[发明专利]高阻抗电平移动放大器

说明书

技术领域

本发明涉及放大器电路，尤其是指高阻抗电平移动的装置、系统及其方法。 

背景技术

电平移动放大器包括将输入信号移动预定电压的一类放大器。在一些场合中，需要处理的输入信号电压范围大于电路的供电电压(例如电压轨)。如下所述，为实现电平移动目的，存在着各种电路。 

现有技术的图1说明了根据现有技术的一种示例性的电平移动电路100。该电路100包括一个反相运算放大器LM324，其同相输入端耦合接地。在运行中，电路100作为一个单一供电设备，由供应电压正轨供电，回路接地。由于电路100的输入信号反相为输出信号，输入信号范围可以从地降到负电压。此外，输出信号可以在地到由反馈电阻R1，R2的比率决定的某个(其他)正电压之间摆动。当然，电路100的输入阻抗等于输入电阻R1的值。 

现有技术的图2为根据现有技术的另一个示例性的电平移动放大器电路200。如图所示，该电路200从电压正轨使第一NPN双极型晶体管Q1和Q2的发射极和基极摇摆(dangle)。由于所有连结隔离的节点(alljunction-isolated nodes)在正轨附近偏置，输入信号的范围可以高到电压正轨减去一部分电压，低至负轨(地)以下，直到发生击穿。根据电路200的设计，不是第一晶体管对Q1和Q2就是第二晶体管对Q3和Q4会首先击穿。这种电路200通常在仪表放大器和高速数字线路接收器中使用。此外，被检测的输入信号通常必须为电路200的输入级提供偏置电流。 

 现有技术的图3为根据现有技术的另一个示例性的电平移动放大器电路300。该电路300通常应用在可调节稳压器中。如图所示，能带隙基准电压Adj在衬底以下摆动(dangle)，衬底连接电路300的输出端Vout。一个用户提供的电阻分压器302分别连接输出端Vout、基准电压的末端和地。调节之后的输出Vout设置为分压器302的电阻分配比率乘以能带隙基准电压Adj的函数。通常，选择阻抗相当低的电阻分压器302，从而电阻分压器302的电流一般从能带隙基准电压Adj末端抽走(swamp)10-20μA电流。 

现有技术的图4A和4B为根据现有技术的另外一个示例性的电平移动放大器电路400。该电路400从一个偏置电流发生器接收一个输入电流信号i_refp 401。电流流经一个N沟道的FET NE3，该FET提供供电中断功能。电流也流经由P沟道FET pe3、pe5、pe6、pe1、pm7和pm0构成的常用的P沟道级联电流镜。可以注意到，FET pe5和pm0具有相同的W/L参数(也就是FET栅极的宽度/长度尺寸)，但是，两者的m数(也就是并联的FET数量)为4∶1。因此，电流镜输出部分(pm0的源-漏极)的电流是输入电流i_refp的四倍。 

参看图4A和4B，电流镜的输出电流(主要由FETpm0和与之级联的pm7控制)流经阻性负载421-424。在运行中，电流流经由P沟道FET pf2和与之相连的级联器件pif2构成的源极跟随器。节点vout_p的电压是输入电压vin_p(在节点470处)加上由于阻性负载421-424而产生的补偿电压(offset)，和由于源极跟随器FET451或者其他源极的临界电压而产生的补偿电压。如图所示，由于pif2是低阈值电压型，因此源极跟随器FET451两端呈现稳定的1.1V电压，这样FET451，452的栅极就可以连接在一起；因此大大增强的电平移动器在其全部信号范围内的线性度。 

继续参看图4A和4B，可以看到，由于流经阻性负载421-424的电流可能需要产生几百mV的电势差，电路400的带宽可能变得有限。这种效应可能是FET451与452的寄生电容和阻性负载421-424的时间常数效应(time constant effect)。为了克服过度的带宽限制，可以由FET对pe18和pe19组成一个高源极阻抗的电流源来改善电压变化速率(slewrate)。这个电流源与接受供给的偏置电流ib的镜像电路485成镜像，其中镜像电路485由插入到FET pe18和级联FET pe19之中的FET pe30、pe22、pe23、pe24组成。须注意将节点470的vin_p信号转换为节点的vout_p的移动器动作仅发生在一对差模信号的一半周期(通常是正半周)。一个完全复制的转换桥臂电路490用于将负信号vin_n转换为vout_n。vin_p和vin_n都移动由电流i_refp决定的一个电压，这反映了这两个信号需要几乎相等的补偿量以避免在差模信号中引入误差。