包括放大器的信号处理器制造技术

本发明专利技术公开了一种在信号处理器内的放大器（Ａ１），包括：一对互补的差分对（ＤＰ１，ＤＰ２），其中一个差分对包括具有与另一个差分对的晶体管的极性相反的极性的晶体管。所述一个差分对和所述另一个差分对共同接收具有共模分量的差分输入信号。电流组合电路（ＣＣ）将所述一个差分对和所述另一个差分对的输出电流相组合，以便得到随差分输入信号而变化的输出电流。所述一个差分对和所述另一个差分对分别具有偏置电路（Ｒ１，Ｒ２），所述偏置电路（Ｒ１，Ｒ２）提供以实质上线性的方式随共模分量而变化的尾电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的一个方面涉及包括放大器的信号处理器，所述放大器包括一对互补的差 分对，这对互补的差分对耦合用于共同接收差分输入信号。信号处理器可以以例如集成电 路的形式来实现。本专利技术的另一方面涉及信号提供系统。
技术介绍
Johan H. Huijsing 等白勺在 IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. 42, No. 11, November 1995 公开的标题为 “Low-Power Low-VoltageVLSI Operational Amplifier Cells”的文献描述了电压高效输入级(第II节)。考虑了以下内容。P沟道差分 CMOS输入级具有从负轨电压到正轨电压减去栅极_源极电压V^和尾电流(tai 1-current) 源的饱和电压VDsat的共模输入电压范围。N沟道差分CMOS输入级具有从正轨电压到负轨 电压加上栅_源电压和尾电流源的饱和电压VDsat的共模输入电压范围。如果需要所谓 的轨到轨输入范围，则应当将互补的前述差分输入级相组合，并且至少一个级应当起作用。 文献的图2示出了这样的拓扑。求和电路将差分输入级的各个输出电流相加。求和电路包 括用作两个折叠电流跟随器的四个晶体管M5-M8,而对M6、M8同时用作电流镜。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种信号处理器，允许以较低的失真来处理具有较大电压摆 动的信号。独立权利要求限定了本专利技术的不同方面。从属权利要求限定了用于有利地实现 本专利技术的附加特征。本专利技术考虑以下方面。具体地，如果存在具有较大电压摆动的共模输入信号，则上 述现有拓扑将产生失真程度较大的输出信号。这种大的信号失真与以下方面有关。实际上， 现有拓扑将产生偏移输出电流，这是由于差分输入级的不平衡而引起的。偏移输出电流随 差分输入级内的尾电流而变化。从而，这种尾电流的任何调制都将导致偏移输出电流的相 应调制。为了防止尾电流调制，通常由晶体管来实现尾电流源。这种实现方式允许较高的 共模抑制比将较大程度地抑制共模输入信号。然而，具有晶体管的尾电流源典型地提供实质上恒定的尾电流，除了在以下电压 范围中在该电压范围中，较小的电压存在于尾电流源上。在该电压范围中，尾电流将随着 尾电流源上的电压而较大程度地变化，这是由于饱和效应而引起的。因此，存在尾电流调制 特性，当共模电压被限制在信号地和电源电压之间某处的较小范围内时，该尾电流调制特 性实际上是可忽略的。然而，当共模电压在信号地和电源电压之间的较大范围内变化时，尾 电流调制特性是不可忽略的并且还是实质上非线性的。相应地，具有较大电压抖动的几乎 达到信号地和电源电压的共模输入信号将导致实质上非线性的尾电流调制，并从而导致偏 移输出电流的相应非线性调制。这种在存在较大的共模输入信号时出现的非线性调制将产 生显著的失真分量。根据本专利技术，信号处理器内的放大器包括一对互补的差分对，其中一个差分对包括极性与另一个差分对中晶体管的极性相反的晶体管。这两个差分对共同接收具有共模分 量的差分输入信号。电流组合电路将这两个差分对的输出电流相组合，以便得到随差分输 入信号而变化的输出电流。这两个差分对分别具有偏置电路，所述偏置电路提供以实质上 线性的方式随着共模分量而变化的尾电流。相应地，共模分量将引起在较大的电压范围上实质上线性的尾电流调制。因此，共 模分量将以实质上线性的方式来相应地调制偏移输出电流。这防止输出电流中出现显著的 失真分量。在这方面，应注意，共模分量可以较大程度地调制偏移输出电流，这与较差的共 模抑制比同义。从失真的观点来看这并不是问题。问题在于偏移输出电流的任何调制都是 实质上线性的，这是本专利技术在较大的电压范围上实现的。为此，本专利技术允许以较低的失真来 处理具有较大的电压摆动的信号。本专利技术的另一优点涉及以下方面。原理上，可以通过减小该对互补的差分对的不 平衡性来减小失真。不平衡性越小，偏移输出电流越小。偏移输出电流越小，针对给定尾电 流调制特性的失真分量越小。尾电流调制特性在根据本专利技术的放大器中是实质上线性的， 而尾电流调制特性在现有放大器中是实质上非线性的。因此，在应当满足给定的失真需求 的情况下，根据本专利技术的放大器可以承受比现有放大器要大得多的不平衡性程度。换言之， 从失真的观点来看，现有放大器仅承受较小程度的不平衡性。实现较小程度的不平衡性需 要较精确的制造技术或较大的组件或两者均需要，这导致了较高的成本。由于根据本专利技术 的放大器承受较大程度的不平衡性，所以本专利技术允许低成本的实现方式。本专利技术的实现有利地包括以下附加特征中的一个或更多个，在与单独从属权利要 求相对应的单独段落中描述了这些特征。在每个前述差分对中，提供尾电流的偏置电路优选地是电阻形式的。这还对以适 度的成本实现较低的失真作出了贡献。电流组合电路优选地包括一对电流反向缓冲器。每个电流反向缓冲器包括输入节 点，所述输入节点经由用于向输入节点施加偏置电流的偏置电路耦合至第一电源电压线。 这两个电流反向缓冲器分别在它们相应的输入节点处接收一个差分对的输出电流和互补 输出电流。电流组合电路还包括用于镜像一个电流反向缓冲器的输出电流的电流镜。电流 镜包括输入分支和输出分支，每个分支包括具有主端子的晶体管，所述主端子经由阻抗耦 合至第二电源电压。输入分支和输出分支分别在相应晶体管的相应主端子处接收另一差分 对的输出电流和互补输出电流。输出节点接收另一电流反向缓冲器的输出电流和电流镜的 输出电流。这些特征还为针对较大的输入信号实现低失真作出了贡献。在每个前述电流反向缓冲器中，向输入节点施加偏置电流的偏置电路优选地是电 阻形式的。这还为针对较大的输入信号实现低失真作出了贡献。每个前述电流反向缓冲器优选地包括具有控制端子和主端子的晶体管，所述控制 端子耦合用于接收偏置电压，所述主端子构成了电流反向缓冲器的输入节点。晶体管可以是CMOS类型的。可以为放大器提供反馈电路，使得差分输入信号表示放大器的输入信号与输出信 号之差。参考附图的详细描述说明了以上概述的本专利技术以及附加特征。附图说明图1示出了包括信号处理器的信号提供系统的框图。图2示出了构成信号处理器的一部分的放大器的电路图。图3示出了针对不同偏移电压随共模输入分量而变化的放大器的偏移输出电流。图4示出了应用于传统放大器的类似曲线图。具体实施例方式图1示出了信号提供系统RSY，所述信号提供系统RSY包括信号源SRC、信号处理 器PRC以及信号换能器TRD。信号源SRC可以是例如麦克风形式的。信号换能器TRD可以 是例如扬声器形式的。信号处理器PRC可以是以例如集成电路的形式实现的。更详细地，信号处理器PRC包括单端至差分转换器SDC、模数转换器ADC、数字信号 处理器DSP、数模转换器DAC和输出放大器OA。单端至差分转换器SDC包括两个放大器A1、 A2。每个放大器具有反向输入+、非反向输入-和输出。放大器A1通过输出与反向输入之 间的短路而用作非反向缓冲器。下文中该放大器A1将称作非反向放大器A1。非反向放大 器A1构成所谓的电压跟随器。放大器A2通过包括两个实质上相等的电阻在内的反馈网络 而用作反向缓冲器。下文中该放大器A2将称作反向放大器。信号提供系统RSY基本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括放大器（Ａ１）的信号处理器（ＰＲＣ），所述放大器（Ａ１）包括：－一对互补的差分对（ＤＰ１，ＤＰ２），其中一个差分对包括具有与另一个差分对的晶体管的极性相反的极性的晶体管，所述一个差分对和所述另一个差分对耦合用于共同接收具有共模分量的差分输入信号；以及－电流组合电路（ＣＣ），被布置为将所述一个差分对和所述另一个差分对的输出电流相组合，以便得到随差分输入信号而变化的输出电流，－所述一个差分对和所述另一个差分对分别具有偏置电路（Ｒ１，Ｒ２），所述偏置电路（Ｒ１，Ｒ２）用于提供以实质上线性的方式随共模分量而变化的尾电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-11-12 07120440.8一种包括放大器(A1)的信号处理器(PRC)，所述放大器(A1)包括-一对互补的差分对(DP1，DP2)，其中一个差分对包括具有与另一个差分对的晶体管的极性相反的极性的晶体管，所述一个差分对和所述另一个差分对耦合用于共同接收具有共模分量的差分输入信号；以及-电流组合电路(CC)，被布置为将所述一个差分对和所述另一个差分对的输出电流相组合，以便得到随差分输入信号而变化的输出电流，-所述一个差分对和所述另一个差分对分别具有偏置电路(R1，R2)，所述偏置电路(R1，R2)用于提供以实质上线性的方式随共模分量而变化的尾电流。2.根据权利要求1所述的信号处理器，其中，在每个前述差分对(DP1，DP2)中，提供尾 电流的偏置电路(Rl，R2)是电阻形式的。3.根据权利要求1所述的信号处理器，电流组合电路(CC)包括-一对电流反向缓冲器(M5，M6)，每个电流反向缓冲器包括输入节点，所述输入节点经 由用于向输入节点施加偏置电流的偏置电路(R3，R4)耦合至第一电源电压线，一个电流反 向缓冲器和另一个电流反向缓冲器耦合用于分别在它们相应的输入节点处接收所述一个 差分对(DPI)的输出电流和互补输出电流；-电流镜(M7，M8)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：保卢斯PFM布鲁因，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]