[发明专利]放大器

说明书

本发明申请是申请日为2004年7月22日、申请号为“200410059086.1”、发明名称为“放大器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及放大器，具体地，当然并非专有地涉及适用于与单个集成电路上的复杂的其他数字或模拟电路结合使用的音频放大器，用于驱动接地的扬声器或耳机。

背景技术

许多集成音频放大器使用单电源(电源电压Vdd，典型地为5v)，并产生一静态电压大约为Vdd/2的输出信号。由此，需要交流耦合来提供一参考地的输出信号，如到其他接地设备或扬声器或耳机的连接所要求的那样。对于如扬声器或耳机那样的低阻抗负载，这些交流耦合电容需要大到维持良好的低音响应(用于驱动16欧姆的负载，在20Hz对于-3dB点需要470微法的耦合电容)。对于手提系统来说，这些耦合电容的物理尺寸尤为重要，但对于低成本的系统来说，则其成本具有重大意义。而且，该耦合电容需要在加电时充电(至Vdd/2)，并需要在断电时或甚至在暂时的省电空闲运行模式下放电。如果不采用特殊的预防措施来制止，则会造成来自扬声器或耳机的恼人的卡哒声和砰砰声。这通常需要额外的芯片外的开关晶体管和阻抗(由于它们需连接至远离该芯片的电容器的端子)。即使输出负载具有较高的阻抗且耦合电容器较小，例如对于驱动10k欧姆负载的线性输出，也能观测到该这些效应，且需要额外的元件来消除这些影响。

相应地，要求使用一放大器提供对零电位(0V)平衡的驱动输出信号，以避免对空间的要求和额外元件的费用。换句话说，将要求使用一放大器，其静态输出电压为零电位，使得在驱动接地负载时不需要耦合电容器。

一种尝试解决该问题的办法公开于US2003/0138112A1中。该文件公开了一种耳机驱动器系统，其包括DC电压至电压转换器，设置来从正电源电压产生负电源电压。该系统包括耳机驱动放大器，其被提供有正电源电压和所产生的负电源电压，并被设置用于产生偏移地电位(0V)的输出信号。因此尽管该系统在单电压源的作用下操作，但不需要在放大器和耳机输入之间设置大的耦合电容。在所述的实施例中，该电压-电压转换器包括一电荷泵，以及相对较小(即1-10uF)的外部电容器。然而，尽管避免了使用大的耦合电容，引用该电压-电压转换器明显地增加了所述放大器系统的复杂度，由此增加了成本。

为降低系统成本，期望使用一低成本的负电源发生器，例如形式简单的不可调节的电容器电荷泵。对于某些应用，期望在同一芯片上引入至少部分负电源发生电路以及其他的放大元件。然而，低成本、简单的负电源发生器所具有的问题是它们往往会具有噪声(良好的输出电压调节，例如使用线性后调节器，通常要求具有大的其自身的去耦罩，必然会提高复杂度和成本)。大多数调节器，尤其是低信息遗失的调节器，其所具有的带宽低于音频，因此，如果不在输入和输出上使用大的去耦合电容器，其难以抑制电源波动的音频成份，或难以在音频处提供好的负载调节。例如，工作于一干净的正电源和一带噪声的负电源的耳机放大器的操作可能导致在产生的输出信号上出现无法接受的高电平的噪声，除非采取特殊的预防措施在音频或以上频率处给予该放大器高的电源抑制。

不管该负电源是否是从该正电源产生的，或者是否是由一独立源提供的，一放大器与一单个芯片上其他电路的集成带来了进一步的问题，其中所述放大器在双(即正和负)电源的作用下操作。人们意欲与放大器集成使用的(用于处理数字和模拟信号)的电路通常被设计为在一单个正电源和接地之间操作。显然，必须为兼容性，即为双电源操作修改已存在的电路结构并不是所期望的。

逐渐地，且尤其是作为数字音频系统发展的结果，正变得期望将放大器与其他数字和音频信号处理电路嵌入在同一硅基底上。使用比过去典型的应用更小的几何工艺来最划算地实现此集成电路。期望的是使用所提供的特征尺寸通常为0.35um，0.25um或甚至更小的技术来实现这些电路。在这些技术中，电源电压典型地被限制为3.3V或2.5V。互补MOS(CMOS)在一单个硅晶片上联合使用PMOS和NMOS技术，与例如BiCMOS或引入附加装置结构用于高电压输出的任何专门处理相比，其或许是当前技术中最划算的。期望提供一种放大器，其与其他电路在一CMOS芯片上集成，或至少在具有少量附加制造步骤的CMOS工艺中制造。然而，CMOS芯片传统上被按排用于单电源操作。该P型基底被连接至地，因此，没有N型区域(例如，NMOS源极或漏极)可被偏置为大于低于接地的二极管的压降。