專利名稱：放大器級的制作方法
放大器級
背景技術：
本發(fā)明涉及放大器級、利用放大器級作為音頻放大器的移動設備以及使用放大器級的放大方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施方式提供了一種用于根據(jù)放大器級的輸入端子處的輸入信號來生成放大器級的輸出端子處的放大輸出信號的放大器級。該放大器級包括第一有源器件、第二有源器件和控制電路。第一有源器件包括第一端子、第二端子以及控制第一有源器件的第一端子與第二端子之間的電流的控制輸入端。第一有源器件的控制輸入端耦接到放大器級的輸入端子。第二有源器件包括第一端子、第二端子和控制第二有源器件的第一端子與第二端子之間的電流的控制輸入端。第二有源器件的第一端子耦接到第一有源器件的第二端子，且第二有源器件的第二端子耦接到放大器級的輸出端子。控制電路耦接在第二有源器件的控制輸入端與放大器級的輸入端子之間?？刂齐娐繁慌渲贸善仁沟谝挥性雌骷牡诙俗犹幍碾妷焊S第一有源器件的控制輸入端的輸入電壓。放大器級尤其廣泛地用作消費電子產(chǎn)品(例如移動設備，比如移動電話)的音頻放大器。這種放大器級通常包括比如晶體管的有源器件以將來自麥克風的輸入信號放大為放大輸出信號。然而，有源器件、尤其是場效應晶體管受到所謂的米勒效應(一種不希望的非線性類型的反饋)的影響。米勒效應影響高頻的性能且甚至影響更低頻率的音頻質(zhì)量。 典型地，米勒效應在結型場效應晶體管的柵極與漏極之間的電壓變化時出現(xiàn)，因為非線性固有電容被信號電壓所調(diào)制。較高的電壓增益將加劇這種問題。如上所述的根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的放大器級通過迫使第一有源器件的第二端子的電壓跟隨第一有源器件的控制輸入端的輸入電壓來消除米勒效應。因此，在第一有源器件的第二端子與第一有源器件的控制輸入端之間的非線性電容上將不會出現(xiàn)電壓擺動，因而消除了米勒效應。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，控制電路還被設置為防止從放大器級的輸出信號到輸入信號的任何耦合。這避免了在第二有源器件處出現(xiàn)米勒效應，因而使放大器級完全避免了米勒效應。放大器級還可以包括耦接在放大器級的輸出端子與電源電壓之間的電阻器。再者，放大器級可以包括第一電容器和第二電容器。第一電容器可以將放大器級的輸入端子耦接到第一有源器件的控制輸入端，且第二電容器可以將放大器級的輸入端子耦接到第二有源器件的控制輸入端。再者，放大器級可以包括耦接在第一有源器件的控制輸入端與偏置電壓之間的偏置電阻器。放大器級的上述配置適于放大交流(AC)信號，例如來自麥克風的音頻信號。第一有源器件可以包括晶體管、雙極晶體管、場效應晶體管(FET)或結型場效應晶體管(JFET)。優(yōu)選地，第一有源器件包括結型場效應晶體管。第二有源器件也可以包括晶體管、雙極晶體管、場效應晶體管或結型場效應晶體管。優(yōu)選地，第二有源器件包括雙極晶體管。根據(jù)放大器級的另一實施方式，控制電路包括由P溝道結型場效應晶體管和η溝道結型場效應晶體管組成的互補JFET源極跟隨器電路。每個結型場效應晶體管都包括源極端子、柵極端子和漏極端子。P溝道晶體管的源極端子耦接到第二有源器件的控制輸入端，且η溝道晶體管的源極端子也耦接到第二有源器件的控制輸入端。P溝道晶體管的柵極端子耦接到放大器級的輸入端子，且η溝道晶體管的柵極端子也耦接到放大器級的輸入端子。再者，放大器級可以包括第一二極管和第二二極管。第一二極管可以耦接在η溝道晶體管的源極端子與第二有源器件的控制輸入端之間。第二二極管可以耦接在P溝道晶體管的源極端子與第二有源器件的控制輸入端之間。上述控制電路提供了良好的后向隔離特性， 防止通過第二有源器件的非線性電容耦接到其輸出端的任意高頻電壓到達其輸入端。不管頻率如何，施加在控制電路輸出端的任意電壓都不允許傳播到其輸入端?；パaJFET源極跟隨器將完成此項功能且提供良好擴展帶寬。控制電路還可以包括將η溝道晶體管的柵極端子和P溝道晶體管的柵極端子耦接到偏置電壓的偏置電阻器。根據(jù)另一實施方式，控制電路可以包括非互補緩沖器，尤其是在僅需要有限的帶寬或小信號幅度的情況下。本發(fā)明的另一實施方式提供了一種用于生成放大輸出信號的放大器級。該放大器級基于放大器級的輸入端子處的輸入信號來提供放大器級的輸出端子處的放大輸出信號。 放大器級包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管。第一晶體管是包括源極端子、漏極端子和柵極端子的場效應晶體管(FET)。第一晶體管的柵極端子經(jīng)由放大器級的第一電容器耦接到放大器級的輸入端子。第一晶體管的柵極端子還經(jīng)由放大器級的第一偏置電阻器耦接到第一偏置電壓。第二晶體管是包括發(fā)射極端子、集電極端子和基極端子的雙極晶體管。第二晶體管的發(fā)射極端子耦接到第一晶體管的漏極端子，且第二晶體管的集電極端子耦接到放大器級的輸出端子。第三晶體管是包括源極端子、漏極端子和柵極端子的P溝道場效應晶體管。第三晶體管的源極端子經(jīng)由放大器級的第一二極管耦接到第二晶體管的基極端子。第三晶體管的漏極端子耦接到第一電源電壓。第三晶體管的柵極端子經(jīng)由放大器級的第二電容器耦接到放大器級的輸入端子且經(jīng)由放大器級的第二偏置電阻器耦接到第二偏置電壓。第四晶體管是包括源極端子、漏極端子和柵極端子的η溝道場效應晶體管。第四晶體管的源極端子經(jīng)由放大器級的第二二極管耦接到第二晶體管的基極端子。第四晶體管的漏極端子耦接到第二電源電壓。第四晶體管的柵極端子經(jīng)由放大器級的第二電容器耦接到放大器級的輸入端子且經(jīng)由第二偏置電阻器耦接到第二偏置電壓。在第二(雙極)晶體管耦接到第一(FET)晶體管的漏極端子的這種放大器級中， 第一晶體管的漏極端子的電壓跟隨第一晶體管的柵極端子處的輸入電壓。因此，在非線性柵-漏電容兩端將不出現(xiàn)電壓擺動，因而消除了米勒效應。如果輸入信號也饋入到雙極晶體管(第二晶體管)的基極，則雙極晶體管(第二晶體管)的低歐姆發(fā)射極將容易控制場效應晶體管(第一晶體管)的高歐姆漏極。為了避免在雙極晶體管處出現(xiàn)米勒效應，其基極經(jīng)由由第三和第四晶體管以及第一和第二二極管組成的隔離及快速緩沖器連接到放大器級的輸入端。這種緩沖器提供了良好的后向隔離特性，防止(通過雙極晶體管的非線性集電極-基極電容)耦接到其輸出端的任意高頻電壓到達其輸入端。
本發(fā)明的另一實施方式提供了一種移動設備。該移動設備包括麥克風和耦接到麥克風的音頻放大器。音頻放大器包括用于根據(jù)來自放大器級的輸入端子處的麥克風的輸入信號來生成放大器級的輸出端子處的放大輸出信號的放大器級。該放大器級包括第一有源器件、第二有源器件和控制電路。第一有源器件包括控制第一有源器件的第一端子與第一有源器件的第二端子之間的電流的控制輸入端。第一有源器件的控制輸入端耦接到放大器級的輸入端子。第二有源器件包括控制第二有源器件的第一端子與第二有源器件的第二端子之間的電流的控制輸入端。第二有源器件的第一端子耦接到第一有源器件的第二端子， 且第二有源器件的第二端子耦接到放大器級的輸出端子?？刂齐娐否罱釉诘诙性雌骷目刂戚斎攵伺c放大器級的輸入端子之間?？刂齐娐繁慌渲贸善仁沟谝挥性雌骷牡诙俗犹幍碾妷焊S第一有源器件的控制輸入端處的輸入電壓。移動設備可以包括移動電話、個人數(shù)字助理、移動導航系統(tǒng)或移動計算機。本發(fā)明的另一實施方式提供了一種使用放大器級根據(jù)輸入信號來生成放大輸出信號的放大方法。該放大器級包括具有輸出端子的有源器件和控制有源器件的輸出端子處的電流的控制輸入端。根據(jù)該方法，有源器件的輸出端子處的電壓被迫使跟隨有源器件的控制輸入端處的輸入電壓。再者，根據(jù)該方法，防止了放大器級的輸出信號到放大器級的輸入電壓的任意耦合。盡管結合特定實施方式在上面的概述和下面的詳細描述中描述了特定特征，應當理解，除非特別聲明，描述的實施方式的特征能夠彼此組合。


此后，將參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實施方式。圖1示出反向電壓放大器級的電路圖。圖2示出級聯(lián)放大器的電路圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的放大器級的電路圖。圖4示出圖3的放大器級的更詳細的電路圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的移動設備的框圖。
具體實施例方式在下文中，將詳細描述本發(fā)明的示例性實施方式。應當理解，給出下面的描述僅用于說明本發(fā)明的原理的目的，且并不表示限制意義。而是，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求限定且并不旨在被此后的示例性實施方式限制。應當理解，在下面的實施方式的詳細描述中，此處在附圖或描述中示出的功能塊、 器件、組件或其他物理或功能單元之間的任意方向連接或耦接也可以通過間接連接或耦接實現(xiàn)。附圖的各個實例中的相同參考符號表示相似或相同的組件。還應當理解，除非特別聲明，此處描述的各個示例性實施方式的特征能夠彼此組
I=I O圖1示出包括結型場效應晶體管(JFET) 101、輸出電阻器102、偏置電阻器103和電容器104的共源極JFET放大器級。JFET 101的柵極端子G經(jīng)由偏置電阻器103連接到偏置電壓且還經(jīng)由電容器104連接到放大器級100的輸入端105。JFET 101的源極端子S連接到地。JFET 101的漏極端子D經(jīng)由輸出電阻器102連接到電源電壓。需要放大的輸入信號(例如交流信號)經(jīng)由輸入端子105和電容器104施加到JFET 101的柵極端子。取決于輸入信號，生成作為放大器級100的輸出端子106、107處的輸出電阻器102兩端的輸出電壓的輸出信號。圖1的放大器級100例如可以用在移動設備中，用于放大從麥克風接收的音頻信號。然而，圖1的放大器級100遭受了所謂的米勒效應。米勒效應是幾乎影響所有有源離散器件的不希望的非線性類型的反饋，這些有源離散器件例如是結型場效應晶體管(JFET)、 金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、雙極晶體管等。米勒效應影響高頻的性能且甚至影響更低頻率的音頻質(zhì)量。典型地，米勒效應例如在JFET的柵極端子與漏極端子之間的電壓變化時出現(xiàn)，因為非線性固有電容被信號電壓所調(diào)制。較高的電壓增益將加劇這種問題。為了減小米勒效應且因而使得放大器級更加線性，可以使用級聯(lián)放大器。圖2示出示例性級聯(lián)放大器級200的電路圖。雙極晶體管201耦接在JFET 101的漏極端子與輸出電阻器102之間。晶體管201的集電極端子C耦接到輸出電阻器102，且晶體管201的發(fā)射極端子E耦接到JFET 101的漏極端子。雙極晶體管201的基極端子B連接到恒定電壓 202。在該放大器級200中，雙極晶體管201被布置為JFET 101的漏極端子的負載。因為在工作頻率下，雙極晶體管201的基極端子有效地保持在電壓202，雙極晶體管201的發(fā)射極E處的電壓在工作期間幾乎保持在恒定電壓。換句話說，雙極晶體管201對于JFET 101 表現(xiàn)為低輸入電阻，使得JFET 101的電壓增益很小，這減小了從JFET 101的漏極端子到柵極端子的米勒反饋電容。這種電壓增益的損失由雙極晶體管201來恢復。因而，雙極晶體管201允許JFET 101以最小的負反饋來工作，從而改善了其帶寬。然而，這會減小米勒效應，但是并不會消除它。圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的放大器級300的實施方式。放大器級300基于圖1中示出的放大器級100，其中雙極晶體管201耦接在JFET 101的漏極端子與輸出電阻器102之間。從圖3可以看出，雙極晶體管201的發(fā)射極端子連接到JFET 101的漏極端子，且雙極晶體管201的集電極端子連接到輸出電阻器102。放大器級300還包括用作經(jīng)由放大器級300的電容器302連接雙極晶體管201的基極端子與放大器級300的輸入端子 105的隔離緩沖器。控制電路310迫使JFET 101的漏極端子的電壓跟隨JFET 101的柵極端子處的輸入電壓，且同時防止輸出端子106、107處的放大器級300的輸出信號到輸入端子105處的放大器級的輸入信號的任意耦合。因此，在JFET 101的柵極端子與漏極端子之間的非線性電容兩端沒有電壓擺動，因而消除了 JFET 101處的米勒效應。因為輸入信號也經(jīng)由電容器302和控制電路301從輸入端子105饋入到雙極晶體管201的基極端子，所以雙極晶體管201的低歐姆發(fā)射極將容易控制JFET 101的高歐姆漏極。然而，為了避免在雙極晶體管201處出現(xiàn)米勒效應，其基極端子需要通過控制電路30 執(zhí)行的隔離和快速緩沖而饋入。緩沖必須具有良好的后向隔離特性，這意味著不管頻率如何，施加到控制電路301的輸出端的任意電壓都不允許傳播到控制電路301的輸入端。施加到控制電路301的輸出端的電壓可以通過雙極晶體管201的非線性集電極-基極電容而引入。圖4示出圖3的放大器級300的更詳細的電路圖。從圖4可以看出，控制電路301包括η溝道結型場效應晶體管(JFET)401、p溝道結型場效應晶體管(JFET)402、第一二極管 403、第二二極管404和偏置電阻器405。JFET 401的漏極端子連接到電源電壓406。取決于所需的輸出電壓和應用特定需求，電源電壓406可以不同于電源電壓108。JFET 401的源極端子經(jīng)由二極管403連接到晶體管201的基極端子。JFET 402的漏極端子連接到地。 JFET 402的源極端子經(jīng)由第二二極管404連接到雙極晶體管201的基極端子。JFET 401 和402的柵極端子共同連接到偏置電阻器405且經(jīng)由電容器302連接到放大器級300的輸入端子105。偏置電阻器405的另一端連接到偏置電壓。取決于應用需求，偏置電阻器405 的偏置電壓可以不同于偏置電阻器103的偏置電壓。上述控制電路301實現(xiàn)了用作隔離緩沖器的互補JFET源極跟隨器。二極管403 和404提供了控制電路301的JFET 401、402的源極偏置。因此，來自輸出端子106、107處的放大器輸出信號的電壓都不被允許傳播或耦合到放大器級300的輸入端子105。再者， 當輸入端子105處的輸入電壓變化時，JFET 101的柵極端子與漏極端子之間的電壓保持恒定。因此，完全消除了米勒效應。圖5示出包括麥克風502和音頻放大器501的移動設備500。音頻放大器501包括用于放大麥克風502所接收的音頻信號的放大器級300。麥克風502連接到放大器級300 的輸入端子105且在放大器級300的輸出端子106、107提供來自麥克風502的放大音頻信號以在音頻放大器501或移動設備500中進一步處理。移動設備500可以是移動電話、個人數(shù)字助理、移動導航系統(tǒng)或移動計算機。盡管上面已經(jīng)描述了示例性實施方式，但是可以在其他實施方式中實現(xiàn)各種修改。例如，放大器級300不僅可以如圖5所示用作用于放大來自麥克風的音頻信號的放大器級，還可以用作用于放大任意種類的音頻信號、視頻信號或任意其他種類的信號的放大器級。再者，盡管在上述實施方式中使用了特定類型的晶體管，但是使用任意種類的離散有源器件來消除米勒效應的方法也是有效的。另外，能夠使用任意其他種類的合適的控制電路。例如，在某些環(huán)境下，例如限制帶寬或較小信號幅度的情況下，控制電路可以包括非互補緩沖器。最后，應當理解，上述所有實施方式都應被認為被所附權利要求限定的本發(fā)明所包括。
權利要求
1.一種放大器級，該放大器級用于根據(jù)該放大器級的輸入端子處的輸入信號在該放大器級的輸出端子處生成放大輸出信號，該放大器級包括第一有源器件，其具有第一端子、第二端子和對該第一有源器件的第一端子與第二端子之間的電流進行控制的控制輸入端，第一有源器件的控制輸入端耦接到該放大器級的輸入端子；第二有源器件，其具有第一端子、第二端子和對該第二有源器件的第一端子與第二端子之間的電流進行控制的控制輸入端，第二有源器件的第一端子耦接到第一有源器件的第二端子，并且第二有源器件的第二端子耦接到該放大器級的輸出端子；以及控制電路，其耦接在第二有源器件的控制輸入端與該放大器級的輸入端子之間，該控制電路被設置為迫使第一有源器件的第二端子處的電壓跟隨第一有源器件的控制輸入端處的輸入電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的放大器級，其中，所述控制電路還被設置為防止從所述放大器級的輸出信號到輸入信號的任意耦合。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的放大器級，該放大器級還包括耦接在該放大器級的輸出端子與電源電壓之間的電阻器。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的放大器級，該放大器級還包括第一電容器和第二電容器，其中，第一電容器將該放大器級的輸入端子耦接到第一有源器件的控制輸入端，第二電容器將該放大器級的輸入端子耦接到第二有源器件的控制輸入端。
5.根據(jù)權利要求4所述的放大器級，該放大器級還包括耦接在第一有源器件的控制輸入端與偏置電壓之間的偏置電阻器。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的放大器級，其中，第一有源器件包括選自于包括以下成員的組的器件晶體管、雙極晶體管、場效應晶體管和結型場效應晶體管。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的放大器級，其中，第二有源器件包括選自于包括以下成員的組的器件晶體管、雙極晶體管、場效應晶體管和結型場效應晶體管。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的放大器級，其中，所述控制電路包括由ρ溝道結型場效應晶體管和η溝道結型場效應晶體管組成的互補JFET源極跟隨器，其中，所述ρ溝道晶體管的源極端子耦接到第二有源器件的控制輸入端，所述η溝道晶體管的源極端子耦接到第二有源器件的控制輸入端，所述P溝道晶體管的柵極端子耦接到該放大器級的輸入端子，并且所述η溝道晶體管的柵極端子耦接到該放大器級的輸入端子。
9.根據(jù)權利要求8所述的放大器級，其中，所述控制電路還包括第一二極管和第二二極管，第一二極管將所述η溝道晶體管的源極端子耦接到第二有源器件的控制輸入端，并且第二二極管將所述P溝道晶體管的源極端子耦接到第二有源器件的控制輸入端。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的放大器級，其中，所述控制電路還包括偏置電阻器，該偏置電阻器將所述η溝道晶體管的柵極端子和所述P溝道晶體管的柵極端子耦接到偏置電壓。
11.一種放大器級，該放大器級用于根據(jù)該放大器級的輸入端子處的輸入信號在該放大器級的輸出端子處生成放大輸出信號，該放大器級包括場效應晶體管類型的第一晶體管，其具有源極端子、漏極端子和柵極端子，第一晶體管的柵極端子經(jīng)由第一電容器耦接到該放大器級的輸入端子，并且第一晶體管的柵極端子經(jīng)由第一偏置電阻器耦接到第一偏置電壓；雙極類型的第二晶體管，其具有發(fā)射極端子、集電極端子和基極端子，第二晶體管的發(fā)射極端子耦接到第一晶體管的漏極端子，并且第二晶體管的集電極端子耦接到該放大器級的輸出端子；P型場效應晶體管類型的第三晶體管，其具有源極端子、漏極端子和柵極端子，第三晶體管的源極端子經(jīng)由第一二極管耦接到第二晶體管的基極端子，第三晶體管的漏極端子耦接到第一電源電壓，第三晶體管的柵極端子經(jīng)由第二電容器耦接到該放大器級的輸入端子，并且第三晶體管的柵極端子經(jīng)由第二偏置電阻器耦接到第二偏置電壓；以及η型場效應晶體管類型的第四晶體管，其具有源極端子、漏極端子和柵極端子，第四晶體管的源極端子經(jīng)由第二二極管耦接到第二晶體管的基極端子，第四晶體管的漏極端子耦接到第二電源電壓，第四晶體管的柵極端子經(jīng)由第二電容器耦接到該放大器級的輸入端子，并且第四晶體管的柵極端子經(jīng)由第二偏置電阻器耦接到第二偏置電壓。
12.—種移動設備，該移動設備包括麥克風和耦接到該麥克風的音頻放大器，該音頻放大器包括放大器級，該放大器級用于根據(jù)來自該放大器級的輸入端子處的該麥克風的輸入信號在該放大器級的輸出端子處生成放大輸出信號，該放大器級包括第一有源器件，其具有第一端子、第二端子和對該第一有源器件的第一端子與第二端子之間的電流進行控制的控制輸入端，第一有源器件的控制輸入端耦接到該放大器級的輸入端子；第二有源器件，其具有第一端子、第二端子和對該第二有源器件的第一端子與第二端子之間的電流進行控制的控制輸入端，第二有源器件的第一端子耦接到第一有源器件的第二端子，并且第二有源器件的第二端子耦接到該放大器級的輸出端子；以及控制電路，其耦接在第二有源器件的控制輸入端與該放大器級的輸入端子之間，該控制電路被設置為迫使第一有源器件的第二端子處的電壓跟隨第一有源器件的控制輸入端處的輸入電壓。
13.根據(jù)權利要求12所述的移動設備，其中，該移動設備包括選自于包括以下成員的組的設備移動電話、個人數(shù)字助理、移動導航系統(tǒng)和移動計算機。
14.一種使用放大器級根據(jù)輸入信號來生成放大輸出信號的放大方法，該放大器級包括有源器件，該有源器件包括輸出端子和對輸出端子處的電流進行控制的控制輸入端，該方法包括以下步驟迫使所述有源器件的輸出端子處的電壓跟隨所述有源器件的控制輸入端處的輸入電壓；以及防止從該放大器級的輸出信號到該放大器級的輸入電壓的任意耦合。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種根據(jù)輸入信號來生成放大輸出信號的放大器級、包括音頻放大器的移動設備以及使用放大器級根據(jù)輸入信號來生成放大輸出信號的放大方法。
文檔編號H03F3/183GK102474224SQ201080027291
公開日2012年5月23日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權日2009年7月13日
發(fā)明者漢斯·彼得·克爾納 申請人:索尼愛立信移動通訊有限公司