[发明专利]高线性输入和输出轨到轨放大器

说明书

一种放大器包括接收输入信号的输入跨导器，该输入信号具有电压摆幅。电源侧电流镜生成作为输入信号电压的函数的栅极电压，并且电流源提供作为栅极电压的函数的输入跨导器的偏置电流，以在输入信号的电压摆幅上保持恒定的偏置电流。电阻器平均化跨导消除跨导器的源极电压以提供平均源极电压，并且将平均源极电压施加到所述跨导消除跨导器的输入器件的阱以减小反向偏置效应。输入器件布置在相同阱中并具有公共质心以消除工艺不匹配。第一I‑DAC修整第一跨导器的偏移，并且第二I‑DAC修整第二跨导器的偏移，以在轨到轨输入共模范围内实现低偏移。

背景技术

J.M.Carrillo、J.F.Duque-Carrillo、G.Torelli和J.L.Ausin的论文“Constant-constant-slew-rate high-bandwidth low-voltage rail-to-rail CMOS input stagefor VLSI cell libraries”，IEEE J.Solid-State Circuits,vol.38,no.8,pp.1364-1372,Aug.2003(以下简称“Carrillo论文”)(其出于所有目的通过引用整体并入本文)描述了“在整个输入共模电压范围内提供恒定的小信号和大信号行为，同时对高频操作没有施加明显限制”的“通用低压轨到轨(rail-to-rail)输入级”。Carrillo论文中描述的电路的缺点是它可能无法提供一些应用所需的线性性能。

发明内容

在一个实施例中，本公开提供了一种用于在由放大器的输入跨导器(transconductor)接收的输入信号的电压摆幅上保持恒定偏置电流的方法。该方法包括生成作为输入信号电压的函数的电源侧电流镜(supply side current mirror)栅极电压，并使用该栅极电压用于控制到输入跨导器的偏置电流源，其中输入跨导器的偏置电流被保持为恒定。

在另一实施例中，本公开提供了一种包括放大器的装置，该放大器包括接收输入信号的输入跨导器，该输入信号具有电压摆幅。放大器还包括：电源侧电流镜，该电源侧电流镜生成作为输入信号电压的函数的栅极电压；以及电流源，该电流源提供作为栅极电压的函数的输入跨导器的偏置电流，以在输入信号的电压摆幅上保持恒定的偏置电流。

在另一实施例中，本公开提供了一种用于增加具有跨导消除跨导器(transconductance-cancelling transconductors)的放大器的线性度的方法。该方法包括平均化跨导消除跨导器的源极电压以提供平均源极电压，以及将平均源极电压施加到跨导消除跨导器的输入器件的阱(well)以减小反向偏置效应。输入器件布置在相同阱中并具有公共质心(common centroid)以消除工艺不匹配。

在另一实施例中，本公开提供了一种具有跨导消除跨导器和电阻器的放大器，这些电阻器平均化跨导消除跨导器的源极电压以提供平均源极电压，并且将平均源极电压施加到跨导消除跨导器的输入器件的阱以减小反向偏置效应。输入器件布置在相同阱中并具有公共质心以消除工艺不匹配。

在另一实施例中，本公开提供了一种修整(trim)放大器的跨导器的偏移以增加其在轨到轨输入共模范围(rail-to-rail input common mode range)内的线性度的方法，其中放大器接收输入电压，并且包括当输入电压为高电平时处理输入电压的第一一个或多个跨导器和当输入电压为低电平时处理输入电压的第二一个或多个跨导器。该方法包括使用第一电流数模转换器(current digital-to-analog converter，I-DAC)来修整处理高电平输入电压的第一一个或多个跨导器的偏移。该方法还包括使用第二I-DAC来修整处理低电平输入电压的第二一个或多个跨导器的偏移。使用第一和第二I-DAC在轨到轨输入共模范围内实现了较低偏移。