[发明专利]一种输出电压范围超过电源电压的放大器

说明书

技术领域：

本发明涉及用于低电压设备的放大器电路，如电池供电产品。更具体地说，本发明涉及的低电压放大器电路的输出电压范围超过电源电压。 

背景技术：

在电子工业的许多领域，设计师转向低工作电压。低电压导致电池的使用寿命增加，产品的重量减轻，并且能使集成电路变得更小和更密集。这对便携式电子设备的设计很有利。例如，在早期大多数的手机电话使用5伏的电路设计。然而，目前的趋势是使用工作电压为1.0至3.3伏范围的电路，甚至在将来可能更低。 

虽然低工作电压对延长电池的使用寿命是有利的，但低电压可能会不利于电路的运行。例如，电路的电源电压被降低时，电路中的信号电压范围降低，从而增加了噪声的影响。此外，典型的放大器电路不能输出覆盖全部电源电压范围的电压。相反，输出电压往往被限制在一些值，这些值不接近供电轨的零点几伏。这个最小的供电轨和输出电压之间的电压差，被称为“净空”，这是电路设计功能随电源电压的微小变化。因此，当电源电压降低时，净空占可用的输出电压范围一个较大的比例。 

在锁相环（PLL）电路中，低工作电压对电路运行产生不利影响。锁相环的应用十分广泛，主要涉及通信方面。例如，锁相环用来恢复无线电传输中的载波频率，恢复数字比特流中的数据时钟，并且追踪信号的频率。锁相环还可用于调制和解调信号的频率和相位，以合成准确的无线电传输和接收频率，和其他的一些应用。 

在其最基本的形式中，一个锁相环包括相位检测器和电压控制振荡器（VCO）。相位检测器产生一个误差信号或控制电压，该控制电压基于压控振荡器的输出信号和参考频率之间的相位差。反过来，该控制电压决定电压控制振荡器的频率。因此，相位检测器提供反馈，使电压控制振荡器在参考频率处振荡。另外，对锁相环工作的细节在下文讨论。一个更彻底的改善被发现在锁相环电路设计中，这被纳入本发明全部参考。 

低工作电压以不同的方式对锁相环电路运行产生不利影响。首先，低电源电压降低提供给电压控制振荡器的控制电压的可用范围，从而限制了锁相环电路的可用频率范围。这个限制更重要，因为典型的相位检测电路的净空特性，从而进一步减少可用的控 制电压范围。 

尽管不是由低工作电压引起的，锁相环电路通常表现出控制电压和输出频率之间的非线性关系。这使得锁相环反馈电路补偿由于电压控制振荡器工作点的环路增益的改变更困难。一般来说，反馈环路补偿由具有高环路增益的电压控制振荡器工作点决定，使锁相环电路通过它的工作范围过度补偿。这种过度补偿可能对锁相环电路必须能够快速开关频率产生不利影响。例如，在时分复用GSM蜂窝电话指定方案中，锁相环电路必须能够改变一个时隙的频率，约570微秒。过度补偿的锁相环电路不能在所需的时间内解决新的工作频率。 

发明内容：

因此需要提供具有小于约5伏操作电压放大器的电路和方法。并且首选小于约3伏范围的。 

提供不牺牲输出电压范围的低电压放大器的电路和方法是理想的。 

此外，提供具有小于约5伏操作电压锁相环的电路和方法。并且首选小于约3伏范围的。 

提供不牺牲频率范围的低电压锁相环的电路和方法是理想的。 

此外，在锁相环电路的整个频率范围内，最好能够提供具有接近线性的控制电压-频率传递函数的锁相环电路和方法。 

本发明的技术解决方案： 

本发明的目的是通过包括一个电荷泵DC/DC转换器的集成电路来增加可用的操作电压和驱动高阻抗负载的跨导放大器电路。在本发明的一个实例中，该放大器具有相关输入增益，以至于传输特性是一个接近非线性传递函数的分段线性函数。 

对比专利文献：CN201839209U输出电压控制器201020271410.7 

附图说明：

本发明的目的将在下面作详细地描述，附图将对本发明的优点作进一步的描述。部分器件的参考字符已在图中标明。 

图1是一个典型的锁相环的原理框图。 

图2是图1中电压控制振荡器的简化示意图。 

图3是图2中电压控制振荡器的控制电压与频率的图表。 

图4A是图1相位检测器和滤波器的详细原理图，图4B是图4A电路操作的 时序图。 

图5是一个典型的相位检测器的净空图。 

图6是一个典型的锁相环的原理图。 

图7是图6中用于驱动电压控制振荡器典型放大器电路的简化原理图。 

图8是图7中开关电容电荷泵的简化原理图。 

具体实施方式：