高功率效率的跨导放大器设备和系统技术方案

一种动态电流源(200)，其具有被设置为长尾对以接受差分输入信号(140，142)的正侧(205，217)和负侧(208，218)差分输入跨导装置。正侧相位相关电流源(200)通信地耦合到正侧差分输入跨导装置(205)的输出端(263)，以在差分输入信号不再触发动态电流源的正侧时的相位时间段期间提供用于正侧输出信号恢复的电流。负侧相位相关电流源(200)通信地耦合到负侧差分输入跨导装置(208)的输出端(272)，以在差分输入信号不再触发动态电流源的负侧时的相位时间段期间提供用于负侧输出信号恢复的电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率效率的跨导放大器设备和系统
本专利技术描述的实施例涉及与电子电路相关联的设备和方法，包括与动态电流源相关联的结构和方法。
技术介绍
线性放大器用于各种应用中，包括，例如，音频、视频和电源。放大器输入信号和相应的输出信号之间的线性特性使得放大器输入端呈现的模拟信息能够可靠再现。与线性特性和放大器质量相关联的关键指标是转换速率，其通常以伏特每秒(毫伏每微秒等)表示。转换速率是放大器内特定点处的信息信号变化的最大速率的量度。低转换速率会导致失真的输出，因为信息信号的快速变化部分相对于信号的其他部分在时间上被延迟。放大器转换速率可能是尤为重要的其中一种应用是开关型DC-DC电压转换器的输出电压的调节。开关型DC降压型转换器(在本领域中被称为“降压”转换器)交替建立并且中断转换器DC电源输入端和能量转换电感器之间的电路路径。在接通(ON)状态期间，随着电流流过电感器，电感器以磁场存储能量。在断开(OFF)状态期间，衰减的磁场在转换器输出端产生电流。从而电感器整合开关波形，产生与活动状态(activestate)开关波形的占空比成比例的输出电压波形。滤波器电容器通常用于平滑转换器输出端的电压波形。为了在负载电流需求变化时将DC-DC转换器的输出端保持在电压设定点，输出电压电平可以被监控并被反馈到控制开关占空比的电路。DC-DC转换器反馈电路的转换速率在要求严格电压调节的应用中会尤其重要。例如，现代处理器通常采用数以亿计的晶体管。每个晶体管的接通/断开状态有助于提供给DC电源的整体瞬时电流负载。瞬时电流负载可以是相当高的，并且可以在几微秒内发生大幅改变。并且，与现今的微处理器技术相关联的低压工作给DC电源调节要求提出了额外挑战，鉴于小的电源电压变化可以表示处理器的工作电压裕量的较大百分比。与控制DC-DC转换器中的反馈回路的输出电压相关联的组件的转换速率可以限制该转换器的调节精度。施加到误差放大器的差分输入端的信号通常包括参考电压和变换器输出端的电压划分样本。反馈误差信号出现在误差放大器的输出端。一些误差放大器使用“动态偏置”电流电路并提供可变电流源形式的误差信号。输出电流源的幅值与参考电压和出现在误差放大器差分输入端的转换器输出样本电压之间的差的幅值成比例。
技术实现思路
本专利技术的实施例和方法用作以AB类模式工作的二级压控电流源(即，动态电流源)。差分输入信号被施加在跨导装置的第一级对的输入端。如果差分输入信号为正，则输入信号的第二阶复本在第一级跨导装置的其中一个的输出端产生，并且如果差分输入信号为负，则在另一个第一级跨导装置的输出端产生。第二阶信号呈现在相应的第二级跨导装置的输入端。第二阶输入信号在第二级跨导装置的输出端处成比例地复制，作为电流源。本文的实施例利用相位延迟的电流注入电路在AB类动态电流源的活动侧变为不活动(inactive)之后，立刻对与该侧相关的级间寄生电容快速重新充电。这样做快速耗散另外缓慢衰减的残留驱动信号。没有电流注入的情况下，残留驱动信号会在电流源的相关侧变为不活动之后，导致输出级继续导电。这种行为增加了电流消耗，并且会导致输出级的损坏性工作，尤其是在更高频率上的工作期间。如本文所用的，术语“跨导装置”是指用在电子电路中的装置，其用于控制作为到装置的电压输入的函数的电流。因此，跨导装置可以包括半导体装置，例如，具有栅极、源极和漏极终端的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及具有基极、集电极和发射极终端的双极结型晶体管。跨导装置也可以体现在真空管装置、有机晶体管以及其他技术中。本文结合跨导装置使用的术语“电流沟道”是指通过该装置沿着由该装置控制的电流沿其流过的路径(例如，MOSFET的源极和漏极之间的路径、双极结型晶体管的集电极和发射极之间的路径等)。术语“沟道耦合”是指与跨导装置相关联的电流沟道耦合到其他装置。术语“输入元件”是指MOSFET栅极、双极结型晶体管的基极、真空管栅极等。附图说明图1示出根据各种示例性实施例的作为差分输入线性放大器的动态偏置源的二级压控电流源的示例性应用。图2是根据各种示例性实施例的二级动态电流源的原理图。图3是示出与由图2的动态电流源供应的电流相关联的频率相关性的曲线图。图4是根据各种示例性实施例的包括减轻与级间寄生电容相关联的频率相关性的电路的二级动态电流源的示意图。图5是根据各种示例性实施例的包括减轻与级间寄生电容相关联的频率相关性的电路的二级动态电流源的示意图。图6是根据各种示例性实施例的包括动态电流源605的功率控制系统600的示意图。图7是根据各种示例性实施例的减轻二级动态电流源中的级间寄生电容的各种方法的相对有效性的一系列曲线图。具体实施例图1示出根据各种示例性实施例的作为差分输入线性放大器100的动态偏置源的二级压控电流源135的示例性应用。在这些公开的上下文中，术语“线性放大器”包括运算放大器(“运放”)，例如，用作各种电路中的反馈机制的组件的运放。差分信号可被施加到分别对应MOSFET110和115的正输入端104和负输入端106两端。输入信号的线性放大的副本出现在线性放大器100的单端输出端120处。然而，在没有更多的情况下，输出端120的转换速率可能会由于与补偿电容器125相关联的负载效应而受损害。更重要的一点是，输出电路需要电流源给补偿电容器125充电；并且放大器的转换速率是补偿电容器125能够有多快地可被充电的函数。动态电流源135根据需要提供电流以对补偿电容器125充电，如下所述。差分输入信号在差分输入端140和142的动态电流源135处被接收。输出电流145由一系列电流镜通过放大器传输并被引导以根据差分输入信号的极性对补偿电容器125充电或放电。如下进一步描述的，电流源150是分配到动态电流源135内的各个节点的根电流源(rootcurrentsource)。图2是根据各种示例性实施例的二级动态电流源200的示意图。动态电流源200包括第一放大级215，其包括设置为长尾对的跨导装置205和208。包括被设置为长尾对的跨导装置217和218的第二放大级220通信地耦合到第一放大级215。如本文所用的，术语“长尾对”是指被设置具有公共电流沟道节点并以AB类模式工作的跨导装置对。差分输入电压被提供给差分输入终端140和142处的电流源200。如果输入电压相对于公共节点219为正，则输入电压使跨导装置205和217导电。通过跨导装置205和217的放大路径在此处被称为电流源200的“正侧”。如果输入电压相对于跨导装置205和208的公共节点为负，则输入电压使跨导装置208和218导电。通过跨导装置208和218的放大路径在此处被称为电流源200的“负侧”。因此，第二级跨导装置217和218供应来自动态电流源200的与差分输入信号成比例的电流。这些公开中想到了各种偏置设置。在一些实施例中，例如，动态电流源200包括通信地耦合到差分输入跨导装置205和208的主电流镜264。主电流镜264耦合到根电流源150并提供偏置电流到第一级差分输入跨导装置205和208。电路222和235提供偏置到第二级220。在一些实施例中，偏置配置和其他因素可以使级间寄生电容260和270分别存在于级间节点263和272处。级间寄生电容可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态电流源，其包括：正侧和负侧差分输入跨导装置，其被设置为长尾对以接受差分输入信号；正侧相位相关电流源，其通信地耦合到所述正侧差分输入跨导装置的输出端，以在所述差分输入信号不再触发所述动态电流源的所述正侧时的相位时间段期间提供用于正侧输出信号恢复的电流；和负侧相位相关电流源，其通信地耦合到所述负侧差分输入跨导装置的输出端，以在所述差分输入信号不再触发所述动态电流源的所述负侧时的相位时间段期间提供用于负侧输出信号恢复的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.24 US 13/357,2031.一种动态电流源，其包括：正侧和负侧差分输入跨导装置，其被设置为长尾对以接受差分输入信号；正侧相位相关电流源，其通信地耦合到所述正侧差分输入跨导装置的输出端，以在所述差分输入信号不再触发所述动态电流源的所述正侧时的相位时间段期间提供用于正侧输出信号恢复的电流；负侧相位相关电流源，其通信地耦合到所述负侧差分输入跨导装置的输出端，以在所述差分输入信号不再触发所述动态电流源的所述负侧时的相位时间段期间提供用于负侧输出信号恢复的电流；主电流镜，其通信地耦合到所述差分输入跨导装置对，以提供偏置电流到所述差分输入跨导装置对；和主电流源，其耦合到所述主电流镜，以提供根电流到所述主电流镜。2.根据权利要求1所述的动态电流源，所述正侧相位相关电流源和所述负侧相位相关电流源的每个被配置为电流镜。3.根据权利要求2所述的动态电流源，其进一步包括：与所述正侧电流镜相关联的输出跨导装置，其沟道耦合到所述正侧差分输入跨导装置的所述输出端；和与所述负侧电流镜相关联的输出跨导装置，其沟道耦合到所述负侧差分输入跨导装置的所述输出端。4.根据权利要求2所述的动态电流源，其进一步包括：正侧恢复跨导装置，其通信地耦合到与所述正侧电流镜相关联的输入跨导装置，所述正侧恢复跨导装置的输入元件耦合到所述负侧差分输入跨导装置的输入元件；和负侧恢复跨导装置，其通信地耦合到与所述负侧电流镜相关联的输入跨导装置，所述负侧恢复跨导装置的输入元件耦合到所述正侧差分输入跨导装置的输入元件。5.根据权利要求4所述的动态电流源，其进一步包括：与所述正侧电流镜相关联的所述输入跨导装置的电流沟道，其与所述正侧恢复跨导装置的电流沟道串联耦合；和与所述负侧电流镜相关联的所述输入跨导装置的电流沟道，其与所述负侧恢复跨导装置的电流沟道串联耦合。6.根据权利要求5所述的动态电流源，与所述差分输入跨导装置相关联的电流沟道、与所述电流镜输入跨导装置相关联的电流沟道、与所述恢复跨导装置相关联的电流沟道中的至少一个被配置为金属氧化物半导体场效应晶体管源-漏沟道，即MOSFET源-漏沟道；并且，与所述差分输入跨导装置相关联的所述输入元件或与所述恢复跨导装置相关联的所述输入元件中的至少一个被配置为MOSFET栅极。7.根据权利要求1所述的动态电流源，其进一步包括：跨导装置输出对，其被设置为供应与所述差分输入信号成比例的电流的长尾对，所述跨导装置输出对的每一个的输入端通信地耦合到相应的差分输入跨导装置的输出端。8.一种动态电流源，其包括：正侧输出跨导装置和负侧输出跨导装置，所述输出跨导装置被设置为长尾对以供应与出现在所述动态电流源的差分输入端处的差分信号成比例的量的电流；正侧偏置电路，其耦合到与所述正侧输出跨导装置相关联的正侧输入节点，所述正侧偏置电路被配置以相位延迟出现在所述正侧输入节点处的正侧驱动信号并将与相位延迟的正侧驱动信号成比例的恢复电流注入到所述正侧输入节点中，以在所述差分输入信号不再触发所述动态电流源的正侧时迫使由所述正侧输入节点处的寄生电容保持的残留信号为静态；和负侧偏置电路，其耦合到与所述负侧输出跨导装置相关联的负侧输入节点，所述负侧偏置电路被配置以相位延迟出现在所述负侧输入节点处的负侧驱动信号并将与相位延迟的负侧驱动信号成比例的恢复电流注入到所述负侧输入节点中，以在所述差分输入信号不再触发所述动态电流源的负侧时迫使由所述负侧输入节点处的寄生电容保持的残留信号为静态；所述正侧偏置电路或所述负侧偏置电路中的至少一个进一步包括：第一偏置跨导装置，其沟道耦合在相应的输入节点和接地的负反馈电阻器之间，随着相应的输出跨导装置被驱动导电，通过所述第一偏置跨导装置以及通过所述反馈电阻器的电流减小，导致所述反馈电阻器两端的电压降下降；第二偏置跨导装置，其与接地的所述反馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·帕克斯特，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US