信号放大器制造技术

信号放大器具有：源极跟随器，用于接收输入信号；电压分配器，用于生成通过与输入信号不同的路径输入到源极跟随器的偏置电压；以及反相器，串联连接在源极跟随器的随后级中，并且具有可以补偿因制造参数引起的电压分配器的特性变化的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号放大器，特别涉及一种具有串联连接的非反向放大器和反向放大器的信号放大器。
技术介绍
通常使用其中将源极跟随器和一般情况下为n沟道金属氧化物半导体(NMOS)的反相器串联连接的电压放大器来放大电荷耦合器件(CCD)等中的微电荷检测信号。不过，电压放大器与其中不放大电压时使用的将多个源极跟随器串联连接的缓存器等相比，具有较大的信号延迟，因此与高频段的高速信号不相容。由于近来需要减小CCD成像时间，因此越来越需要具有高速和高压信号增益的电压放大器。下面参照图6来讲述现有电压放大器的结构。该电压放大器具有箝位电容器C1、反相器2和3以及箝位电路6，它们连接在信号输入端11和信号输出端12之间。为每一个器件提供了电源电压VDD。将箝位电容器C1的一端连接到信号输入端11，并且将另一端连接到节点N5。节点N5为反相器2的输入端。箝位电容器C1阻断信号输入端11和节点N5之间的DC路径，并且将来自信号输入端11的输入信号Vin的AC分量传输给节点N5。反相器2具有NMOS晶体管M3和M4。晶体管M3具有连接到电源VDD的漏极和栅极，和连接到节点N2的源极。晶体管M4具有连接到节点N2的漏极，连接到节点N5的栅极，和连接到地电压GND的源极。在反相器2中，晶体管M4为驱动晶体管，并且晶体管M3为负载晶体管。反相器2对来自节点N5的电压信号进行反相和放大，并且将其输出给节点N2，节点N2是随后级中反相器3的输入端。反相器3具有晶体管M5和M6。晶体管M5具有连接到电源VDD的漏极和栅极，和连接到信号输出端12的源极。晶体管M6具有连接到信号输出端12的漏极，连接到节点N2的栅极，和连接到地电压GND的源极。在反相器3中，晶体管M6为驱动晶体管，并且晶体管M5为负载晶体管。反相器3对来自反相器2的电压信号输出进行反相和放大，并且将输出信号Vout输出给信号输出端12。反相器3的驱动晶体管M6具有高于反相器2的驱动晶体管M4的阈值电压。晶体管M3和M5具有高于晶体管M4的阈值电压。箝位电路6具有晶体管M12～M15。晶体管M12和M14的每一个都具有连接到电源VDD的漏极和栅极，和连接到节点N6的源极。组成电压分配器的晶体管M13具有连接到节点N6的漏极和栅极，和连接到地电压GND的源极。电压分配器的输出端或电压分配端是节点N6。晶体管M15具有连接到节点N5的源极和漏极中的一个，连接到节点N6的源极和漏极中的另一个，以及连接到箝位控制端13的栅极。箝位电路6确定反相器2的输入偏移电压，其是节点N5的电压。晶体管M15为箝位开关晶体管，并且通过来自箝位控制端13的控制信号CLP来导通或截止。晶体管M13与反相器3的晶体管M6具有相同的阈值电压。晶体管M12和M13与反相器2的晶体管M4具有相同的阈值电压。晶体管M15可以具有任何阈值电压，只要它能够进行开关操作。下面来讲述箝位电路6的箝位操作。来自信号输入端11的输入信号Vin通过箝位电容器C1进行AC耦合，并且输入到反相器2。进而，从箝位控制端13输入导通信号，以导通箝位开关晶体管M15，从而作为反相器2的输入端的节点N5的电压V5变得等于作为电压分配器的输出端的节点N6的电压V6。不过，由于在该状态下电压V5被固定为常数电平，因此输入到信号输入端11的电压信号的AC分量并没有被输入到反相器2。因此，当进行信号输入时，控制信号CLP为截止，以截止箝位开关晶体管M15，并且在偏移电压与电压V6相等的情况下，电压V5根据输入信号Vin的电压而变化。下面参照图7来讲述反相器2和3的放大操作。图7示出了反相器2和3的输入和输出特性。在图7中，横轴表示输入电压，并且纵轴表示输出电压。虚线701和实线702分别示出了反相器2和反相器3的特性。反相器2的输入电压是节点N5的电压V5，并且反相器2的输出电压是节点N2的电压V2。反相器3的输入电压是节点N2的电压V2，并且反相器3的输出电压是信号输出端12的电压Vout。具有输入电压的恒定增益并且输出输出电压的区域被称为放大区域。如果晶体管M4和M6的阈值电压分别为Vt1和Vt2，则晶体管M4和M6不会导通，并且因此反相器2和3不会执行反相和放大，直到反相器2和3的输入电压V5和V2分别达到电压电平Vt1和Vt2。当输入电压V5和V2超过电压电平Vt1和Vt2时，反相器2和3执行反相和放大。因此，输入的电压超过每一个驱动晶体管的阈值电压的区域为反相器的放大区域。不过，如果输入电压超过图7的电压电平Vd1和Vd2，则由于晶体管M4和M6进入三极管区域，因此反相和放大停止，并且因此输出电压V2和Vout变为恒定。如图7所示，当驱动晶体管的阈值电压为高和低时，如果输入偏移电压相同，则在阈值电压较高时输出偏移电压较高；另一方面，如果对于较高的阈值电压输入偏移电压较高，则输出偏移电压与阈值电压为高和低时相同。接下来参照图8来讲述当反相器2和3串联连接时的操作。图8示出了如图6中的结构那样串连连接的反相器2和3的输入和输出特性。在图8中，第一象限和第二象限分别示出了反相器2和反相器3的输入和输出特性。在第二象限中，虚线801和实线802分别示出了当驱动晶体管M6的阈值电压为Vt1和Vt2时的输入和输出特性。施加箝位电压VC1使得其成为放大区域的中心。对叠加了箝位偏移电压VC5的输入电压V5进行放大，并且将输出电压V2传输给反相器3。如果反相器3的驱动晶体管M6的阈值电压为与反相器2的晶体管M4的阈值电压相同的Vt1，如虚线801所示，则部分或整个输入信号将超过Vd1。在这种情况下，诸如具有在第二象限中由虚线803所示的偏移电平VCout2的信号等超出放大区域的信号的部分没有被放大，并且输入信号没有被适当放大。另一方面，如果反相器3的驱动晶体管M6的阈值电压被设定为Vt2，如实线802所示，则可以将整个输入信号设定到放大区域之内。在这种情况下，诸如具有在第二象限中由实线804所示的偏移电平VCout的信号等输入信号被适当放大，以产生输出信号Vout。当在实际的半导体器件中形成图6所示的电路时，通过制造诸如离子注入的不均匀量等参数变化可以改变晶体管的阈值电压。在图6的电路结构中，只有箝位电路6的晶体管M14和反相器3的晶体管M6是具有相同阈值电压的晶体管。因此，例如，即使在反相器3中发生了诸如由图7的实线702和虚线701所示的阈值电压变化，并且输入偏移电压根据特性变化而改变，则电压也总是处于反相器3的放大区域的中心附近。例如在日本未核专利申请公开No.2001-211393、2003-017959和60-254904中讲述了现有电压放大器。不过，本专利技术也认为上述现有电压放大器需要用于调整输入偏移电压的箝位电路6和箝位控制信号CLP，这导致该器件的驱动电路更为复杂。此外，由于现有电压放大器使用了箝位电路6，因此需要有用于对信号输入端11进行AC耦合或DC削波的箝位电容器C1，以及反相器2的输入端的节点N5。从而诸如电容器C1的电容和线电阻等寄生阻抗增加，结果导致图6的电压放大器的输入电容更高。在具有图6的电路的电压放大器中，由于在诸如源极跟随器等箝位电路的前级中电路处于充电和放电的时间常数增加，因此整个电压放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于放大输入信号的信号放大器，包括：非反向放大器，用于接收输入信号；偏置电压生成器，用于生成通过与输入信号不同的路径输入到非反向放大器的偏置电压，并且调整非反向放大器的输出偏移电压；以及反向放大器，串联连接于非反 向放大器的随后级中，并且具有可以补偿因制造参数引起的偏置电压生成器的特性变化的特性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原口能纯，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]