[发明专利]一种提供带有高线性互导性能的轨到轨输出的电路

说明书

技术领域：

本发明提供了轨到轨输出级的电路和方法。特别地，本发明关于轨到轨输出级的电路和方法不使用反馈来提供高线性度，这种在互导中提供高线性度的方法，允许设计者控制空载电流，且该电流无关于制造过程、温度和电源提供电压。

背景技术：

轨到轨输出级在已知技术中广泛应用。典型的轨到轨输出级包括两个互补极性的共源（或共射）的三极管，其漏极（或集电极）连接到一起以形成一个连接到负载的结点，其源极（或射极）连接到电源提供电压的正极和负极，其栅极（或基极）连接到两个源于外部输入信号的驱动信号。这些输出级在提供最接近电源激励极限的输出信号电压和在给定的噪声水平提供最大信号噪声比率非常有用。

许多已知的提供轨到轨输出级的电路和方法，存在非线性的输入到输出传输特性。这些非线性的输入到输出传输特性会导致信号失真，特别是在高频信号中使用负反馈修正输出级的非线性将得到限制的开环增益。因此，需要在输出级中不使用反馈得到高线性度。

在轨到轨输出级中，经常需要一个已知的流入输出级各个三极管的空载电流。在输出级既不驱动电流流入也不拉动电流流出与输出结点连接的负载时，该空载电流流入三极管。通过在输出级的三极管中保持空载电流，输出级的交越失真保持到最小值。但是，空载电流会很难控制，因为构成输出级的元件的制造过程、温度和电源提供电压各不相同。

发明内容：

根据前述，本发明的第一个目的是提供实现高线性度的轨到轨输出级。

本发明的第二个目的是提供在输出级互导中实现高线性度的轨到轨输出级。

本发明的第三个目的是提供允许设计者控制空载电流的轨到轨输出级。

本发明的第四个目的是提供不使用反馈实现高线性度的轨到轨输出级。

本发明的第五个目的是提供空载电流无关于元件制造过程、温度和电源提供电压的轨到轨输出级。

本发明的技术解决方案：

根据本发明，提供了实现这些和其他目的的轨到轨输出电路和方法。特别地，本发明提供的轨到轨输出级的电路和方法，取消了在输出级电容器之间互导的非线性组分，并允许输出级的空载电流受电流源和器件大小比率的控制，而无关于制造过程、温度和电源提供电压。

总的来讲，在功能层面上，根据本发明的输出级可被构造，包括一个双三极管互补电路，一个电流镜电路，一个输出驱动器电路。这些电路被安排以使得输入信号能提供到双三极管互补电路和输出驱动器电路。一个偏置电压连接到双三极管互补电路。双三极管互补电路和输出驱动电路也可以连接到一个激励电压。双三极管互补电路驱动电流镜电路。电流镜电路和输出驱动电路共享一个共同端，其连接到负载。负载也连接到地，其具有一个在两个提供电压之间的电位。

在实施中，如下所述，根据本发明优先制造的输出级从外部电源接受输入信号，从偏置产生器接收偏置电压。响应于输入信号，输出驱动器会产生一个推力电流流入负载。响应于输入信号和偏置电压的差值，双三极管互补电路会使分支电路电流流入电流镜。电流镜从负载拉出一个拉力电流，该电流与分支电路电流成比例。当由输出驱动器流入负载的推力电流等于从负载流出到电流镜的拉力电流时，就称输出级“空载”，因为流过负载的净电流为0。负载电流对输入电压的响应，称为互导。

尽管输出驱动器提供至少一些推力电流并且电流镜拉出至少一些拉力电流，但是本发明的输出级提供稳定的线性互导。线性互导是通过输出级使用拉力电流通道的互导中取消的非线性组分匹配推力电流通道中的非线性成分来实现的。当提供一个足够大的电压作为输入信号，推理电流和拉力电流其中之一将停止流动。一旦这些电流其中之一停止流动，输出级停止取消输出信号中的非线性组分，并且，取而代之的是，输出级进入AB阶段操作，其中功率提高。

本发明的输出级可以包括偏置电压生成电路来为输出级提供电压作为偏置电压。这些偏置电压生成电路通过模拟在空载点的输出级产生的三极管电压和电流来产生需要的偏置电压。同时，空载电流可设置成与器件大小比率和参考电流源相关的比率。偏置电压生产电路为轨到轨输出级产生偏置电压，这样在输出级产生需要的无关于整体电路制造过程、温度和电源提供电压的空载电流。

对比专利文献：CN202602615U一种轨到轨使能信号的控制电路及电平转换电路201220089503.7

附图说明：

在考虑了以下具体的描述后，本发明上述的和其它目的和优点将是显而易见的，结合附图，相同的参考符号表示相同的部件，并且其中：

图1是一种已知的在轨到轨输出级中一对输出三极管的原理示意图；