防止逆相的前馈电路制造技术

一种放大器包括用于改善所述放大器的线性度的自举电路和用于响应输入信号的变化调整自举电路的电压的前馈电路。使用前馈电路调整电压防止放大器的逆相状况。

【技术实现步骤摘要】
防止逆相的前馈电路
本专利技术的实施方案大致涉及放大器，特定而言，涉及防止逆相的放大器的前馈电路。
技术介绍
放大器是接收输入信号(例如电压或电流)并基于其产生输出信号的装置。例如，作为普通型的放大器，差分放大器接收正负版本的输入信号(即差分输入信号)并基于两个输入版本之间的电压差产生放大的输出信号。常规而言，自举电路包括各种电子组件(例如电阻器或晶体管)，所述电子组件可通过防止由放大器的输入晶体管的集电极-基极电压变化而引起的基极-发射极电压的对数变化而用于改善放大器的线性度。在本实例中，输入晶体管周围实施的单位增益自举电路将其集电极电压系至其基极上，从而使基极-集电极结保持在恒定电压下；结果，集电极电流和共发射极电流增益(即，13)在所有运算输入电压中保持稳定。逆相是指输出电压相对于输入电压的变化以“错误”的方向改变；例如，输入电压变化过快使自举电路响应不及时，放大器可能经历逆相。NPN双极结型晶体管(BJT)的集电极-基极结在正向有源区中反向偏置；在接收大的和/或快速的电压变化后，基极处的电压可能比尚未反应的集电极的电压更高。这一状况会导致NPNBJT的饱和，其继而可能引起输出电压以错误的方向暂时变化(即，发生逆相)。在输入信号以高频率变化时和/或在输入级具有低上升时间时，这一问题会更加严重。因此，需要可在经济上改善放大器的线性度(例如经由自举电路)但在接收输入信号的大的、快速的变化之后防止逆相的电路。
技术实现思路
在各种实施方案中，本专利技术涉及使用自举电路有效改善放大器线性度且利用前馈电路使放大器不具有逆相状况的系统和方法，所述前馈电路在输入信号的大变化期间(即，比运算范围更大)响应快速(即，比放大器的转换速率更快，诸如比所述放大器的转换速率快两倍至十倍)而加快自举电路且/或防止饱和。所述前馈电路可包括两个电容器：第一电容器，其连接在输入信号与自举电路的内部节点之间；和第二电容器，其连接在输入信号与设置偏置所述自举电路的电压的电流源之间。在输入信号出现快速变化时，前馈电路的第一电容器立即将输入电流注入集电极驱动电路的基极，同时第二电容器在较大瞬变期间使自举电路的电压电平位移器的偏置电流升高。在一些实施方案中，前馈电路包括多个二极管，所述二极管与第一电容器协作以维持输入级晶体管的基极-集电极电压并防止集电极驱动电路晶体管的击穿状况。前馈电路防止输入晶体管进入饱和模式，从而防止放大器的逆相状况。另外，前馈电路可减少放大器输出电压的过冲或下冲。因此，一方面，本专利技术涉及一种放大器。在各种实施方案中，放大器包括：用于改善放大器的线性度的自举电路；和用于响应输入信号的变化调整自举电路的电压的前馈电路。电压的调整防止放大器的逆相状况。前馈电路可包括连接在输入信号与放大器的输入晶体管的集电极驱动电路之间的第一电容器。另外，放大器可包括含有多个晶体管的输入放大器级，且所述前馈电路可包括多个二极管；每个二极管与输入放大器级的多个晶体管中的一个关联。当输入信号的变化在0V与多个二极管中的一个的正向偏压之间时，第一电容器可正向馈送输入信号。前馈电路可包括连接在输入信号与偏置自举电路的电流源之间的第二电容器。当输入信号的变化在1V与10V之间时，第二电容器可正向馈送输入信号。在各种实施方案中，放大器还包括用于放大输入信号并提供中间信号的第一放大器级，和用于放大中间信号并提供放大输出信号的第二放大器级。第一放大器级和第二放大器级可包括不同放大器。自举电路可改善第一放大器级的线性度。在各种实施方案中，放大器是仪表放大器。自举电路可使放大器以比其转换速率更快的速度响应输入信号的变化。例如，变化速度可比转换速率快一倍、五倍或十倍。另一方面，一种放大器，其包括用于接收输入信号的输入放大器级，用于改善放大器的线性度的自举电路，以及用于响应输入信号的变化调整自举电路的电压以防止放大器的逆相状况的前馈电路。前馈电路可包括连接在输入信号与自举电路的输出节点之间的第一电容器，连接在输入信号与自举电路的内部节点之间的第二电容器，以及多个二极管，每个二极管与输入放大器级的晶体管关联。再一方面，一种防止放大器逆相状况的方法，其包括检测输入信号的变化和响应所述变化将前馈信号施加至自举电路中的节点。施加前馈信号可防止放大器的逆相状况。在一些实施方案中，将前馈信号施加至自举电路的节点包括调整自举电路的电压。如本文所用，术语“粗略”和“约”意指土10％(例如，在振幅上)，且在一些实施方案中意指土5％。在本说明书各处参考“一个实例”、“实例”、“一项实施方案”或“实施方案”意指在本技术的至少一个实例中包括结合实例所述的特定特征、结构或特性。因此，本说明书各处的各个地方中出现片语“一个实例”、“实例”、“一项实施方案”或“实施方案”无需全部参考相同实例。此外，在本技术的一个或多个实例中，可以任何适当方式组合特定特征、结构、例行程序、步骤或特性。本文提供的标题只是出于便利且无意限制或解释所主张技术的范围或意义。附图说明在图示中，相同参考符号在不同图的各处通常是指相同部分。另外，所述图示无需按比例绘制，而通常是代以强调说明本专利技术的原理。在以下描述中，参考以下图示描述本专利技术的各种实施方案，其中：图1A是现有仪表放大器的示意图；图1B是展现逆相的现有仪表放大器的输出信号的图形。图2是根据本专利技术的实施方案的自举电路和前馈电路的示意图。图3是描述利用根据本专利技术的实施方案的自举电路和前馈电路的放大器的减少的逆相、输出过冲以及输出下冲的电压电平的图形；和图4是并入根据本专利技术的实施方案的自举电路和前馈电路的仪表放大器的示意图。具体实施方式图1A说明了现有仪表放大器100，其包括两个级102、104：第一级102，其包括前置放大器106、108以提供差分输入信号+IN、-IN的差分放大；和第二级104，其包括差分放大器110以提供单端输出信号0UTPUT。差分放大器110移除前置放大器106、108的输出的一些或全部的共模电压，使得只有差模信号被第二级104输出。在本专利技术的一项实施方案中，前置放大器106、108是精确的电流反馈型放大器。因为输入晶体管112和114被偏置以固定电流，所以任何输入信号会迫使放大器116、118的输出电压相应地改变。施加至输入的差分信号跨电阻器RG的针脚120重复；通过RG的电流通过电阻器120、122，使得在节点1与节点2之间形成放大差分电压。来自放大器106、108的放大差分信号和共模信号接着被施加至第二级104中的差分放大器110。差分放大器110拒斥共模电压但保留放大差分电压。通常，仪表放大器100提供低输出误差(例如，小于0.01％)和低输出噪声(例如，小于60nV/√Hz)，但如上所述，仪表放大器易受逆相的影响，如图1B所示。响应输入电压的快速和/或大幅增加，输出电压150首先在第一区152中减小(即，在与输入变化方向相反的方向上移动)。这个区152对应于放大器100的逆相状况。约0.125μs之后，输出电压150改变方向并开始增加(即在与输入相同的方向上移动)。但是，输出电压150在过冲区156中使其上电平154过冲，且当输入信号降低时，输出电压在下冲区160使其下电平158下冲。图2说明了前置放大器电路200(例如，在功能上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大器，其包括：自举电路，其用于改善所述放大器的线性度；和前馈电路，其用于响应输入信号的变化调整所述自举电路的电压：其中所述电压的所述调整防止所述放大器的逆相状况。

【技术特征摘要】
2012.10.11 US 13/649,2641.一种放大器，其包括：自举电路，其用于改善所述放大器的线性度；和前馈电路，其用于响应输入信号的变化调整所述自举电路的电压，所述前馈电路包括电容器；其中所述电压的所述调整防止所述放大器的逆相状况。2.根据权利要求1所述的放大器，其中所述电容器连接在所述输入信号与所述放大器的输入晶体管的集电极驱动电路之间。3.根据权利要求2所述的放大器，其中所述放大器还包括输入放大器级，所述输入放大器级包括多个晶体管，且所述前馈电路还包括多个二极管，每个二极管与所述输入放大器级的所述多个晶体管中的一个关联。4.根据权利要求3所述的放大器，其中当所述输入信号的所述变化在0V与所述多个二极管中的一个的正向偏压之间时，所述电容器正向馈送所述输入信号。5.根据权利要求1所述的放大器，其中所述电容器连接在所述输入信号与偏置所述自举电路的电流源之间。6.根据权利要求5所述的放大器，其中当所述输入信号的所述变化在1V与10V之间时，所述电容器正向馈送所述输入信号。7.根据权利要求1所述的放大器，其还包括用于放大所述输入信号并提供中间信号的第一放大器级，和用于放大所述中间信号并提供放大输出信号的第二放大器级。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：M·格斯滕哈伯，D·F·鲍尔斯，O·B·奇尔考，C·C·特朗，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US