放大器制造技术

本公开的实施例涉及放大器。放大器包括放大器级、第一电流源晶体管和输出级。放大器级包括：差分晶体管对，接收输入电压；电流镜晶体管对；和共源共栅晶体管对，被耦合在第一节点和第二节点处的差分晶体管对与第三节点和第四节点处的电流镜晶体管对之间；差分晶体管对被耦合在共源共栅晶体管与尾部节点之间；尾部晶体管从尾部节点汲取第一偏置电流，第一偏置电流的幅度等于总偏置电流与小于一的常数的乘积。第一电流源晶体管从第一节点或第二节点汲取第二偏置电流，使得第二偏置电流旁路差分晶体管对中的一个晶体管。第二偏置电流的幅度等于总偏置电流与等于一减去常数的值的乘积。输出级被第三或第四节点偏置。本公开的放大器可以降低功耗。可以降低功耗。可以降低功耗。

【技术实现步骤摘要】
放大器


[0001]本公开涉及运算放大器领域，特别地，涉及具有跨导增强(boosted) 共源共栅(cascode)补偿的运算放大器设计。

技术介绍

[0002]在运算放大器的设计(诸如用作误差放大器)中，共源共栅(堆叠)晶体管用于增加增益并提供加强的高频电源抑制比。然而，这可能导致放大器的频率响应出现峰值，这会导致较高频率下的不稳定。因此，已知增加共源共栅的跨导来获得较高频率的稳定性。
[0003]在图1A中示出放大器20的这种设计。放大器20由差分输入级21和输出(或增益)级22组成。差分输入级21包括一对差分输入晶体管Tdi1和Tdi2，它们的控制端子分别接收参考电压Vref以及指示由输出级22产生的输出电流Iout的反馈电压Vfb。共源共栅晶体管 Tc1和Tc2堆叠在一对差分输入晶体管Tdi1和Tdi2与负载晶体管Tm1 和Tm2之间。注意，晶体管Tdi1和Tdi2彼此具有相同的尺寸，晶体管Tc1和Tc2彼此具有相同的尺寸，并且晶体管Tm1和Tm2彼此具有相同的尺寸。
[0004]由偏置电压Vb控制的尾部电流源晶体管Tt为差分输入级21提供偏置电流I；因此，注意，当Vref等于Vfb时，通过Tdi1和Tdi2 的电流将为I/2。输出级22根据负载晶体管Tm2的漏极电压为负载产生输出电流Iout。
[0005]在图1B中示出放大器20相对于增益的频率响应。可以观察到增益峰值。随着输出电流Iout的增加，增益峰值将恶化，可能导致高频不稳定。为了降低增益峰值，已知通过增加偏置电流I来增加共源共栅晶体管Tc1和Tc2的跨导。然而，这具有增加一对差分输入晶体管Tdi1和Tdi2的跨导并由此增加单位增益带宽的效果，实际上会降低稳定性。因此，该设计在一些情况下无效，因为独立于一对差分输入晶体管Tdi1和Tdi2来增加共源共栅晶体管Tc1和Tc2的跨导将是优选的。
[0006]在图1C中示出了独立于一对差分输入晶体管Tdi1和Tdi2来实现共源共栅晶体管Tc1和Tc2的跨导增加的放大器设计20
’
(注意，该设计的全部细节可以在出版物B.K.Ahuja的“An improvedfrequency compensation technique for CMOS operational amplifiers
”ꢀ
(IEEE Journal of Solid State Circuits，第18卷，第6期，第629-633 页，1983年12月)中找到，其通过引用并入于此)。这里，在差分输入级21和输出级22之间插入公共栅极级23。公共栅极级23由堆叠在晶体管Tcg1和晶体管Tcgt之间的共源共栅晶体管Tcg2组成。晶体管Tcg1和Tcg2分别由偏置电压Vbcg1和Vbcg2偏置，而晶体管Tcgt 由与尾部晶体管Tt相同的偏置电压Vb偏置。注意，因此，电流Icg 通过共源共栅晶体管Tcg2。由于在公共栅极级23中增加了电流Icg，这以附加功耗的代价增加了放大器20的跨导。
[0007]这种额外的功耗在一些应用中是不期望的。因此，需要进一步发展。

技术实现思路

[0008]为了全部或部分地解决现有技术中存在的问题，例如降低额外的功耗，本公开的
实施例提供了一种放大器。
[0009]在第一方面，提供了一种放大器，该放大器包括：放大器级，包括：差分晶体管对，接收第一电压和第二电压；电流镜晶体管对；和共源共栅晶体管对，被耦合在第一节点和第二节点处的差分晶体管对与第三节点和第四节点处的电流镜晶体管对之间；其中差分晶体管对被耦合在共源共栅晶体管对与尾部节点之间；尾部晶体管，从尾部节点汲取第一偏置电流，第一偏置电流具有的幅度等于总偏置电流与常数k的乘积，常数k小于一；第一电流源晶体管，从第一节点或第二节点汲取第二偏置电流，使得第二偏置电流旁路差分晶体管对中的一个晶体管，第二偏置电流具有的幅度等于总偏置电流与一个值的乘积，该一个值等于一减去k；以及输出级，被第三节点或第四节点偏置。
[0010]根据一个实施例，放大器还包括：第二电流源晶体管，与电流镜晶体管对中的一个晶体管并联耦合；以及补偿共源共栅晶体管，与共源共栅晶体管对中的一个晶体管并联耦合；其中第二电流源晶体管将第二偏置电流发出至补偿共源共栅晶体管，并且第一电流源晶体管从补偿共源共栅晶体管吸收第二偏置电流。
[0011]根据一个实施例，差分晶体管对包括：第一差分输入晶体管，被耦合在第一节点和尾部节点之间，并且接收第一电压；以及第二差分输入晶体管，被耦合在第二节点和尾部节点之间，并且接收第二电压；其中电流镜晶体管对包括被耦合在电源电压和第三节点之间的第一电流镜晶体管、以及被耦合在电源电压和第四节点之间的第二电流镜晶体管，第一电流镜晶体管和第二电流镜晶体管为电流镜关系；其中共源共栅晶体管对包括被耦合在第一节点和第三节点之间的第一共源共栅晶体管、以及被耦合在第二节点和第四节点之间的第二共源共栅晶体管。
[0012]根据一个实施例，放大器还包括：第二电流源晶体管，与第二电流镜晶体管并联耦合；以及补偿共源共栅晶体管，与第二共源共栅晶体管并联耦合；其中第二电流源晶体管将第二偏置电流发出至补偿共源共栅晶体管，并且第一电流源晶体管从补偿共源共栅晶体管吸收第二偏置电流。
[0013]根据一个实施例，对于等于k*given_size的第二电流镜晶体管的给定尺寸，第二电流源晶体管的尺寸为(1-k)*given_size；并且其中对于等于k*given_size的第二共源共栅晶体管的给定尺寸，补偿共源共栅晶体管的尺寸为2(1-k)*given_size。
[0014]根据一个实施例，第二电流镜晶体管大于第一电流镜晶体管；并且其中第二共源共栅晶体管大于第一共源共栅晶体管。
[0015]根据一个实施例，对于等于k*given_size的第一共源共栅晶体管的给定尺寸，第二共源共栅晶体管的尺寸等于(2-k)*given_size；并且其中对于等于k*given_size的第一电流镜晶体管的给定尺寸，第二电流镜晶体管的尺寸等于(2-k)*given_size。
[0016]根据一个实施例，放大器级为误差放大器级，其中第一电压为表示由输出级向负载递送的电流的反馈电压，并且其中第二电压为参考电压。
[0017]在第二方面，提供了一种放大器，该放大器包括：放大器级，包括：差分晶体管对，接收第一电压和第二电压；电流镜晶体管对；和共源共栅晶体管对，被耦合在差分晶体管对与电流镜晶体管对之间；共源共栅补偿级，包括：输出晶体管，被电流镜晶体管对偏置；和补偿共源共栅晶体管，被共源共栅晶体管对偏置；以及输出级，被耦合至共源共栅补偿级。
[0018]根据一个实施例，差分晶体管对包括第一差分输入晶体管和第二差分输入晶体
管；电流镜晶体管对包括第一电流镜晶体管和第二电流镜晶体管；以及共源共栅晶体管对包括第一共源共栅晶体管和第二共源共栅晶体管，第一共源共栅晶体管和第二共源共栅晶体管分别耦合在第一差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放大器，其特征在于，包括：放大器级，所述放大器级包括：差分晶体管对，接收第一电压和第二电压；电流镜晶体管对；和共源共栅晶体管对，被耦合在第一节点和第二节点处的所述差分晶体管对与第三节点和第四节点处的所述电流镜晶体管对之间；其中所述差分晶体管对被耦合在所述共源共栅晶体管对与尾部节点之间；尾部晶体管，从所述尾部节点汲取第一偏置电流，所述第一偏置电流具有的幅度等于总偏置电流与常数k的乘积，所述常数k小于一；第一电流源晶体管，从所述第一节点或所述第二节点汲取第二偏置电流，使得所述第二偏置电流旁路所述差分晶体管对中的一个晶体管，所述第二偏置电流具有的幅度等于所述总偏置电流与一个值的乘积，所述一个值等于一减去k；以及输出级，被所述第三节点或所述第四节点偏置。2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，还包括：第二电流源晶体管，与所述电流镜晶体管对中的一个晶体管并联耦合；以及补偿共源共栅晶体管，与所述共源共栅晶体管对中的一个晶体管并联耦合；其中所述第二电流源晶体管将所述第二偏置电流发出至所述补偿共源共栅晶体管，并且所述第一电流源晶体管从所述补偿共源共栅晶体管吸收所述第二偏置电流。3.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述差分晶体管对包括：第一差分输入晶体管，被耦合在所述第一节点和所述尾部节点之间，并且接收所述第一电压；以及第二差分输入晶体管，被耦合在所述第二节点和所述尾部节点之间，并且接收所述第二电压；其中所述电流镜晶体管对包括被耦合在电源电压和所述第三节点之间的第一电流镜晶体管、以及被耦合在所述电源电压和所述第四节点之间的第二电流镜晶体管，所述第一电流镜晶体管和所述第二电流镜晶体管为电流镜关系；其中所述共源共栅晶体管对包括被耦合在所述第一节点和所述第三节点之间的第一共源共栅晶体管、以及被耦合在所述第二节点和所述第四节点之间的第二共源共栅晶体管。4.根据权利要求3所述的放大器，其特征在于，还包括：第二电流源晶体管，与所述第二电流镜晶体管并联耦合；以及补偿共源共栅晶体管，与所述第二共源共栅晶体管并联耦合；其中所述第二电流源晶体管将所述第二偏置电流发出至所述补偿共源共栅晶体管，并且所述第一电流源晶体管从所述补偿共源共栅晶体管吸收所述第二偏置电流。5.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，对于等于k*given_size的所述第二电流镜晶体管的给定尺寸，所述第二电流源晶体管的尺寸为(1-k)*given_size；并且其中对于等于k*given_size的所述第二共源共栅晶体管的给定尺寸，所述补偿共源共栅晶体管的尺寸为2(1-k)*given_size。6.根据权利要求3所述的放大器，其特征在于，所述第二电流镜晶体管大于所述第一电流镜晶体管；并且其中所述第二共源共栅晶体管大于所述第一共源共栅晶体管。7.根据权利要求6所述的放大器，其特征在于，对于等于k*given_size的所述第一共源共栅晶体管的给定尺寸，所述第二共源共栅晶体管的尺寸等于(2-k)*given_size；并且其
中对于等于k*given_size的所述第一电流镜晶体管的给定尺寸，所述第二电流镜晶体管的尺寸等于(2-k)*given_size。8.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大器级为误差放大器级，其中所述第一电压为表示由所述输出级向负载递送的电流的反馈电压，并且其中所述第二电压为参考电压。9.一种放大器，其特征在于，包括：放大器级，所述放大器级包括：差分晶体管对，接收第一电压和第二电压；电流镜晶体管对；和共源共栅晶体管对，被耦合在所述差分晶体管对与所述电流镜晶体管对之间；共源共栅补偿级，所述共源共栅补偿级包括：输出晶体管，被所述电流镜晶体管对偏置；和补偿共源共栅晶体管，被所述共源共栅晶体管对偏置；以及输出级，被耦合至所述共源共栅补偿级。10.根据权利要求9所述的放大器，其特征在于：所述差分晶体管对包括第一差分输入晶体管和第二差分输入晶体管；所述电流镜晶体管对包括第一电流镜晶体管和第二电流镜晶体管；以及所述共源共栅晶体管对包括第一共源共栅晶体管和第二共源共栅晶体管，所述第一共源共栅晶体管和所述第二共源共栅晶体管分别耦合在所述第一差分输入晶体管和所述第二差分输入晶体管与所述第一电流镜晶体管和所述第二电流镜晶体管之间；并且其中：所述输出晶体管具有与所述第二电流镜晶体管相同的偏置；以及所述补偿共源共栅晶体管具有与所述第二共源共栅晶体管相同的偏置。11.根据权利要求10所述的放大器，其特征在于，所述放大器级包括误差放大器级；其中所述第一电压包括反馈电压，并且所述第二电压包括参考电压；并且其中所述输出级包括：输出晶体管，被所述共源共栅补偿级的所述输出晶体管的输出偏置，并且生成负载电流；以及感测电阻，被配置为根据所述负载电流生成所述第二电压。12.根据权利要求9所述的放大器，其特征在于，其中所述差分晶体管对包括：第一NMOS晶体管，具有漏极、耦合至尾部节点的源极、以及被耦合以接收所述第二电压的栅极；和第二NMOS晶体管，具有漏极、耦合至所述尾部节点的源极、以及被耦合以接收所述第一电压的栅极；其中所述电流镜晶体管对包括：第一PMOS晶体管，具有耦合至电源节点的源极、耦合至第一中间节点的漏极、以及耦合至所述第一PMOS晶体管的所述漏极的栅极；和第二PMOS晶体管，具有耦合至所述电源节点的源极、耦合至第二中间节点的漏极、以及
耦合至所述第一PMOS晶体管的所述栅极的栅极；其中所述共源共栅晶体管对包括：第三NMOS晶体管，具有耦合至所述第一中间节点的漏极、耦合至所述第一NMOS晶体管的所述漏极的源极、以及栅极；和第四NMOS晶体管，具有耦合至所述第二中间节点的漏极、耦合至所述第二NMOS晶体管的所述漏极的源极、以及耦合至所述第三NMOS晶体管的所述栅极的栅极；并且尾部电流源，包括第五NMOS晶体管，所述第五NMOS晶体管具有耦合至所述尾部节点的漏极、耦合至地的源极、以及栅极；其中所述共源共栅补偿级的所述输出晶体管包括第三PMOS晶体管，所述第三PMOS晶体管具有耦合至所述电源节点的源极、耦合至所述第二PMOS晶体管的所述漏极的漏极、以及耦合至所述第一PMOS晶体管的所述栅极和所述第二PMOS晶体管的所述栅极的栅极；其中所述共源共栅补偿级的所述补偿共源共栅晶体管包括第六NMOS晶体管，所述第六NMOS晶体管具有耦合至所述第三PMOS晶体管的所述漏极的漏极、以及耦合至所述第三NMOS晶体管的所述栅极和所述第四NMOS晶体管的所述栅极的栅极；以及其中所述共源共栅补偿级包括第七NMOS晶体管，所述第七NMOS晶体管具有耦合至所述第六NMOS晶体管的所述源极的漏极、耦合至地的源极、以及耦合至所述第五NMOS晶体管的所述栅极的栅极。13.根据权利要求12所述的放大器，其特征在于，所述输出级包括：第四PMOS晶体管，具有耦合至所述电源节点的源极、耦合至输出节点的漏极、以及耦合至所述第二PMOS晶体管的所述漏极和所述第三PMOS晶体管的所述漏极的栅极；电容器，被耦合在所述第四PMOS晶体管的所述栅极和所述电源节点之间；补偿电容器，被耦合在所述第六NMOS晶体管的所述源极和所述输出节点之间；以及分压器，被耦合在所述输出节点和地之间，其中所述第二电压在所述分压器的中心抽头处产生，并且其中所述分压器的所述中心抽头被耦合至所述第一NMOS晶体管的所述栅极。14.根据权利要求12所述的放大器，其特征在于，所述第五NMOS晶体管的所述栅极和所述第七NMOS晶体管的所述栅极被耦合以接收第一偏置电压。15.根据权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述差分晶体管对包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极被耦合至所述第二电压，并且所述第二晶体管的栅极被耦合至所述第一电压；并且其中所述差分晶体管对的所述第一晶体管的跨导与所述共源共栅补偿级的所述补偿共源共栅晶体管的跨导去耦。16.根据权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述电流镜晶体管对包括的晶体管具有彼此相同的长宽比；其中所述共源共栅晶体管对包括的晶体管具有彼此相同的长宽比；并且其中：所述差分晶体管对包括第一差分输入晶体管和第二差分输入晶体管；所述电流镜晶体管对包括第一电流镜晶体管和第二电流镜晶体管，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：意法半导体国际有限公司，
类型：新型
国别省市：