專利名稱：驅(qū)動放大器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關于驅(qū)動放大器(driving amplifier),更具體地，有關一種驅(qū)動放大 器電路。
背景技術：
在放大器設計中，總需要在效率(efficiency)以及交越失真(crossover distortion) 之間達到均衡。傳統(tǒng)的AB電流驅(qū)動放大器包含耦接到推挽級的運算放大器，用 以輸出電流至負載(負載作為接收端)或者自負載接收電流(負載作為源端)。 當AB電流驅(qū)動放大器向該負載傳輸電流時，可以使用PMOS驅(qū)動器，當自該 負載接收電流時，可以使用NMOS驅(qū)動器。傳統(tǒng)的AB級放大器利用很小的偏 置電流以保證更為平滑的交越。如果偏置電流太小，那么放大器就會承受一些 交越失真。進一步說，如果兩個驅(qū)動器都承載大電流，那么就會自電源電壓產(chǎn) 生擊穿(shoot-through)電流。因此，偏置電流的精確控制就是非常必要的。
出版于IEEE固態(tài)電路期刊，1990年2月，第25巻，第1期(IEEE journal of solid-state circuits, Vol. 25, No. 1, February 1990 J的"A CMOS Large-Swing Low-Distortion Three-Stage Class AB Power Amplifier"中揭露了 一種具有三級的 AB類放大器，用于解決上述問題，在此僅為參考。此電路較其它現(xiàn)有技術有所 改進，但是此電路仍然具有復雜的電路結構。因此，迫切需要提供一種新的運 算放大器，能夠簡化上述三級放大器電路，而同時減少由驅(qū)動器所承載的電流 量。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明目的之一在于提供一種驅(qū)動放大器 電路。
本發(fā)明提供一種驅(qū)動放大器電路，包含第一驅(qū)動器，用于輸出負載電流 至負載；第二驅(qū)動器，用于自該負載接收該負載電流；第一運算放大器，耦接
4到差分輸入信號，該第一運算放大器用于驅(qū)動該第一驅(qū)動器；第二運算放大器，
耦接到該差分輸入信號，該第二運算放大器用于驅(qū)動該第二驅(qū)動器；第一偏置 電路，用于偏置該第一驅(qū)動器；第二偏置電路，用于偏置該第二驅(qū)動器；使能 電路，耦接到該第一偏置電路以及該第二偏置電路，用于根據(jù)控制信號使能該 第一偏置電路或者該第二偏置電路；以及數(shù)字控制電路，耦接到該使能電路， 用于監(jiān)視該第 一驅(qū)動器以及該第二驅(qū)動器的電流，以產(chǎn)生該控制信號。
本發(fā)明提供的驅(qū)動放大器電路較現(xiàn)有技術電路結構更為簡單，也能夠避免 擊穿電流的問題。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的驅(qū)動放大器電路100的示意圖。 圖2為如圖1所示的數(shù)字控制電路150的示意圖。
具體實施例方式
在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。所屬領域中技 術人員應可理解，制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及 權利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差 異來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及權利要求當中所提及的"包括"和"包 含"為開放式的用語，故應解釋成"包含但不限定于"。以外，"耦接" 一詞在 此為包含任何直接及間接的電氣連接手段。間接的電氣連接手段包括通過其它 裝置進行連接。
請參閱圖l，圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的驅(qū)動放大器電路100的示意圖。 驅(qū)動放大器電路100包含一個P運算放大器110以及一個N運算放大器120, 其中，上述兩個運算放大器耦接差分負載電流，并且可以將P運算放大器110 以及N運算放大器120分別稱之為第一運算放大器以及第二運算放大器。P運 算放大器110以及N運算放大器120分別耦接到PMOS驅(qū)動器MPD以及NMOS 驅(qū)動器MND(以下將PMOS驅(qū)動器MPD以及NMOS驅(qū)動器MND分別稱之為 第一驅(qū)動器MPD以及第二驅(qū)動器MND)。 P運算放大器110的輸出進一步耦接 到一個第一切換開關SWp,而第一切換開關SWp耦接到偏置電流，而N運算方文 大器120的輸出進一步耦接到一個第二切換開關SWn,而第二切換開關SWn也 耦接到上述偏置電流?？梢酝ㄟ^第一偏置電路以及第二偏置電路，分別偏置第一驅(qū)動器MPD以及第二驅(qū)動器MND，在本實施例中，可以通過P偏置電阻 MPB以及N偏置電阻MNB的方式提供偏置電流，即偏置第 一驅(qū)動器MPD，以 及第二驅(qū)動器MND，所以P偏置電阻MPB以及N偏置電阻MNB可以為第一 偏置電路以及第二偏置電路的一個具體實施例。第一驅(qū)動器MPD以及第二驅(qū)動 器MND的輸出，分別通過第一比例(scalirig)電路以及第二比例電路，耦接到數(shù) 字控制電路150，其中，第一比例電路耦接到該第一驅(qū)動器MPD，用于產(chǎn)生一 第一成比例的(scaled)電流，該第一成比例的電流與該輸出至該數(shù)字控制電路的 第一驅(qū)動器的該電流成正比，而第二比例電^各，耦接到該第二驅(qū)動器MND，用 于產(chǎn)生第二成比例的電流，該第二成比例的電流與輸出至該數(shù)字控制電路的該 第二驅(qū)動器的電流成正比，而上述第一比例電路以及第二比例電3各在此實施例 中可以分別實現(xiàn)為第一比例電阻MPS以及第二比例電阻MNS，然本發(fā)明不以 此為限，任何可以實現(xiàn)上述功能電路皆可。所以在此實施例中，第一驅(qū)動器MPD 以及第二驅(qū)動器MND的輸出分別通過第一比例電阻MPS以及第二比例電阻 MNS,耦接到數(shù)字控制電路150。而數(shù)字控制電路150的輸出控制信號CTRL 耦接到第一切換開關SWp以及第二切換開關SWn。如果控制信號CTRL為高電 平(第一邏輯電平)，則第一切換開關SWp打開，而第二切換開關SWn閉合， 如果控制信號CTRL為低則反之亦然。此實施例中，第一切換開關SWp以及第 二切換開關SWn可以稱之為一個使能電路，用于分別耦接第一偏置電路，例如 P偏置電阻MPS，以及第二偏置電路(第二邏輯電平)，例如N偏置電阻MNS， 并且根據(jù)控制信號CTRL使能該第一偏置電路或者第二偏置電路，而上述過程 亦可總結為該數(shù)字控制電路監(jiān)視該第一成比例的電流以及該第二成比例的電 流，以產(chǎn)生該控制信號，請注意，圖1中的lB代表基極電流，Ccp、 C^為電容， VDD為電源電壓，而In- 、 In+代表輸入。
驅(qū)動放大器電路100利用數(shù)字控制電路150以通過第一切換開關SWp或者 第二切換開關SWn，啟動第一驅(qū)動器MPD或者第二驅(qū)動器MND。當?shù)谝磺袚Q 開關SWp打開而第二切換開關SWn關閉時，p運算力史大器110直4妻耦接到第一 驅(qū)動器MPD,以驅(qū)動第一驅(qū)動器MPD為負載160提供電流，所以第一驅(qū)動器 MPD承載負載電流加上偏置電流，而第二驅(qū)動器MND僅僅由偏置電流偏置。 反之亦然，當?shù)谝磺袚Q開關SWp閉合而第二切換開關SWn打開時，n運算放大 器120直接耦接到第二驅(qū)動器MND,以用于驅(qū)動第二驅(qū)動器MND自負載160 接收電流，第二驅(qū)動器MND承載偏置電流減去負載電流，而第一驅(qū)動器MPD僅僅由偏置電流偏置。
當負載電流變?yōu)榱?，或者變?yōu)檎礊橐粋€標志驅(qū)動放大器電路100需 要電流輸入，因此，驅(qū)動器在這一點切換，經(jīng)由此操作第二驅(qū)動器MND偏置為 偏置電流，而第一驅(qū)動器MPD開啟。相似地，當負載電流變?yōu)榱慊蛘咦優(yōu)樨摚?那也是一個標志驅(qū)動放大器電路100需要將電流輸出，而驅(qū)動器在這一點再 一次切換。由于驅(qū)動放大器電路100的對稱，當系統(tǒng)沒有信號輸入時，穿過第 一驅(qū)動器MPD以及第二驅(qū)動器MND的電流等于偏置電流，而在負載處沒有電 流。在此情況下，第一驅(qū)動器MPD或者第二驅(qū)動器MND中的任何一者都可以 開啟。
請參閱圖2,圖2為如圖1所示的數(shù)字控制電路150的示意圖。比例電阻 MPS以及比例電阻MNS承載比第一驅(qū)動器MPD以及第二驅(qū)動器MND中電流 的按比例縮小(scaled-down)的電流。數(shù)字控制電路150由第一比較器152以及第 二比較器154組成(第一比較器152以及第二比較器154用于比較電流的大小， 所以亦可稱之為第一電流比較器以及第二電流比較器)，其中，第一比較器152 用于將比例電阻MPS中的電流Ip與第 一參考電流Iw作比較，而第二比較器154
用于將比例電阻MNS中的電流In與第二參考電流Iref—n作比較，其中，該第一參 考電流Iref—p具有位于零與該偏置第一驅(qū)動器MPD的偏置電流幅度之間的一個絕 對值，該第二參考電流Ire化具有位于零與該偏置第二驅(qū)動器MND的偏置電流幅
度之間的一個絕對值。第一比較器152以及第二比較器154分別耦接到第一施 密特(Schmitt)緩存器162以及第二施密特緩存器164,用于根據(jù)第一比較器152 以及第二比較器154的比較結果分別輸出第一觸發(fā)信號以及第二觸發(fā)信號，并 作為鎖存單元170的控制信號，其中，第一觸發(fā)信號輸入至鎖存單元170的S 端，以及第二觸發(fā)信號輸入至鎖存單元170的R端。上述控制信號都輸入到鎖 存單元170，以及根據(jù)第一觸發(fā)信號以及第二觸發(fā)信號，設置或者重啟鎖存單元 170。進一步說，當沒有信號時，因此負載電流存在，則鎖存單元170仍然根據(jù) 一個設置或者重啟狀態(tài)而于輸出端(標記為QB)輸出一個控制信號。然后將Qb 端輸出的控制信號送入一個第三施密特緩存器180,然后輸出控制信號CTRL到 第一切換開關SWp以及第二切換開關SWn。
請參閱圖1以及圖2。參考圖1中的驅(qū)動放大器電路IOO,下面描述圖2中 的電路150。假設驅(qū)動放大器電路100的初始階段為第一切換開關SWp打開， 而第二切換開關SWn關閉，數(shù)字控制信號CTRL為高電平，所以驅(qū)動放大器電路100輸出電流，而第二驅(qū)動器MND具有偏置電流。因此通過第一驅(qū)動器MPD
的電流為負載電流加上偏置電流。如果負載電流變?yōu)榱慊蛘吒?，那么?shù)字控
制電路150的第一比較器152將跳脫(trip)，同時向鎖存單元170輸出信號，該 信號指示驅(qū)動器連接需要被切換?？刂菩盘朇TRL因此會變?yōu)榈碗娖剑缘?一驅(qū)動器MPD承載偏置電流而第二驅(qū)動器MND承載偏置電流減去負載電流的 電流，而電流來自負載。如果負載電流再次跳脫為零或者更高，數(shù)字控制電路 150的第二比較器154將會跳脫，因此重啟鎖存單元170。這將會引起控制信號 CTRL變?yōu)楦唠娖?，而第二?qū)動器MND可以承載偏置電流而第一驅(qū)動器MPD 將會輸出電流。上述兩個狀態(tài)都為穩(wěn)定狀態(tài)。進一步說，使用施密特緩存器可 以保證輸出常數(shù)信號，而施密特緩存器具有滯后(hysteresis)功能。這也保證，即 使電流在參考電流處振蕩，那么數(shù)字控制電流150也不會輸出一個一直改變的 控制信號。當沒有負載電流存在時，通過第一驅(qū)動器MPD的電流將等于偏置電 流，而通過MND的電流等于負的偏置電流。因此依賴于驅(qū)動放大器電路100 的現(xiàn)有的狀態(tài)，控制信號CTRL可以或者為高電平，或者為低電平。仍然可以 提供驅(qū)動放大器電路100的穩(wěn)定狀態(tài)。
當通過第二驅(qū)動器MND的電流(例如)接近零，那么不會很顯著的看出來。 但是當?shù)诙?qū)動器MND的電流變?yōu)樨?，而鎖存單元170跳脫第一切換開關SWp 以及第二切換開關SWn，所以第一驅(qū)動器MPD此時輸出電流給驅(qū)動放大器電路 100，通過MND的電流"跳"回到偏置電流。
驅(qū)動放大器電路100因此可以提供一種在電流源以及電流輸出對象之間自 動切換完全數(shù)字化的方法。數(shù)字控制電路150中的施密特緩存器的使用，允許 數(shù)字控制，也消除了數(shù)字控制電路150周圍的連續(xù)時間反饋。本發(fā)明提供的電 路比現(xiàn)有技術中實現(xiàn)的電路更為筒單，也能夠避免擊穿電流的問題。進一步說， 數(shù)字控制電路150保證驅(qū)動放大器電路100總能運行在穩(wěn)定狀態(tài)，即使沒有負 載電路存在。
任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許的更 動與潤飾，因此本發(fā)明保護范圍當視所附權利要求所界定者為準。
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權利要求
1.一種驅(qū)動放大器電路，其特征在于，該驅(qū)動放大器電路包含第一驅(qū)動器，用于輸出負載電流至負載；第二驅(qū)動器，用于自該負載接收該負載電流；第一運算放大器，耦接到差分輸入信號，該第一運算放大器用于驅(qū)動該第一驅(qū)動器；第二運算放大器，耦接到該差分輸入信號，該第二運算放大器用于驅(qū)動該第二驅(qū)動器；第一偏置電路，用于偏置該第一驅(qū)動器；第二偏置電路，用于偏置該第二驅(qū)動器；使能電路，耦接到該第一偏置電路以及該第二偏置電路，用于根據(jù)控制信號使能該第一偏置電路或者該第二偏置電路；以及數(shù)字控制電路，耦接到該使能電路，用于監(jiān)視該第一驅(qū)動器的電流以及該第二驅(qū)動器的電流，以產(chǎn)生該控制信號。
2. 如權利要求1所述的驅(qū)動放大器電路，其特征在于，該使能電路包含 第一切換開關，用于根據(jù)該控制信號，將該第一驅(qū)動器耦接至該第一偏置電3各；以及第二切換開關，用于根據(jù)該控制信號，將該第二驅(qū)動器耦接至該第二偏置 電路。
3. 如權利要求2所述的驅(qū)動放大器電路，其特征在于，當該控制信號具有第 一邏輯電平時，該第一切換開關打開，該第二切換開關關閉，以使該第一驅(qū)動 器開啟及該第二驅(qū)動器被偏置；當該控制信號具有第二邏輯電平時，該第一切 換開關關閉，而該第二切換開關開啟，以使該第一驅(qū)動器被偏置及該第二驅(qū)動 器開啟。
4. 如權利要求1所述的驅(qū)動放大器電路，其特征在于，該數(shù)字控制電路將 該第 一驅(qū)動器的電流與第 一參考電流作比較，以及將該第二驅(qū)動器的電流與第 二參考電流做比較，以及該數(shù)字控制電路利用該比較結果產(chǎn)生該控制信號，以 用于該使能電路。
5. 如權利要求4所述的驅(qū)動放大器電路，其特征在于，該數(shù)字控制電路包含第 一電流比較器，用于將該第 一驅(qū)動器的該電流與該第 一參考電流做比較； 第二電流比較器，用于將該第二驅(qū)動器的該電流與該第二參考電流做比較； 第一施密特緩存器，耦接到該第一電流比較器，用于根據(jù)該第一電流比較器的比較結果，輸出第一觸發(fā)信號；第二施密特緩存器，耦接到該第二電流比較器，用于根據(jù)該第二電流比較器的比較結果，輸出第二觸發(fā)信號；以及鎖存單元，耦接到該第一施密特緩存器，以及該第二施密特緩存器，用于根據(jù)該第一觸發(fā)信號以及該第二觸發(fā)信號，輸出該控制信號。
6. 如權利要求5所述的驅(qū)動放大器電路，其特征在于，該數(shù)字控制電路進一 步包含第三施密特緩存器，耦接到該鎖存單元，用于緩存該控制信號。
7. 如權利要求5所述的驅(qū)動放大器電路，其特征在于，該第一參考電流具 有一個絕對值，該絕對值位于零與已偏置的該第一驅(qū)動器的偏置電流幅度間， 該第二參考電流具有位于零與該偏置第二驅(qū)動器的偏置電流幅度間的一個絕對值。
8. 如權利要求1所述的驅(qū)動放大器電路，其特征在于，該驅(qū)動放大器電路 進一步包含第一比例電路，耦接到該第一驅(qū)動器，用于產(chǎn)生第一成比例的電流，該第 一成比例的電流與該輸出至該數(shù)字控制電路的該第一驅(qū)動器的電流成比例；以 及第二比例電路，耦接到該第二驅(qū)動器，用于產(chǎn)生一第二成比例的電流，該 第二成比例的電流與輸出至該數(shù)字控制電路的該第二驅(qū)動器的該電流成比例；其中，該數(shù)字控制電^各監(jiān)^L該第一成比例的電流以及該第二成比例的電流， 以產(chǎn)生該控制信號。
全文摘要
一種驅(qū)動放大器電路，包含第一驅(qū)動器；第二驅(qū)動器；第一運算放大器，用于驅(qū)動第一驅(qū)動器；第二運算放大器，用于驅(qū)動第二驅(qū)動器；第一偏置電路，用于偏置第一驅(qū)動器；第二偏置電路，用于偏置第二驅(qū)動器；使能電路，耦接到第一偏置電路以及第二偏置電路，用于根據(jù)控制信號使能第一偏置電路或者第二偏置電路；以及數(shù)字控制電路，耦接到使能電路，用于監(jiān)視第一驅(qū)動器以及第二驅(qū)動器的電流，以產(chǎn)生控制信號。本發(fā)明提供的驅(qū)動放大器電路較現(xiàn)有技術電路結構更為簡單，也能夠避免擊穿電流的問題。
文檔編號H03F3/20GK101599745SQ20091014074
公開日2009年12月9日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權日2008年6月2日
發(fā)明者尤達·達思古帕塔, 愛立克森德·坦吉爾 申請人:聯(lián)發(fā)科技(新加坡)私人有限公司