高功率效率的跨導(dǎo)放大器設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種動態(tài)電流源(200)，其具有被設(shè)置為長尾對以接受差分輸入信號(140，142)的正側(cè)(205，217)和負(fù)側(cè)(208，218)差分輸入跨導(dǎo)裝置。正側(cè)相位相關(guān)電流源(200)通信地耦合到正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置(205)的輸出端(263)，以在差分輸入信號不再觸發(fā)動態(tài)電流源的正側(cè)時(shí)的相位時(shí)間段期間提供用于正側(cè)輸出信號恢復(fù)的電流。負(fù)側(cè)相位相關(guān)電流源(200)通信地耦合到負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置(208)的輸出端(272)，以在差分輸入信號不再觸發(fā)動態(tài)電流源的負(fù)側(cè)時(shí)的相位時(shí)間段期間提供用于負(fù)側(cè)輸出信號恢復(fù)的電流。
【專利說明】高功率效率的跨導(dǎo)放大器設(shè)備和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明描述的實(shí)施例涉及與電子電路相關(guān)聯(lián)的設(shè)備和方法，包括與動態(tài)電流源相 關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 線性放大器用于各種應(yīng)用中，包括，例如，音頻、視頻和電源。放大器輸入信號和相 應(yīng)的輸出信號之間的線性特性使得放大器輸入端呈現(xiàn)的模擬信息能夠可靠再現(xiàn)。與線性特 性和放大器質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵指標(biāo)是轉(zhuǎn)換速率，其通常以伏特每秒（毫伏每微秒等）表示。 轉(zhuǎn)換速率是放大器內(nèi)特定點(diǎn)處的信息信號變化的最大速率的量度。低轉(zhuǎn)換速率會導(dǎo)致失真 的輸出，因?yàn)樾畔⑿盘柕目焖僮兓糠窒鄬τ谛盘柕钠渌糠衷跁r(shí)間上被延遲。
[0003] 放大器轉(zhuǎn)換速率可能是尤為重要的其中一種應(yīng)用是開關(guān)型DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器的 輸出電壓的調(diào)節(jié)。開關(guān)型DC降壓型轉(zhuǎn)換器（在本領(lǐng)域中被稱為"降壓"轉(zhuǎn)換器）交替建立 并且中斷轉(zhuǎn)換器DC電源輸入端和能量轉(zhuǎn)換電感器之間的電路路徑。在接通（0N)狀態(tài)期間， 隨著電流流過電感器，電感器以磁場存儲能量。在斷開（OFF)狀態(tài)期間，衰減的磁場在轉(zhuǎn)換 器輸出端產(chǎn)生電流。從而電感器整合開關(guān)波形，產(chǎn)生與活動狀態(tài)（active state)開關(guān)波形 的占空比成比例的輸出電壓波形。濾波器電容器通常用于平滑轉(zhuǎn)換器輸出端的電壓波形。
[0004] 為了在負(fù)載電流需求變化時(shí)將DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端保持在電壓設(shè)定點(diǎn)，輸出電 壓電平可以被監(jiān)控并被反饋到控制開關(guān)占空比的電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器反饋電路的轉(zhuǎn)換速率 在要求嚴(yán)格電壓調(diào)節(jié)的應(yīng)用中會尤其重要。例如，現(xiàn)代處理器通常采用數(shù)以億計(jì)的晶體管。 每個(gè)晶體管的接通/斷開狀態(tài)有助于提供給DC電源的整體瞬時(shí)電流負(fù)載。瞬時(shí)電流負(fù)載 可以是相當(dāng)高的，并且可以在幾微秒內(nèi)發(fā)生大幅改變。并且，與現(xiàn)今的微處理器技術(shù)相關(guān)聯(lián) 的低壓工作給DC電源調(diào)節(jié)要求提出了額外挑戰(zhàn)，鑒于小的電源電壓變化可以表示處理器 的工作電壓裕量的較大百分比。
[0005] 與控制DC-DC轉(zhuǎn)換器中的反饋回路的輸出電壓相關(guān)聯(lián)的組件的轉(zhuǎn)換速率可以限 制該轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)精度。施加到誤差放大器的差分輸入端的信號通常包括參考電壓和變換 器輸出端的電壓劃分樣本。反饋誤差信號出現(xiàn)在誤差放大器的輸出端。一些誤差放大器使 用"動態(tài)偏置"電流電路并提供可變電流源形式的誤差信號。輸出電流源的幅值與參考電 壓和出現(xiàn)在誤差放大器差分輸入端的轉(zhuǎn)換器輸出樣本電壓之間的差的幅值成比例。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實(shí)施例和方法用作以AB類模式工作的二級壓控電流源（即，動態(tài)電流 源）。差分輸入信號被施加在跨導(dǎo)裝置的第一級對的輸入端。如果差分輸入信號為正，則 輸入信號的第二階復(fù)本在第一級跨導(dǎo)裝置的其中一個(gè)的輸出端產(chǎn)生，并且如果差分輸入信 號為負(fù)，則在另一個(gè)第一級跨導(dǎo)裝置的輸出端產(chǎn)生。第二階信號呈現(xiàn)在相應(yīng)的第二級跨導(dǎo) 裝置的輸入端。第二階輸入信號在第二級跨導(dǎo)裝置的輸出端處成比例地復(fù)制，作為電流 源。本文的實(shí)施例利用相位延遲的電流注入電路在AB類動態(tài)電流源的活動側(cè)變?yōu)椴换顒?(inactive)之后，立刻對與該側(cè)相關(guān)的級間寄生電容快速重新充電。這樣做快速耗散另外 緩慢衰減的殘留驅(qū)動信號。沒有電流注入的情況下，殘留驅(qū)動信號會在電流源的相關(guān)側(cè)變 為不活動之后，導(dǎo)致輸出級繼續(xù)導(dǎo)電。這種行為增加了電流消耗，并且會導(dǎo)致輸出級的損壞 性工作，尤其是在更高頻率上的工作期間。
[0007] 如本文所用的，術(shù)語"跨導(dǎo)裝置"是指用在電子電路中的裝置，其用于控制作為到 裝置的電壓輸入的函數(shù)的電流。因此，跨導(dǎo)裝置可以包括半導(dǎo)體裝置，例如，具有柵極、源極 和漏極終端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（M0SFET)以及具有基極、集電極和發(fā)射極 終端的雙極結(jié)型晶體管。跨導(dǎo)裝置也可以體現(xiàn)在真空管裝置、有機(jī)晶體管以及其他技術(shù)中。 本文結(jié)合跨導(dǎo)裝置使用的術(shù)語"電流溝道"是指通過該裝置沿著由該裝置控制的電流沿其 流過的路徑（例如，M0SFET的源極和漏極之間的路徑、雙極結(jié)型晶體管的集電極和發(fā)射極 之間的路徑等）。術(shù)語"溝道耦合"是指與跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的電流溝道耦合到其他裝置。術(shù) 語"輸入元件"是指M0SFET柵極、雙極結(jié)型晶體管的基極、真空管柵極等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1示出根據(jù)各種示例性實(shí)施例的作為差分輸入線性放大器的動態(tài)偏置源的二 級壓控電流源的示例性應(yīng)用。
[0009] 圖2是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的二級動態(tài)電流源的原理圖。
[0010] 圖3是示出與由圖2的動態(tài)電流源供應(yīng)的電流相關(guān)聯(lián)的頻率相關(guān)性的曲線圖。
[0011] 圖4是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的包括減輕與級間寄生電容相關(guān)聯(lián)的頻率相關(guān)性 的電路的二級動態(tài)電流源的示意圖。
[0012] 圖5是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的包括減輕與級間寄生電容相關(guān)聯(lián)的頻率相關(guān)性 的電路的二級動態(tài)電流源的示意圖。
[0013] 圖6是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的包括動態(tài)電流源605的功率控制系統(tǒng)600的示意 圖。
[0014] 圖7是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的減輕二級動態(tài)電流源中的級間寄生電容的各種 方法的相對有效性的一系列曲線圖。 具體實(shí)施例
[0015] 圖1示出根據(jù)各種示例性實(shí)施例的作為差分輸入線性放大器100的動態(tài)偏置源的 二級壓控電流源135的示例性應(yīng)用。在這些公開的上下文中，術(shù)語"線性放大器"包括運(yùn)算 放大器（"運(yùn)放"），例如，用作各種電路中的反饋機(jī)制的組件的運(yùn)放。
[0016] 差分信號可被施加到分別對應(yīng)M0SFET110和115的正輸入端104和負(fù)輸入端106 兩端。輸入信號的線性放大的副本出現(xiàn)在線性放大器100的單端輸出端120處。然而，在 沒有更多的情況下，輸出端120的轉(zhuǎn)換速率可能會由于與補(bǔ)償電容器125相關(guān)聯(lián)的負(fù)載效 應(yīng)而受損害。更重要的一點(diǎn)是，輸出電路需要電流源給補(bǔ)償電容器125充電；并且放大器的 轉(zhuǎn)換速率是補(bǔ)償電容器125能夠有多快地可被充電的函數(shù)。動態(tài)電流源135根據(jù)需要提供 電流以對補(bǔ)償電容器125充電，如下所述。差分輸入信號在差分輸入端140和142的動態(tài) 電流源135處被接收。輸出電流145由一系列電流鏡通過放大器傳輸并被引導(dǎo)以根據(jù)差分 輸入信號的極性對補(bǔ)償電容器125充電或放電。如下進(jìn)一步描述的，電流源150是分配到 動態(tài)電流源135內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的根電流源（root current source)。
[0017] 圖2是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的二級動態(tài)電流源200的示意圖。動態(tài)電流源200 包括第一放大級215,其包括設(shè)置為長尾對的跨導(dǎo)裝置205和208。包括被設(shè)置為長尾對的 跨導(dǎo)裝置217和218的第二放大級220通信地耦合到第一放大級215。如本文所用的，術(shù)語 "長尾對"是指被設(shè)置具有公共電流溝道節(jié)點(diǎn)并以AB類模式工作的跨導(dǎo)裝置對。
[0018] 差分輸入電壓被提供給差分輸入終端140和142處的電流源200。如果輸入電壓 相對于公共節(jié)點(diǎn)219為正，則輸入電壓使跨導(dǎo)裝置205和217導(dǎo)電。通過跨導(dǎo)裝置205和 217的放大路徑在此處被稱為電流源200的"正側(cè)"。如果輸入電壓相對于跨導(dǎo)裝置205和 208的公共節(jié)點(diǎn)為負(fù)，則輸入電壓使跨導(dǎo)裝置208和218導(dǎo)電。通過跨導(dǎo)裝置208和218的 放大路徑在此處被稱為電流源200的"負(fù)側(cè)"。因此，第二級跨導(dǎo)裝置217和218供應(yīng)來自 動態(tài)電流源200的與差分輸入信號成比例的電流。
[0019] 這些公開中想到了各種偏置設(shè)置。在一些實(shí)施例中，例如，動態(tài)電流源200包括通 信地耦合到差分輸入跨導(dǎo)裝置205和208的主電流鏡264。主電流鏡264耦合到根電流源 150并提供偏置電流到第一級差分輸入跨導(dǎo)裝置205和208。電路222和235提供偏置到 第二級220。
[0020] 在一些實(shí)施例中，偏置配置和其他因素可以使級間寄生電容260和270分別存在 于級間節(jié)點(diǎn)263和272處。級間寄生電容可產(chǎn)生不希望的工作頻率相關(guān)性。級間電容可以 保持分別出現(xiàn)在第二級放大器的輸入端263和272處的驅(qū)動信號，并因此增加它們的衰減 時(shí)間段。在一些頻率上，驅(qū)動信號可以持續(xù)直到下一個(gè)周期，使得電流連續(xù)流過輸出級的兩 偵k這種行為使動態(tài)電流源200趨向A類工作，而不是按所設(shè)計(jì)作為AB類設(shè)備工作。會導(dǎo) 致過多的輸出電流。
[0021] 圖3是示出與由圖2的動態(tài)電流源300供應(yīng)的電流相關(guān)聯(lián)的頻率相關(guān)性的曲線圖 300。差分輸入電壓擺動的幅值保持恒定，而差分輸入頻率變化。曲線圖300不出，輸出電 流作為頻率的函數(shù)急劇上升。因寄生電容260和270保持的殘留驅(qū)動信號引起的過多電流 使輸出跨導(dǎo)裝置217和218在該周期的兩個(gè)半周期中被繼續(xù)驅(qū)動。
[0022] 本文的實(shí)施例利用相位延遲的電流注入電路在AB類動態(tài)電流源的活動側(cè)變?yōu)椴?活動之后，立刻對與該側(cè)相關(guān)聯(lián)的寄生電容快速重新充電。這樣做能夠使不活動的輸出級 處的相關(guān)驅(qū)動信號迅速衰減。
[0023] 圖4是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的包括減輕與級間寄生電容相關(guān)聯(lián)的頻率相關(guān)性 的電路的二級動態(tài)電流源400的示意圖。
[0024] 電流源400包括被設(shè)置為長尾對的正側(cè)和負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置205和208。電 流源400在終端140和142處接受差分輸入信號，如之前結(jié)合圖2所描述的。
[0025] 動態(tài)電流源400包括通信地耦合到正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置205的輸出端263的正 側(cè)相位相關(guān)的電流源402。電流源400還包括通信地耦合到負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置208的 輸出端272的負(fù)側(cè)相位相關(guān)電流源404。在差分輸入信號不再觸發(fā)動態(tài)電流源400的相應(yīng) 側(cè)的相位時(shí)間段期間，正側(cè)和負(fù)側(cè)相位相關(guān)電流源402和404分別提供用于正側(cè)和負(fù)側(cè)輸 出信號恢復(fù)的電流。
[0026] 在一些實(shí)施例中，正側(cè)和負(fù)側(cè)相位相關(guān)電流源可以被配置為電流鏡（例如，電流 鏡405和407)。正側(cè)恢復(fù)電流鏡405包括鏡輸入跨導(dǎo)裝置420A和鏡輸出跨導(dǎo)裝置420B。 類似地，負(fù)側(cè)恢復(fù)電流鏡407包括鏡輸入跨導(dǎo)裝置410A和鏡輸出跨導(dǎo)裝置410B。在這種 示例性實(shí)施例中，正側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置425通信地耦合到與正側(cè)電流鏡405相關(guān)聯(lián)的輸入跨 導(dǎo)裝置420A。具體地，正側(cè)電流鏡輸入跨導(dǎo)裝置420A的電流溝道與正側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置425 的電流溝道串聯(lián)耦合。正側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置425的輸入元件426耦合到負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝 置208的輸入元件427。
[0027] 與正側(cè)電流鏡輸出跨導(dǎo)裝置420B相關(guān)聯(lián)的電流溝道耦合到正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝 置205的輸出端。當(dāng)動態(tài)電流源400的負(fù)側(cè)活動時(shí)，負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置208導(dǎo)電。正 側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置425也在此時(shí)導(dǎo)電，因?yàn)楹笳咄ǔ１粬艠O連接到差分輸入跨導(dǎo)裝置208。所 產(chǎn)生的電流通過正側(cè)電流鏡405傳輸，并且其將電流注入到正側(cè)輸出節(jié)點(diǎn)263。注入的電流 對寄生電容260充電以便加快級間節(jié)點(diǎn)263處的任何殘留驅(qū)動信號的衰減。
[0028] 對稱結(jié)構(gòu)和順序適用于負(fù)側(cè)級間節(jié)點(diǎn)272的恢復(fù)，如下所述。負(fù)側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置 428通信地耦合到與負(fù)側(cè)電流鏡407相關(guān)聯(lián)的輸入跨導(dǎo)裝置410A。具體地，負(fù)側(cè)電流鏡輸 入跨導(dǎo)裝置410A的電流溝道與負(fù)側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置428的電流溝道串聯(lián)耦合。負(fù)側(cè)恢復(fù)跨 導(dǎo)裝置428的輸入元件430耦合到正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置205的輸入元件435。
[0029] 與負(fù)側(cè)電流鏡輸出跨導(dǎo)裝置410B相關(guān)聯(lián)的電流溝道耦合到負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝 置208的輸出端。當(dāng)動態(tài)電流源400的正側(cè)活動時(shí)，正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置205導(dǎo)電。負(fù) 側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置428也在此時(shí)導(dǎo)電，因?yàn)楹笳咄ǔ１粬艠O連接到差分輸入跨導(dǎo)裝置205。所 產(chǎn)生的電流通過負(fù)側(cè)電流鏡407傳輸，并且其將電流注入到負(fù)側(cè)輸出節(jié)點(diǎn)272。注入的電流 對寄生電容270充電以加快級間節(jié)點(diǎn)272處的任何殘留驅(qū)動信號的衰減。
[0030] 圖5是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的包括減輕與級間寄生電容260和270相關(guān)聯(lián)的頻 率相關(guān)性的電路的二級動態(tài)電流源500的示意圖。關(guān)于圖4描述的結(jié)構(gòu)和方法修改圖2所 示的第一級偏置元件。與此相反，關(guān)于圖5描述的結(jié)構(gòu)和方法修改圖2所示的第二級偏置 設(shè)置。
[0031] 動態(tài)電流源500包括第一放大級，其包括一對差分輸入跨導(dǎo)裝置205和208。輸入 跨導(dǎo)裝置205和208被設(shè)置為長尾對以在輸入終端140和142處接受差分輸入信號。
[0032] 電流源500還包括第二放大級，其包括被設(shè)置為長尾對的正側(cè)和負(fù)側(cè)輸出跨導(dǎo)裝 置217和218。輸出跨導(dǎo)裝置217和218分別通信地耦合到第一級跨導(dǎo)裝置205和208,以 供應(yīng)與輸入端140和142處提供的差分輸入信號成比例的量的電流。電流源500的正側(cè)包 括第一級跨導(dǎo)裝置205、第二級跨導(dǎo)裝置217以及相關(guān)的正側(cè)組件。電流源500的負(fù)側(cè)包括 第一級跨導(dǎo)裝置208、第二級跨導(dǎo)裝置218以及相關(guān)的負(fù)側(cè)組件。
[0033] 電流源500還包括耦合到第二級跨導(dǎo)裝置217的正側(cè)偏置電路502和耦合到第二 級跨導(dǎo)裝置218的負(fù)側(cè)偏置電路503。差分輸入AB類電流源500的正側(cè)和負(fù)側(cè)是對稱的， 如圖5所不。下列對正側(cè)偏置電路502的詳細(xì)描述同樣可適用于負(fù)側(cè)偏置電路503。
[0034] 正側(cè)偏置電路502耦合到與正側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置217相關(guān)聯(lián)的輸入節(jié)點(diǎn)504。偏置 電路502被配置以相位延遲出現(xiàn)在輸入節(jié)點(diǎn)504處的驅(qū)動信號。偏置電路502將與相位延 遲的正側(cè)驅(qū)動信號成比例的恢復(fù)電流506注入到輸入節(jié)點(diǎn)504中。當(dāng)差分輸入信號不再觸 發(fā)動態(tài)電流源500的正側(cè)時(shí)，恢復(fù)電流迫使由輸入節(jié)點(diǎn)504處的寄生電容保持的任意殘留 信號為靜態(tài)。
[0035] 偏置電路502包括第一偏置跨導(dǎo)裝置515。與第一偏置跨導(dǎo)裝置515相關(guān)聯(lián)的電 流溝道耦合在輸入節(jié)點(diǎn)504和接地的負(fù)反饋電阻器520之間。輸入節(jié)點(diǎn)504處的負(fù)驅(qū)動信 號504使輸出跨導(dǎo)裝置217導(dǎo)電。負(fù)驅(qū)動信號也降低與第一偏置跨導(dǎo)裝置515相關(guān)聯(lián)的電 流溝道兩端的偏置電壓。因此，通過第一偏置跨導(dǎo)裝置515和通過反饋電阻器520的電流 減小，導(dǎo)致反饋電阻器兩端的電壓降減小。
[0036] 正側(cè)偏置電路502還包括第二偏置跨導(dǎo)裝置525。與第二偏置跨導(dǎo)裝置525相關(guān) 聯(lián)的電流溝道與反饋電阻器520串聯(lián)耦合，并分別與第三和第四偏置跨導(dǎo)裝置530和535 相關(guān)聯(lián)的電流溝道串聯(lián)耦合。隨著反饋電阻器520兩端的電壓降減小，與第二跨導(dǎo)偏置裝 置525相關(guān)聯(lián)的柵-源電壓增加，并且裝置525變得越來越正向偏置。因此，流過第二、第 三和第四偏置跨導(dǎo)裝置525、530和535的電流分別增加。
[0037] 正側(cè)偏置電路502進(jìn)一步包括耦合到第四偏置跨導(dǎo)裝置535以形成信號恢復(fù)電流 鏡560的輸出側(cè)的第五偏置跨導(dǎo)裝置540。第五偏置跨導(dǎo)裝置540將恢復(fù)電流506注入到 輸入節(jié)點(diǎn)504中以對級間寄生電容260充電。當(dāng)差分輸入信號不再觸發(fā)動態(tài)電流源500的 正側(cè)時(shí)，這樣做迫使由輸入節(jié)點(diǎn)504處的寄生電容260保持的任何殘留信號為靜態(tài)。
[0038] 現(xiàn)在將在結(jié)構(gòu)和功能上描述在電流源500的正側(cè)處于不活動時(shí)作為輸出跨導(dǎo)裝 置217的無源偏置源的正側(cè)偏置電路502。
[0039] 正側(cè)偏置電路502包括第一靜態(tài)偏置電流鏡542。第一靜態(tài)偏置電流鏡542包括 主偏置跨導(dǎo)裝置555和第二偏置跨導(dǎo)裝置525。正側(cè)偏置電路502還包括電流源550。電 流源550與和主偏置跨導(dǎo)裝置555相關(guān)聯(lián)的電流溝道串聯(lián)耦合，以控制正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)504 處的偏置電平。
[0040] 正側(cè)偏置電路502還包括第二靜態(tài)偏置電流鏡556。第二靜態(tài)偏置電流鏡556分 別包括第一和第三偏置跨導(dǎo)裝置515和530。與第三偏置跨導(dǎo)裝置530相關(guān)聯(lián)的電流溝道 和與第二偏置跨導(dǎo)裝置525相關(guān)聯(lián)的電流溝道串聯(lián)耦合，如之前所述的。第一偏置跨導(dǎo)裝 置515耦合到輸入節(jié)點(diǎn)504以從第一電壓軌557提供偏置到正側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置217的輸入 端。
[0041] 正側(cè)偏置電路502還包括第三靜態(tài)偏置電流鏡560。第三靜態(tài)偏置電流鏡560分 別包括第四和第五偏置跨導(dǎo)裝置535和540。與第四偏置跨導(dǎo)裝置535相關(guān)聯(lián)的電流溝道 被配置為與和第三偏置跨導(dǎo)裝置530相關(guān)聯(lián)的電流溝道串聯(lián)，如之前所述的。與第五偏置 跨導(dǎo)裝置540相關(guān)聯(lián)的電流溝道耦合到輸入節(jié)點(diǎn)504以從第二電壓軌562提供偏置到輸出 跨導(dǎo)裝置217。
[0042] 電流源500還包括負(fù)側(cè)偏置電路503,如前面提到的。負(fù)側(cè)偏置電路503耦合到與 負(fù)側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置218相關(guān)聯(lián)的輸入節(jié)點(diǎn)570。偏置電路503被配置以相位延遲出現(xiàn)在輸 入節(jié)點(diǎn)570處的負(fù)側(cè)驅(qū)動信號。偏置電路503將與相位延遲的負(fù)側(cè)驅(qū)動信號成比例的恢復(fù) 電流572注入輸入節(jié)點(diǎn)570。當(dāng)差分輸入信號不再觸發(fā)動態(tài)電流源500的負(fù)側(cè)時(shí)，恢復(fù)電流 572迫使由輸入節(jié)點(diǎn)570處的寄生電容270保持的任何殘留信號為靜態(tài)。鑒于負(fù)側(cè)偏置電 路503與正側(cè)偏置電路502對稱，為了簡潔，不再贅述重復(fù)組件級別描述。
[0043] 圖6是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的包括動態(tài)電流源605的功率控制系統(tǒng)600的示意 圖。動態(tài)電流源605包括根據(jù)各種不例性實(shí)施例的減輕與級間寄生電容相關(guān)聯(lián)的頻率相關(guān) 性的電路。在一些示例性實(shí)施例中，動態(tài)電流源605分別包括正側(cè)和負(fù)側(cè)輸入、輸出級跨導(dǎo) 裝置205、208和217、218。輸入對跨導(dǎo)裝置205、208和輸出對217、218的每對被設(shè)置為之 前所述的長尾對。動態(tài)電流源605還包括正側(cè)和負(fù)側(cè)相位相關(guān)電流源405、407、502和503。 電流源405、407、502和503提供注入電流用于級間信號恢復(fù)，如之前所述的。
[0044] 在一些實(shí)施例中，動態(tài)電流源605可以被配置為耦合到線性放大器100的二級動 態(tài)偏置電流源。在一些實(shí)施例中，動態(tài)電流源605可以被結(jié)合到線性放大器100中。線性 放大器100可以被配置以作為AB類差分放大器工作。線性放大器100通信地耦合到輸入 對跨導(dǎo)裝置205、208的輸入終端140和142。線性放大器100還通信地耦合到輸出對跨導(dǎo) 裝置217、218的輸出終端606。線性放大器100從電流源605接收與差分輸入信號成比例 的量的動態(tài)偏置電流。
[0045] 在一些實(shí)施例中，AB類差分放大器100可以被配置為電源610中的電壓調(diào)節(jié)反饋 元件。電源610可以是，例如，被配置為DC-DC轉(zhuǎn)換器。電源610還可以包括電流比較器和 開關(guān)邏輯615、驅(qū)動器級620以及功率開關(guān)級630。
[0046] 圖7是根據(jù)各種示例性實(shí)施例的減輕、抵抗動態(tài)電流源中的級間寄生電容的各種 方法的相對有效性的一系列曲線圖。曲線300示出不具有本文所述補(bǔ)償設(shè)備的輸出電流的 頻率相關(guān)性。曲線710示出使用圖4所示的相位延遲的第一級偏置電路的降低的頻率相關(guān) 性。曲線720示出使用圖5所示的相位延遲的第二級偏置電路的降低的頻率相關(guān)性。曲 線730示出使用圖6所示的第一級和第二級相位延遲的偏置電路的組合的降低的頻率相關(guān) 性。
[0047] 除了將相反相位的電流注入動態(tài)電流源中的級間節(jié)點(diǎn)中以外，此處描述的設(shè)備和 系統(tǒng)在減輕級間寄生電容的影響的應(yīng)用中可以是有用的。圖4、圖5和圖6的二級動態(tài)電流 源的例子旨在提供對各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的大致理解。它們并非旨在用于完整描述可能使用 這些結(jié)構(gòu)的設(shè)備和系統(tǒng)的所有元件和特征。
[0048] 各種實(shí)施例可并入到計(jì)算機(jī)、通信和信號處理電路系統(tǒng)、單處理器或多處理器模 塊、單個(gè)或多個(gè)嵌入式處理器、多核處理器、數(shù)據(jù)交換機(jī)以及包括多層、多芯片模塊等的專 用模塊中使用的電子電路中。這種設(shè)備和系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括在各種電子系統(tǒng)（如電視 機(jī)、移動電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)（例如，便攜式計(jì)算機(jī)、臺式計(jì)算機(jī)、手持式計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī) 等）、工作站、無線電廣播設(shè)備、視頻播放器、音頻播放器（例如，MP3 (運(yùn)動圖像專家組，音頻 層3)播放器）、交通工具、醫(yī)療裝置（如心臟監(jiān)護(hù)儀、血壓監(jiān)護(hù)儀等）、機(jī)頂盒等等）內(nèi)，作 為其子組件。
[0049] 本文所述設(shè)備和方法利用相位延遲的電流注入電路在AB類動態(tài)電流源的活動側(cè) 變?yōu)椴换顒又?，立刻對與該側(cè)相關(guān)聯(lián)的級間寄生電容快速重新充電。這樣做快速耗散緩 慢衰減的殘留驅(qū)動信號，并操作以在電流源的相關(guān)側(cè)變?yōu)椴换顒又笞柚馆敵黾壚^續(xù)導(dǎo) 電。因此，可以減輕過度電流消耗和輸出級的可能的破壞性工作。
[0050] 通過示例而不是限制的方式，附圖示出了本發(fā)明主題可以在其中實(shí)施的具體實(shí)施 例。應(yīng)當(dāng)注意，連接線的一端或兩端的箭頭旨在示出電流、數(shù)據(jù)流、邏輯流等的一般方向。 連接器線箭頭指向并非旨在限制這種具體方向上的這種流動（例如，排除相反方向上的任 何流動）。充分詳細(xì)地描述所示實(shí)施例，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍疚乃_的教導(dǎo)。 可以使用其他實(shí)施例并由其衍生其他實(shí)施例，從而可以做出結(jié)構(gòu)和邏輯上的替換和改變， 而不脫離本公開的范圍。因此，所述【具體實(shí)施方式】并不認(rèn)為具有限制意義。各種實(shí)施例的 廣度由所附權(quán)利要求和這些權(quán)利要求所要求保護(hù)的等同物的全部范圍限定。
[0051] 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員將理解可以對所述實(shí)施例進(jìn)行各種改變，并且在所要求 保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)，許多其他實(shí)施例是可能的。
【權(quán)利要求】
1. 一種動態(tài)電流源，其包括： 正側(cè)和負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置，其被設(shè)置為長尾對以接受差分輸入信號； 正側(cè)相位相關(guān)電流源，其通信地耦合到所述正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置的輸出端，以在所 述差分輸入信號不再觸發(fā)所述動態(tài)電流源的所述正側(cè)時(shí)的相位時(shí)間段期間提供用于正側(cè) 輸出信號恢復(fù)的電流；和 負(fù)側(cè)相位相關(guān)電流源，其通信地耦合到所述負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置的輸出端，以在所 述差分輸入信號不再觸發(fā)所述動態(tài)電流源的所述負(fù)側(cè)時(shí)的相位時(shí)間段期間提供用于負(fù)側(cè) 輸出信號恢復(fù)的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)電流源，所述正側(cè)相位相關(guān)電流源和所述負(fù)側(cè)相位相關(guān) 電流源的每個(gè)被配置為電流鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)電流源，其進(jìn)一步包括： 與所述正側(cè)電流鏡相關(guān)聯(lián)的輸出跨導(dǎo)裝置，其溝道耦合到所述正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置 的所述輸出端；和 與所述負(fù)側(cè)電流鏡相關(guān)聯(lián)的輸出跨導(dǎo)裝置，其溝道耦合到所述負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置 的所述輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)電流源，其進(jìn)一步包括： 正側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置，其通信地耦合到與所述正側(cè)電流鏡相關(guān)聯(lián)的輸入跨導(dǎo)裝置，所述 正側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置的輸入元件耦合到所述負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置的輸入元件；和 負(fù)側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置，其通信地耦合到與所述負(fù)側(cè)電流鏡相關(guān)聯(lián)的輸入跨導(dǎo)裝置，所述 負(fù)側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝置的輸入元件耦合到所述正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置的輸入元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)電流源，其進(jìn)一步包括： 與所述正側(cè)電流鏡相關(guān)聯(lián)的所述輸入跨導(dǎo)裝置的電流溝道，其與所述正側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝 置的電流溝道串聯(lián)耦合；和 與所述負(fù)側(cè)電流鏡相關(guān)聯(lián)的所述輸入跨導(dǎo)裝置的電流溝道，其與所述負(fù)側(cè)恢復(fù)跨導(dǎo)裝 置的電流溝道串聯(lián)耦合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)電流源，與所述差分輸入跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的電流溝道、 與所述電流鏡輸入跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的電流溝道或與所述恢復(fù)跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的電流溝道 中的至少一個(gè)被配置為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管源-漏溝道，即MOSFET源-漏溝 道；并且，與所述差分輸入跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的所述輸入元件或與所述恢復(fù)跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián) 的所述輸入元件中的至少一個(gè)被配置為MOSFET柵極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)電流源，其進(jìn)一步包括： 跨導(dǎo)裝置輸出對，其被設(shè)置為供應(yīng)與所述差分輸入信號成比例的電流的長尾對，所述 跨導(dǎo)裝置輸出對的每一個(gè)的輸入端通信地耦合到相應(yīng)的差分輸入跨導(dǎo)裝置的輸出端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)電流源，其進(jìn)一步包括： 主電流鏡，其通信地耦合到所述差分輸入跨導(dǎo)裝置對，以提供偏置電流到所述差分輸 入跨導(dǎo)裝置對；和 主電流源，其耦合到所述主電流鏡，以提供根電流到所述主電流鏡。
9. 一種動態(tài)電流源，其包括： 正側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置和負(fù)側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置，所述輸出跨導(dǎo)裝置被設(shè)置為長尾對以供應(yīng)與 出現(xiàn)在所述動態(tài)電流源的差分輸入端處的差分信號成比例的量的電流； 正側(cè)偏置電路，其耦合到與所述正側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)，所述正側(cè) 偏置電路被配置以相位延遲出現(xiàn)在所述正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的正側(cè)驅(qū)動信號并將與相位延遲 的正側(cè)驅(qū)動信號成比例的恢復(fù)電流注入到所述正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)中，以在所述差分輸入信號不 再觸發(fā)所述動態(tài)電流源的正側(cè)時(shí)迫使由所述正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的寄生電容保持的殘留信號 為靜態(tài)；和 負(fù)側(cè)偏置電路，其耦合到與所述負(fù)側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)，所述負(fù)側(cè) 偏置電路被配置以相位延遲出現(xiàn)在所述負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的負(fù)側(cè)驅(qū)動信號并將與相位延遲 的負(fù)側(cè)驅(qū)動信號成比例的恢復(fù)電流注入到所述負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)中，以在所述差分輸入信號不 再觸發(fā)所述動態(tài)電流源的負(fù)側(cè)時(shí)迫使由所述負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的寄生電容保持的殘留信號 為靜態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的動態(tài)電流源，所述正側(cè)偏置電路或所述負(fù)側(cè)偏置電路中的 至少一個(gè)進(jìn)一步包括； 第一偏置跨導(dǎo)裝置，其溝道耦合在相應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)和接地的負(fù)反饋電阻器之間，隨著 所述相應(yīng)的輸出跨導(dǎo)裝置被驅(qū)動導(dǎo)電，通過所述第一偏置跨導(dǎo)裝置以及通過所述反饋電阻 器的電流減小，導(dǎo)致所述反饋電阻器兩端的電壓降下降； 第二偏置跨導(dǎo)裝置，其與接地的所述反饋電阻器串聯(lián)溝道耦合，并與和第三和第四偏 置跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的電流溝道串聯(lián)溝道耦合，所述第二偏置跨導(dǎo)裝置增加通過所述第二、 第三和第四偏置跨導(dǎo)裝置的溝道電流，以響應(yīng)因所述反饋電阻器兩端降低的電壓降產(chǎn)生的 所述第二偏置跨導(dǎo)裝置處增加的控制偏置電壓；和 第五偏置跨導(dǎo)裝置，其耦合到所述第四偏置跨導(dǎo)裝置，以形成信號恢復(fù)電流鏡的輸出 偵牝并將所述恢復(fù)電流注入到所述相應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)電流源，所述正側(cè)偏置電路或所述負(fù)側(cè)偏置電路中的 至少一個(gè)進(jìn)一步包括： 第一靜態(tài)偏置電流鏡，其包括主偏置跨導(dǎo)裝置和所述第二偏置跨導(dǎo)裝置；和 第二靜態(tài)偏置電流鏡，其包括所述第一和第三偏置跨導(dǎo)裝置，與所述第三偏置跨導(dǎo)裝 置相關(guān)聯(lián)的電流溝道和所述第二偏置跨導(dǎo)裝置電流溝道串聯(lián)，所述第一偏置跨導(dǎo)裝置耦合 到所述相應(yīng)的輸出跨導(dǎo)裝置的輸入端，以從第一電壓軌提供偏置到所述相應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的動態(tài)電流源，其進(jìn)一步包括： 與和所述主偏置跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的電流溝道串聯(lián)的電流源，其控制所述相應(yīng)的輸入節(jié) 點(diǎn)處的偏置電平。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的動態(tài)電流源，所述正側(cè)偏置電路或所述負(fù)側(cè)偏置電路中的 至少一個(gè)進(jìn)一步包括： 第三靜態(tài)偏置電流鏡，其包括所述第四和第五偏置跨導(dǎo)裝置，與所述第四偏置跨導(dǎo)裝 置相關(guān)聯(lián)的電流溝道被配置為和與所述第三偏置跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的所述電流溝道串聯(lián)，并 且與所述第五偏置跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的電流溝道耦合到所述相應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)，以從第二電壓 軌提供輸入偏置電壓到所述相應(yīng)的輸出跨導(dǎo)裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的動態(tài)電流源，與所述第三、第四和第五偏置跨導(dǎo)裝置相關(guān) 聯(lián)的所述電流溝道被配置為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管源-漏溝道，即MOSFET源-漏 溝道，并且與所述跨導(dǎo)裝置的輸出對的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的輸入元件被配置為MOSFET柵極。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的動態(tài)電流源，其進(jìn)一步包括： 被設(shè)置為長尾對以接受所述差分輸入信號的差分輸入跨導(dǎo)裝置對。
16. -種功率控制系統(tǒng)，其包括： 與動態(tài)電流源相關(guān)聯(lián)的正側(cè)和負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置，所述差分輸入跨導(dǎo)裝置被設(shè)置 為長尾對以接受差分輸入信號； 正側(cè)相位相關(guān)電流源，其通信地耦合到所述正側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置的輸出端，以在所 述差分輸入信號不再觸發(fā)所述動態(tài)電流源的正側(cè)時(shí)的相位時(shí)間段期間，提供用于正側(cè)輸出 信號恢復(fù)的電流； 負(fù)側(cè)相位相關(guān)電流源，其通信地耦合到所述負(fù)側(cè)差分輸入跨導(dǎo)裝置的輸出端，以在所 述差分輸入信號不再觸發(fā)所述動態(tài)電流源的負(fù)側(cè)時(shí)的相位時(shí)間段期間，提供用于負(fù)側(cè)輸出 信號恢復(fù)的電流； 正側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置和負(fù)側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置，所述輸出跨導(dǎo)裝置被設(shè)置為長尾對以從所述 動態(tài)電流源供應(yīng)與所述差分輸入信號成比例的量的電流； 正側(cè)偏置電路，其耦合到對應(yīng)于所述正側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置的正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)，所述正側(cè)偏 置電路被配置以相位延遲出現(xiàn)在所述正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的正側(cè)驅(qū)動信號并將與相位延遲的 正側(cè)驅(qū)動信號成比例的恢復(fù)電流注入所述正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)，以在所述差分輸入信號不再觸發(fā) 所述動態(tài)電流源的正側(cè)時(shí)迫使由所述正側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的寄生電容保持的殘留信號為靜態(tài)； 和 負(fù)側(cè)偏置電路，其耦合到與所述負(fù)側(cè)輸出跨導(dǎo)裝置相關(guān)聯(lián)的負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)，所述負(fù)側(cè) 偏置電路被配置以相位延遲出現(xiàn)在所述負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的負(fù)側(cè)驅(qū)動信號并將與相位延遲 的負(fù)側(cè)驅(qū)動信號成比例的恢復(fù)電流注入所述負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)，以在所述差分輸入信號不再觸 發(fā)所述動態(tài)電流源的負(fù)側(cè)時(shí)迫使由所述負(fù)側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)處的寄生電容保持的殘留信號為靜 態(tài)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的功率控制系統(tǒng)，其被配置為二級動態(tài)偏置電流源。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的功率控制系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括： 差分放大器，其通信地耦合到所述跨導(dǎo)裝置的輸入對以及所述跨導(dǎo)裝置的輸出對以接 收和所述差分輸入信號成比例的量的動態(tài)偏置電流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的功率控制系統(tǒng)，所述差分放大器被配置為電源中的電壓調(diào) 節(jié)反饋元件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的功率控制系統(tǒng)，所述電源被配置為DC-DC轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號】H03F3/45GK104094523SQ201380006548
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月24日
【發(fā)明者】C·帕克斯特 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司