差分级电压偏置微调电路制造技术

一种差分级电压偏置微调电路，包括一个或者多个微调电路，各个微调电路专用于微调“主”差分对的电压偏置（Ｖ↓［ｏｓ］）误差的一个特定源。一种微调电路可专用于微调由于主对的阈值电压之间的失配所引起的Ｖ↓［ｏｓ］误差，而另一种微调电路可专用于微调由于主对的β值之间的失配所引起的Ｖ↓［ｏｓ］误差。另一种微调电路可微调由于主对晶体管之间的γ失配所引起的Ｖ↓［ｏｓ］误差，并且相应微调电路可用于微调由于主对所驱动的有源负载的晶体管之间的阈值失配和／或β失配所引起的Ｖ↓［ｏｓ］误差。若干微调电路可同时用于减小由若干源的每一个所引起的偏置误差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及差分晶体管放大级的领域，尤其涉及用于微调差分晶体管级的偏置电压的电路和方法。
技术介绍
所有的晶体管放大器都存在着影响其精度的电压偏置(VOS)误差。该偏置误差对MOSFET放大器的影响通过几种机制来引起。在MOSFET输入级中的偏置误差的最主要起因是由于构成差分输入对的两个晶体管的阈值电压(VT)之间的失配而引起的。已知有几种方案可用来调节该误差。通常，将微调电流差分地注入输入对的漏极，图1a示出了这一方案。差分输入对MN1和MN2使其源极端与公共节点10相连，并使其栅极相连以接收差分输入电压V+～V-。偏置电流源12向公共节点10提供偏置电流，使得MN1和MN2响应于施加于V+和V-的差分输入电压传导相应的输出电流；在此，输入级驱动包括晶体管MP1和MP2的有源负载。微调电流源14和16分别将微调电流Itrim+和Itrim-分别注入到MN1和MN2的漏极，并经调节来减小该极的电压偏置误差。通常，图1a所示的微调方法仅在一个偏置的条件下是精确的，并且随着输入共模变化而精度下降(尤其是在轨至轨放大器中)中。可以由设计工程师或者测试工程师针对温度来调节对随温度变化的微调的跟踪，但是温度微调并不依赖于任何物理过程而相反必须凭经验来确定。另一种VOS微调方法涉及将简并电阻器插入到输入对的源极电路中；图1b和1c示出了两种可能的技术方案。在图1b中，可以通过改变电阻器的电阻值来改变流过电阻器的电流大小，从而在一个工作点上产生所需要的偏置变化。在图1c中，可以在两个电流源之间来划分尾电流，并且可以通过从尾电流添加或减去微调电流来改变偏置微调。不幸的是，该方法可在输入对的两侧之间产生非期望的不平衡。此外，这两个方法都会减小输入级的增益和共模输入范围。
技术实现思路
提供了一种差分级偏置电压微调电路，它能够克服上述问题并在不使用简并电阻器的情况下在共模输入电压的范围上提供精确的偏置微调。本专利技术还可以解决由有源负载的晶体管所引起的偏置误差。本专利技术涉及一个或多个微调电路的使用，各个微调电路专用于微调“主”差分对的偏置误差的一特定源。例如，由于在主对的阈值电压之间的失配所引起的微调偏置误差，本专利技术提供了第二差分对，以及被设置成使第二差分对的共模输入电压约等于主对的共模输入电压的电路。随后，第一和第二可编程电流源向第二对的控制输入提供相应的电流，以在第二差分对上产生期望差分电压。这就使得该第二对能够传导相应的与主对的输出电流相耦合的微调电流。对电流源进行编程，从而微调主对中因阈值失配所产生的电压偏置误差。另一微调电路专用于校正因主对的β值之间的失配所引起的误差。在此，像主对一样偏置的第二差分对相连以产生与主对尾电流成正比的电流，而主对尾电流将跟踪主对的共模电压。第二对作为响应传导参考电流，该参考电流施加于数模转换器(DAC)的参考电流输入端。DAC在相应电流输出上产生微调电流，其中微调电流随着参考电流而变化，并根据施加于DAC的数字输入端上的数值来按比例增减。微调电流与主对的输出电流相耦合。可对DAC进行编程，以微调主对中因β失配所产生的偏置误差。专用于微调因主对晶体管之间的γ失配所产生的偏置误差的电路包括产生参考电流的电路，该参考电流随着主对的共模输入电压而线性变化(或者随着加法常数而线性变化(例如ax+b)，在其它地方随着相减常数而线性变化)。DAC接收参考电流，并且产生随着参考电流变化、并根据施加于DAC数字输入上的数值按比例增减的的电流I1和I2。第三差分对接收I1和I2并作为响应传导相应的微调电流。微调电流与主对的输出电流相耦合，并对DAC进行编程，以微调主对中因γ失配所产生的电压偏置误差。可提供类似的电路，用以微调因由主对驱动的有源负载的晶体管之间的阈值失配和/或β失配所产生的偏置误差。较佳地，本文所讨论的若干微调电路可同时采用，以减少因若干个源的每一个所产生的偏置误差。对于本领域技术人员而言，从以下的详细讨论以及附图中本专利技术的其它特征和优点变得显而易见。附图说明图1a-1c示出了公知的差分输入级偏置电压微调电路。图2是根据本专利技术用于微调阈值失配的电路的示意图。图3是根据本专利技术用于微调阈值失配的另一电路的示意图。图4是根据本专利技术用于微调阈值失配的又一电路的示意图。图5a和5b是根据本专利技术用于微调β失配的电路的示意图。图6是根据本专利技术用于微调γ失配的电路的示意图。图7是根据本专利技术用于微调γ失配的电路的另一实施例的示意图。图8是根据本专利技术用于微调差分级有源负载的阈值之间的失配的电路的示意图。图9是根据本专利技术用于微调差分级有源负载的β值之间的失配的电路的示意图。图10是用于减小来自若干不同源的偏置误差的电路的示意图。具体实施例方式本专利技术提供若干个微调电路，各个微调电路都针对差分级的偏置电压误差的一特定源。当组合使用时，该级的电压偏置误差可显著减小。本文所讨论的电路可应用于双极型和FET型差分级，无论是输入级还是非输入级。本专利技术也可应用于差分级的有源负载。因为本专利技术可用于减小与P型和N型差分对相关联的偏置电压误差，所以也可预期轨至轨放大器。然而，出于讨论的目的，使用单个FET差分输入级来说明本专利技术的工作。在FET差分输入级中电压偏置误差的最普通来源是由于组成“主”差分对(即，要减小其偏置电压误差的对)的晶体管的阈值电压之间的失配所产生的。本专利技术可通过设置第二差分对来减小这一误差，该第二差分对具有共模输入电压约等于主对的共模输入电压。图2示出了用于实现该目的的电路。主差分对MN1和MN2使其源极在公共节点10上相连，该公共节点还连接到电流源12。MN1和MN2的栅极连接到相应的输入端V-和V+，它们接收一差分输入电压。电流源12向主对提供第一偏置电流n*I，使得MN1和MN2响应于施加于V-和V+的差分输入电压传导相应的输出电流Iout1和Iout2。输出电流Iout1和Iout2通常都连接到增益或者输出级(未示出)。第二差分对MN3和MN4使其源极在公共节点14上相连，该公共节点还连接到向第二差分对提供第二偏置电流I的电流源16。伺服机构，最好是运算放大器A1，使其输入连接到公共节点10和14，并使其输出连接到节点18，该节点18经由电阻器R1和R2与MN3和MN4的栅极相耦合。以上所述连接A1将第二对的公共节点14补偿成等于主对的公共节点10。MN3和MN4的尺寸(1*X)与MN1和MN2的尺寸(n*X)的比率变成等于第二偏置电流(I)与第一偏置电流(n*I)的比率。当这样设置时，第二对就基本上具有与主对基本相同的偏置条件。一对可编程电流源20和22相连以分别向MN3和MN4的栅极提供电流I1和I2。电流I1和I2被调节成在MN3和MN4上产生预期的差分电压，这导致MN3和MN4分别传导微调电流Itrim1和Itrim2。随后，微调电流Itrim1和Itrim2与MN3和MN4的漏极相耦合，由此将Itrim1和Itrim2分别注入Iout1和Iout2。可编程电流源20和22被调节成减小主对中因MN1和MN2之间的阈值失配所产生的电压偏置误差。假设R1和R2各自具有电阻为R，且电流I1＝I2＝It，则差分微调电流Itrim1-Itrim2可由下式给出Itrim1-Itrim2＝2*It*R*本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分级，包括：主差分晶体管对，它偏置成响应于差分输入电压而传导相应输出电流；第二差分晶体管对；电路，它与所述第二差分晶体管对相连、并配置成使得所述第二对的共模输入电压约等于所述主对的共模输入电压；以及第一 和第二可编程电流源，被配置成在所述第二差分晶体管对之上产生期望差分电压，从而所述第二对的晶体管传导相应的微调电流，所述微调电流与相应的所述输出电流相耦合，所述第一和第二可编程电流源被编程为所述微调电流减小主差分对中由于所述主对的晶体管具有失配的阈值电压所引起的电压偏置误差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AJ卡尔布，
申请(专利权)人：模拟设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]