流Iref進行比較。放大器325的輸出 端1。utp, 1。utn分別提供差動輸出電流信號I。utp以及I。uto以使電壓信號VI和V2具 有使晶體管Ml 343以及M2 347保持于一偏置點的大小。當晶體管Ml 343以及 M2 347保持于偏置點時，晶體管Ml 343以及M2 347的直流電流與參考電流Iref 成比例。當晶體管M3 329的電流IM3比參考電流Iref大，放大器325的輸出電流 1。utp比I。utn大，這樣一來可以拉升電壓信號VI以及拉低電壓信號V2。通過這樣的反々赍才幾制，可以適當?shù)恼{(diào)整電壓信號VI和電壓信號V2。
電流II以及12的交流大小與輸入信號的差值(Vip-VJ相關(guān)。電壓信號VI
具有相關(guān)于高供電電壓VoD2的參考電壓，且用以控制晶體管M1 343的交流電 流。晶體管Ml 343的交流電壓應(yīng)為電壓降(voltage drop)VDD2-Vl。電壓信號V2 與負電壓Voo3有關(guān)，且用以控制晶體管M2 347的交流電流。晶體管M2 347 的交流電壓應(yīng)為電壓降V2- VDD3。輸出信號V。擺動于電壓信號VI以及電壓信 號V2之間。由于電壓信號VI以及V2均與輸入信號的差值(Vip-Vin)有關(guān)，因此，
輸出信號V。的交流大小與輸入信號的差值(Vjp-Vin)相關(guān)。相應(yīng)的，才艮據(jù)本發(fā)明實
施例的雙重供電放大器提供輸出信號V。，輸出信號V。擺動于高供電電壓VDD2
^及負電壓V。d3之間。
輸出信號V。的直流大小可以位于高供電電壓VDD2以及負電壓VoD3之間的 任意點。當負電壓Vdd3接近-Vdd2，輸出信號V。的直流大小可以接近接地電壓，
并且這樣一來本發(fā)明實施例的雙重供電放大器可以直接連接至耳機。反之，本 發(fā)明實施例的雙重供電放大器可以經(jīng)由位于此雙重供電放大器輸出節(jié)點的一電
容(未顯示)連接至耳機，圖2中的雙重供電放大器也是如此。
優(yōu)選的，用于轉(zhuǎn)換級以及輸出級的晶體管M1 343， M2 347以^JV13 329可以 由其漏極可以維持超過VDm兩倍的電壓降的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 (MOSFET)實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種雙重供電放大器，包含輸入級，耦接至第一供電電壓，該輸入級接收一對輸入信號，以產(chǎn)生第一電壓信號，該第一電壓信號具有與該對輸入信號的差值成比例的大??；轉(zhuǎn)換級，耦接至該第一供電電壓、第二供電電壓以及第三供電電壓，且該第三供電電壓低于該第一供電電壓以及該第二供電電壓，該轉(zhuǎn)換級接收來自該輸入級的該第一電壓信號，以產(chǎn)生關(guān)于該第二供電電壓的第二電壓信號以及關(guān)于該第三供電電壓的第三電壓信號；以及輸出級，耦接至該第二供電電壓以及該第三供電電壓，該輸出級接收該第二電壓信號以及該第三電壓信號，以產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號擺動于該第二供電電壓以及該第三供電電壓之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重供電放大器，其特征在于，該第三供電電壓 為接地電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙重供電放大器，其特征在于，該輸出級耦接至 位于輸出節(jié)點的電容。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重供電放大器，其特征在于，該第三供電電壓 為負電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙重供電放大器，其特征在于，該輸出級直接連 接至耳才幾。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙重供電放大器，其特征在于，該第三供電電壓 由直流至直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重供電放大器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換級包含 電壓至電流轉(zhuǎn)換器，耦接于該第一供電電壓，用以將該第一電壓信號轉(zhuǎn)換為第一電流信號，且該第一電流信號的大小與該第一電壓信號成比例；電流鏡，耦接于該第三供電電壓，接收該第一電流信號以提供第二電流信號以及第三電流信號，且該第二電流信號輿該第三電流信號的大小都與該第一電流4言號成比例；以及放大器，耦接于該第二供電電壓以提供一對差動輸出電流，該對差動輸出電流以及該第二電流信號和第三電流信號用以決定該第二電壓信號以及該第三電壓信號的大小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙重供電放大器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換級包含第 一晶體管用以感測該第三電壓信號以及提供第四電流信號，該第四電流信號通 過該放大器與參考電流進行比較并產(chǎn)生比較結(jié)果，該放大器根據(jù)該比較結(jié)果調(diào) 整該對差動輸出電流以調(diào)整該第二電壓信號以及該第三電壓信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙重供電放大器，其特征在于，該第一晶體管由 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管實現(xiàn)，該金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管具有可維持大 于該第一供電電壓兩倍的電壓降的漏極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重供電放大器，其特征在于，該輸出級包含 第二晶體管，耦接至該第二供電電壓，于該第二晶體管的控制端接收該第二電壓4言號；以及第三晶體管，耦接至該第三供電電壓，于該第三晶體管的控制端接收該第 三電壓信號，其中，該輸出級用以根據(jù)該第二供電電壓、該第三供電電壓、該第二電壓 信號以及該第三電壓信號產(chǎn)生該輸出信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的雙重供電^L大器，其特征在于，該第二晶體管 以及該第三晶體管中的每一個以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管實現(xiàn)，該金屬氧化 物半導(dǎo)體場效應(yīng)管具有可維持大于該第一供電電壓兩倍的電壓降的漏極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙重供電放大器，其特征在于，該第二晶體管 由P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管實現(xiàn)，該第三晶體管由N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙重供電放大器，包含輸入級，轉(zhuǎn)換級以及輸出級。輸入級耦接至第一供電電壓，接收一對輸入信號，用以產(chǎn)生第一電壓信號，第一電壓信號具有與此對輸入信號的差值成比例的大??；轉(zhuǎn)換級，耦接至第一供電電壓，第二供電電壓以及第三供電電壓，第三供電電壓低于第一供電電壓以及第二供電電壓，轉(zhuǎn)換級接收來自輸入級的第一電壓信號，以產(chǎn)生關(guān)于第二供電電壓的第二電壓信號以及關(guān)于第三供電電壓的第三電壓信號；輸出級，耦接至第二供電電壓以及第三供電電壓，接收第二電壓信號以及第三電壓信號，以產(chǎn)生輸出信號，輸出信號擺動于第二供電電壓與第三供電電壓。本發(fā)明通過轉(zhuǎn)換級來取代中間級電容，可以減少集成電路的面積，并有效的降低成本。
文檔編號H03F3/00GK101604958SQ20081021287
公開日2009年12月16日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者侯鈞豑 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司