用于交流信号放大器的高阻抗偏置电路制造技术

如从电容耦合的输入信号Ｖ↓［ＩＮ］中所见，本发明专利技术揭示了一种仅使用有源器件来模拟高阻抗节点的集成的恒定偏压发生器。一个参考电流源（５６）和一个有源非线性器件（５１），如ＭＯＳ晶体管（９１）在Ｖｃｃ和地之间与非线性器件（５１）的漏极Ｘ，即恒定偏置电压输出Ｖ↓［ＢＩＡＳ］串联耦合。与所述漏极Ｘ电容耦合的输入信号Ｖ↓［ＩＮ］引入由一个电流监测装置（５８）监测的误差电流Δｉ。对电流监测装置（５８）作出响应的一个反馈装置（５７）调制非线性器件（５１）的控制输入Ｚ，以选择一条Ｉ↓［ＸＹ］与Ｖ↓［ＸＺ］关系的电流－电压特性曲线。该曲线不顾由误差电流Δｉ引起的Ｉ↓［ＸＹ］中的变化，在其电流电平处维持非线性器件（５１）的Ｖ↓［ＸＺ］电压。反馈装置（５７）也对Ｖｃｃ中的电压波动作出补偿。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

High impedance bias circuit for AC signal amplifier

If the input signal from the capacitive coupling V down IN seen in disclosed only to simulate high impedance nodes using active devices integrated constant bias voltage generator. A reference current source (56) and an active nonlinear device (51), such as the MOS transistor (91) between Vcc and with a nonlinear device (51) drain X, namely a constant bias voltage output V: BIAS series coupling. And the drain X capacitive coupling input signal of V: IN is introduced by a current monitoring device (58) error current delta I monitoring. The current monitoring device (58) a feedback device (57) in response to the modulated nonlinear device (51) of the control input Z to select a I: XY and V: XZ the relationship between current voltage characteristic curve. The changes caused by the error curve regardless of current delta I I down XY in the maintenance of nonlinear devices in its current level at (51) V: XZ voltage. The feedback device (57) compensates for voltage fluctuations in the Vcc.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用有源器件来产生一个高阻抗节点的集成电路，特别涉及在偏置电压产生电路上的高阻抗节点的应用。
技术介绍
电压放大器有许多种类型，但都享有相同的特征和相同的限制。用作说明的目的，附图说明图1示出了基本放大器11的内部结构。典型的放大器11在输入节点15有输入信号Vin，在输出节点17有输出信号Vout。Vout是放大器11的内部结构所确定的VIN的一个函数。在本例在中，输入信号Vin在内部与一个nmos晶体管13的控制栅极耦合。nmos晶体管13耦合于恒流源21和地之间，它的漏极18连接到电流源21的输出和输出节点17。当Vin改变时，源极19到漏极18的电压降通过对Vin的相位改变180°和具有由晶体管13的构造特性和放大器11的负载线所确定的一个幅度增益作出响应。放大器11的负载线由漏极处18的负载和VCC电压值来确定，后者典型的为3V到5V。通常的控制不超出电源Vcc的变化，在制造完成之后，通常也不能改变晶体管13的构造特性。如图所示，耦合到漏极18的唯一负载是电流源21。因此，能够为电流源21选择和维护一个准确的电流值是一个为放大器11维持一个稳定、预定的增益的重要标准。图2示出配置一个典型的电流源的放大器11。在图2中，电流源包括pmos晶体管23，其源极25与Vcc耦合，其漏极27与晶体管13的漏极18耦合，其栅极26与参考电压VREF耦合。由于结构和布置的限制，输入信号YIN通常也经由一个内部耦合电容器29与参考信号VREF耦合。如以下所述，这会降低放大器11的性能。参照图3，增强型晶体管，例如pmos晶体管23的特征在于源-漏极电流IDS与电压VDS的关系曲线，一般它具有和nmos晶体管的曲线相反的极性。为了清楚起见，所有IDS、VDS和VGS都是仅指它们的幅值而言，并非指它们的极性，从而，以下论述可同等适用于pmos器件和nmos器件。在一个给定源-栅极电压上，在饱和区域内，源-漏极电流IDS中的变化Δi与源-漏极电压VDS中的变化Δv比较而言，显得相对小些。这种IDS对VGS的特性将被视作其它应用中的一个开关晶体管的晶体管动作。由于IDS电流在一个大VDS范围内保持相对稳定，在饱和区域内运作的增强型MOS晶体管在本领域被公认为良好的电流源。MOS晶体管的饱和方式以及饱和电流由VGS选择，VGS发生变化，晶体管23的饱和电流也将改变，晶体管23甚至会失去饱和。因为图2中的放大器11的增益依靠来自晶体管23的稳定饱和电流，所以，由恒压源提供参考电压VREF，即图3中的VGS是很重要的。参照图4，一个良好的恒压源，例如电池，在大电流范围Δi中经历了小的电压波动Δv。如以上图3中所述，饱和区域中的开关MOS器件的晶体管作用具有与小电流变化Δi上的大的电压波动Δv相反的性能。因此，MOS晶体管的这种晶体管作用传统上一直不适合用来产生一个恒压源。可是，集成电路中不可能有电池。所以，在构制一个集成电路中的恒压源时，局限于晶体管、电阻器和其它一些可集成器件。为了避免上述晶体管作用的一些缺点，通常把晶体管连接作为二极管。参照图5，示出恒压源的一个典型的IC现有技术电路。晶体管24作为二极管，其栅极22与其漏极28耦合，因此，它的VGS与它的VDS相等。作二极管相连的晶体管24与电流漏极35串联耦合在Vcc和地之间。参考电压输出VREF在节点38上被分接，该节点把漏极28连接到电流漏极35。曲线图37中的线39说明作二极管相连的晶体管24的IDS与VGS之间的关系，如图所示，器件24跟随一条更象二极管的曲线；电流变化Δi造成电压变化Δv没有图3中的晶体管作用曲线所表示的那么剧烈。这样，作二极管相连的晶体管24的IDS电流与VDS电压之间的关系更为平缓。然而，作二极管相连的晶体管的应用仅提供了一部分解决方法。如曲线图37所示，虽然敏感度大大小于已往，但VDS对于IDS中的波动仍然十分敏感。减小VDS对于IDS变化的敏感度的一个普遍方法是，限制IDS电流波动Δi的量，从而限制VDS的波动Δv。电流波动Δi通常由输入信号VIN经由耦合电容器29引入。参照图6，向来通过在节点38与节点40之间放置一个大电阻器41来限制电流波动Δi，该电阻器41连接到输出信号VREF和耦合电容器29。电阻器41大的电阻减少了由VIN引入的电流量，从而减少了通过作二极管相连的晶体管24的电流波动Δi的量。为了使电阻器41能充分地减少VREF中波动，此电阻器必须很大，并且通常具备大兆欧值。集成电路中如此大的电阻器结构需要占据一个大区域。而且，IC中的大电阻器常被各种问题所困扰，包括漏电流以及其内在电容分配问题。这两种问题都会造成额外的电流波动，它降低了电阻器的效力。此外，图6的电路并非解决因Vcc电源波动而引起的VREE电压变化。已作了减少对IC恒压源结构中大电阻器的依靠性的几次尝试。美国专利号为5,467,052的Tsukada揭示了一种产生与电力波动相抵抗的电路的参考电压。Tsukada揭示了第一条分路中的第一个电阻器和第二条分路中的第二个电阻器的应用，经过第二条分路的电流为两个电阻器之比以及所使用的一些晶体管的特性之比。因为电流取决于一个比率，所以可使用小一些的电阻器。同样，美国专利号为4,264,874的Young揭示了两个相互耦合的电流镜，在电流镜的一条分路与地之间连接电阻器。美国专利号为5,317,280的Zimmer et al.揭示了一种使用PFET和小一些的多路电阻器来制作高阻抗节点的方法。Zimmer等人披露了利用PFET和多个小电阻器形成高阻抗节点的方法。他们运用自举技术使偏置阻抗的电阻乘以两个小电阻器的比率。这些方法减小了所需电阻器的尺寸，但又不取消它们。可以通过只使用图5所示的作二极管相连的晶体管，不使用电阻器，就能够建立一个集成电压源。但是，如上所述，此种电路容易受误差电流和Vcc波动的引入的影响。本专利技术的一个目的是提供一个仅使用有源器件的恒压源，该恒压源不受此输入信号或Vcc波动引入的误差电流的影响。本专利技术的另一个目的是，提供一个不使用电阻器就可用于模拟一个高阻抗节点的电路。本专利技术的又一个目的是，提供一个对电源、温度和输入信号变化不敏感，具有一个不需要电阻器的高阻抗节点并适合于IC电路的恒压源。专利技术概述本专利技术的各种目的在一种电路中得以实现，该电路模拟一个高阻抗节点，以在一变化误差电流上维持一个恒定电压输出。使用具有饱和区域的有源非线性器件(例如BJT、JFET或MOS晶体管)来模拟该高阻抗节点，使用一个恒流源，通过该非线性器件来产生一个稳态的电流IXY*，从而经过这非线性器件建立一个静止的电压降VXY*。更好的是，由恒流源产生的IXY*电流足以把有源非线性器件安放在其操作饱和区域。有源非线性器件的特征在于，IXY与VXY曲线族为一给定控制输入描述了通过它的电流与其两端电压之间的关系。也就是说，可采用非线性器件的控制输入来选择任何操作特性曲线。操作中，因通过非线性器件的误差电流而产生的非线性器件两端的电压波动由一个特性曲线选择器电路监测。当VXY电压开始因误差电流的引入而发生变化时，特性曲线选择器电路向非线性器件的控制输入发送一个补偿信号。该补偿信号为非线性器件选择一条新特性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒压源，具有一个输出电压节点，并进一步包括：第一电力干线和第二电力干线；建立参考电流的器件；具有第一节点、第二节点和控制输入的一个有源非线性器件，所述有源非线性器件的特征在于一族电流与电压（Ｉ－Ｖ）的关系曲线，而每条所述Ｉ－Ｖ曲线把通过所述第一和第二节点的器件电流与所述第一和第二节点两端的器件电压联系起来，所述控制输入选择所述Ｉ－Ｖ曲线中的一条；用于建立参考电流的所述装置，所述有源非线性器件串联耦合在所述第一和第二电力干线之间，由此根据所述参考电流和第一条Ｉ－Ｖ曲线，在所述第一和第二个节点两端，产生一个预定电压，所述第一个节点即所述输出电压节点；电流监测装置，用于检测通过所述第一和第二个节点的偏差电流，所述偏差电流包括所述参考电流和误差电流的总和；反馈装置对所述电流监测装置作出响应，并与所述控制输入相耦合，所述反馈装置根据第二条Ｉ－Ｖ曲线，调制所述控制输入，以操作所述有源非线性器件，所述偏差电流对应于经由所述第二条Ｉ－Ｖ曲线的所述预定电压，由此，在所述预定电压处建立一条实际上垂直的负载线。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CM斯坦查克，
申请(专利权)人：爱特梅尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]