放大器系统中的电流限制技术方案

在所描述的示例中，放大器系统(10)包括被配置为响应于输入电压(VIN)传导增益电流的增益级(14)。系统(10)还包括耦合到增益级(14)并且被配置为作为拉电流流出和/或作为灌电流流入增益电流并且在电流限制条件期间限定增益电流的极限幅值的限流级(22)。系统(10)进一步包括耦合到增益级(14)并被配置为响应于增益电流通过输出节点(20)传导输出电流的输出级(18)，输出电流在电流限制条件期间具有与极限幅值成比例的最大幅值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体涉及电子电路系统，且更具体地涉及放大器系统中的限流。
技术介绍
放大器系统能够实现用于各种电子电路应用，以在生成输出信号上增加输入信号的幅值。例如，电流放大器能够生成其幅值大于相应输入电流幅值的输出电流。类似地，电压放大器能够生成其幅值大于相应输入电压的幅值的输出电压。放大器系统的一个示例应用是用于机械部件(诸如硬盘驱动器(HDD)中的双级致动器)的运动的伺服控制。例如，输入信号能够被提供用于磁头的定位控制以读取和写入数据，因此放大器能够提供输出信号以移动磁头。
技术实现思路
在所描述的示例中，一种放大器系统包括被配置为响应于输入电压传导增益电流的增益级。该系统还包括限流级，其耦合到增益级并且被配置为作为拉电流流出(source)和/或作为灌电流流入(sink)增益电流并且在电流限制条件期间限定增益电流的极限幅值。该系统进一步包括耦合到增益级并被配置为响应于增益电流通过输出节点传导输出电流的输出级，输出电流在电流限制条件期间具有与极限幅值成比例的最大幅值。在另一实施例中，一种增益级包括多个晶体管，其被配置为响应于输入电压传导灌电流和拉电流中的至少一个。该系统还包括至少一个限流级，其包括被配置为提供灌电流和拉电流中的至少一个的电流镜，并且在电流限制条件期间限定灌电流和拉电流中的至少一个的极限幅值。该系统进一步包括输出级，其耦合到增益级并且被配置为响应于灌电流和拉电流中的至少一个通过输出节点传导输出电流以在输出节点处提供输出电压，输出电流在电流限制条件期间具有与极限幅值成比例的最大幅值。另一个实施例包括一种硬盘驱动器(HDD)系统。该系统包括被配置为存储数据的磁盘和被配置为控制磁盘的旋转的主轴电机。该系统还包括被配置为向磁盘写入数据和从磁盘读取数据的磁头。该系统进一步包括双级致动器，其被配置为响应于由放大器系统生成的输出电压与音圈电机协作以相对于磁盘定位磁头。放大器系统包括被配置为响应于输入电压传导增益电流的增益级。放大器系统还包括耦合到增益级的限流级，并且其被配置为作为拉电流流出和/或作为灌电流流入增益电流并且在电流限制条件期间限定增益电流的极限幅值。放大器系统进一步包括输出级，其耦合到增益级并且被配置为响应于增益电流通过输出节点传导输出电流以在输出节点处提供输出电压，输出电流在电流限制条件期间具有与极限幅值成比例的最大幅值。附图说明图1示出了一种放大器系统的示例。图2示出了一种放大器电路的示例。图3示出了一种硬盘驱动器(HDD)系统的示例。具体实施方式在一个示例中，放大器系统能够是经配置以生成是输入电压的放大版本的输出电压的电压放大器。例如，输入电压能够是经由反馈提供的差分电压。放大器系统能够包括增益级、限流级和输出级。增益级能够被配置为基于输入电压传导增益电流，诸如灌电流或拉电流。例如，输入电压能够激活增益级中的一个或更多个晶体管以传导增益电流。输出级耦合到增益级，并且被配置为生成基于增益电流的输出电流，并且基于输出电流提供输出电压。限流级能够被配置为限定与电流限制条件相关联的增益电流的极限幅值，其中电流限制条件对应于与输出电流相关联的电流幅值极限。例如，限流级能够包括被配置为基于构成差分输入电压的两个电压之间的差作为灌电流流入增益电流和/或作为拉电流流出增益电流的限流级。例如，增益级能够包括在电流限制条件期间互斥地被激活以分别传导作为灌电流流入的增益电流或作为拉电流流出的增益电流的交叉耦合晶体管组。限流级被配置为生成增益电流(例如，灌电流和/或拉电流)，并且能够经由电流镜限定与增益电流相关联的极限幅值，以便输出电流具有与增益电流的限定极限成比例的幅值极限。图1阐明了放大器系统10的示例。放大器系统10能够对应于电压放大器，诸如能够被实现为提供相对于输入电压VIN具有增加的幅值的输出电压VOUT。例如，放大器系统10能够在各种电子应用中实现，诸如用于硬盘驱动器(HDD)系统中的双级致动器驱动器。放大器系统10包括参考级12，其被配置为基于图1中所示的高电压轨和低电压轨(如在图1中分别示为电压VDD和接地)设置至少一个预定的参考电压。例如，电压VDD能够是大约5伏特。放大器系统10还包括至少一个增益级14，该增益级14包括多个晶体管16。(一个或更多个)增益级14被配置为传导基于输入电压VIN生成的增益电流。例如，晶体管16能够基于输入电压和(一个或更多个)参考电压被激活以传导增益电流。此外，例如，晶体管16能够包括作为(一个或更多个)增益级14的第一增益级的部分的两对交叉耦合晶体管，其中：每对的第一晶体管由一个或更多个参考电压中的一个控制；并且每对的第二晶体管基于输入电压VIN被控制。例如，输入电压VIN能够是具有经由反馈提供的第一电压和第二电压的差分输入电压VIN。(一个或更多个)增益级14的第一增益级能够被配置为基于输入电压VIN传导增益电流作为以灌电流流入的增益电流或作为以拉电流流出的增益电流。例如，(一个或更多个)增益级14的第一增益级能够基于输入电压VIN的差分电压之间的正差值提供增益电流作为以拉电流流出的增益电流，或者基于输入电压VIN的差分电压之间的负差值提供增益电流作为以灌电流流入的增益电流。此外，例如，(一个或更多个)增益级14的第一增益级能够被配置为响应于超过预定阈值的差分输入电压VIN的第一电压和第二电压之间的差互斥地激活晶体管16的给定的一对交叉耦合晶体管。放大器系统10还包括输出级18，其经配置以基于增益电流生成输出电流。例如，输出级18能够耦合到包括至少一个电流镜的(一个或更多个)增益级14的第二增益级，该电流镜能够被配置为传导来自晶体管16中的每对交叉耦合晶体管中的第一晶体管的增益电流，以便镜像增益电流能够控制输出级18中的至少一个晶体管。输出级18能够包括由镜像增益电流控制的晶体管的源极跟随器布置，以便晶体管的源极跟随器布置能够被配置为通过输出节点20传导输出电流(诸如分别由电压VP作为拉电流流出或作为灌电流流入到电压VN)，以提供对应于输入电压VIN的增加的幅度(magnitude)的输出电压VOUT。例如，电压VP能够具有大于电压VDD的幅值的幅值，诸如大约17.5V。例如，输出电流能够基于(一个或更多个)增益级14中的晶体管和输出级18中的晶体管的源极跟随器布置之间的晶体管的各自栅极宽度与增益电流成比例。另外，在输出级18中的晶体管的源极跟随器布置能够提供相对于输出节点20的低输出阻抗，诸如在某些电压放大器应用中可能需要的。在图1的示例中，放大器系统10进一步包括至少一个限流级22，其被配置为在电流限制条件期间限制输出电流幅值，以大幅度防止对放大器系统10或相关联的电子器件的损害。在电流限制条件中，诸如响应于从输出节点20到低电压轨(例如，接地)的短路或非常低的电阻电流路径，输出电流以最大幅值经由输出节点20从放大器系统10流出，或经由输出节点20、经由输出级18流入放大器系统10。(一个或更多个)限流级22能够包括电流镜，该电流镜被配置为提供(一个或更多个)增益级14传导的增益电流，并且限定增益电流的幅值极限，其由此能够基于输出电流关于增益电流的比例性限制输出电流的幅值。例如，(一个或更多个)限流级22能够包括分别被配置为经由(一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大器系统，包括：增益级，其被配置为响应于输入电压传导增益电流；限流级，其耦合到所述增益级并且被配置为作为拉电流流出和/或作为灌电流流入所述增益电流并且在电流限制条件期间限定所述增益电流的极限幅值；以及输出级，其耦合到所述增益级，并且被配置为响应于所述增益电流通过输出节点传导输出电流，所述输出电流在所述电流限制条件期间具有与所述极限幅值成比例的最大幅值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.01 US 14/267,5151.一种放大器系统，包括：增益级，其被配置为响应于输入电压传导增益电流；限流级，其耦合到所述增益级并且被配置为作为拉电流流出和/或作为灌电流流入所述增益电流并且在电流限制条件期间限定所述增益电流的极限幅值；以及输出级，其耦合到所述增益级，并且被配置为响应于所述增益电流通过输出节点传导输出电流，所述输出电流在所述电流限制条件期间具有与所述极限幅值成比例的最大幅值。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入电压是包括第一输入电压和第二输入电压的差分输入电压，其中所述限流级包括：第一限流级，其被配置为基于所述第一输入电压和第二输入电压之间的正差值作为灌电流流入通过所述增益级的增益电流；以及第二限流级，其被配置为基于所述第一输入电压和所述第二输入电压之间的负差值作为拉电流流出通过所述增益级的增益电流。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述输出级包括晶体管的源极跟随器布置，以便所述输出级在电流限制条件期间作为拉电流流出和/或作为灌电流流入从所述输出节点提供或被提供到所述输出节点的输出电流。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述限流级包括被布置为电流镜和电流源的第一晶体管和第二晶体管，其中从所述电流源提供预定电流通过所述第一晶体管，以及其中所述第二晶体管被配置为基于通过所述第一晶体管的预定电流作为拉电流流出和/或作为灌电流流入所述增益电流。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述增益级包括被配置为交叉耦合晶体管布置的多个晶体管，所述晶体管被配置为在作为灌电流流入电流限制条件期间作为灌电流流入通过所述交叉耦合晶体管布置的第一对晶体管的所述增益电流，并且在作为拉电流流出电流限制条件期间作为拉电流流出通过交叉耦合的晶体管布置的第二对晶体管的所述增益电流。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一对晶体管的第一晶体管和所述第二对晶体管的第一晶体管由各自的预定参考电压控制，并且其中所述第一对晶体管的第二晶体管和所述第二对晶体管的第二晶体管由所述输入电压控制。7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括耦合到所述第一对晶体管的所述第一晶体管和所述第二对晶体管的所述第一晶体管作为各自的电流镜的参考级，所述参考级被配置为基于参考电流设置所述预定参考电压的幅度。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述输入电压是包括第一输入电压和第二输入电压的差分电压，所述系统进一步包括：第一控制节点，其与所述第一输入电压相关联并且耦合到经由所述预定参考电压的第二预定参考电压控制的第一参考晶体管的源极；以及第二控制节点，其与所述第二输入电压相关联并且耦合到经由所述预定参考电压的所述第二预定参考电压控制的第二参考晶体管的源极；其中响应于所述第一输入电压经由所述第一参考晶体管的激活控制所述第一对晶体管的所述第二晶体管，并且响应于所述第二输入电压经由所述第二参考晶体管的激活控制所述第二对晶体管的所述第二晶体管。9.根据权利要求5所述的系统，其中所述增益级是第一增益级，所述系统进一步具有包括第一增益级电流镜和第二增益级电流镜的第二增益级，其中所述第一对晶体管的所述第一晶体管耦合到所述第一增益级电流镜，并且所述第二对晶体管的所述第一晶体管耦合到所述第二增益级电流镜，其中所述输出级耦合到所述第一增益级电流镜和所述第二增益级电流镜，以便所述增益电流经由所述各自的第一增益级电流镜和第二增益级电流镜控制所述输出电流的幅度。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述输出级包括第一输出晶体管、第二输出晶体管、输出控制晶体管以及二极管，其中所述第一输出晶体管和所述输出控制晶体管布置在源极跟随器配置中，其中所述第一输出晶体管和所述输出控制晶体管被配置为响应于所述拉电流限制条件传导所述输出电流从所述输出节点流动，并且其中所述第二输出晶体管和所述二极管被配置为响应于所述灌电流限制条件传导从所述输出节点提供的所述输出电流。11.一种硬盘驱动器系统即HDD系统，包括：放大器系统，包括：增益级，其被配置为响应于输入电压传导增益电流；限流级，其耦合到所述增益级并且被配置为作为拉电流流出和/或作为灌电流流入所述增益电流并且在电流限制条件期间限定所述增益电流的极限幅值；以及输出级，其耦合到所述增益级，并且被配置为响应于所述增益电流通过输出节点传导输...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·大谷，K·凯，
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