專利名稱：差動放大電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有CMOS晶體管并且按AB類放大的推挽輸出放大電路。本發明的裝置涉及適用于像便攜電話這種需要確保電池壽命的節電型設備的差動放大電路。
這樣構成的裝置中，偏置電路2從正電壓電源VDD與基準電壓VSS的差電壓減去晶體管T1的管壓降得到的電壓施加在電阻R1上，電流流過在節點NB連接電阻R1和晶體管T1的直流電路。該電流大小按偏置電壓的形式經NB節點提供給各元件，決定各元件的工作點。輸入電路1中，晶體管T3和T6以及晶體管T2和T5使用特性相等的晶體管。節點N3是晶體管T5和晶體管T6的公共連接點，N3節點電壓VN3隨+側輸入信號電壓V+IN和-側輸入信號電壓V-IN的差電壓(V+IN-V-IN)的變化而大幅度變動。即，使用晶體管T5、T6的漏極電流ID和漏極·源極間電壓VDS引起的負載電阻，由有功負載提高電壓增益。
輸出電路4的輸出晶體管T8成為作為輸出晶體管T7的負載而運作的有功負載，同時通過晶體管T9把信號施加到輸出晶體管T8上。輸出晶體管T7隨N3節點電壓VN3改變輸出晶體管T7的電流。電容器Cc在高頻下使增益降低，防止振蕩。有功負載把該電流變化變換為大振幅的信號，從輸出端子out輸出。電平移動電路3變換從輸入電路1供給的差電壓(V+IN-V-IN)的電壓電平，提供給輸出電路4。
并且，進行線性信號放大的A類放大時，不管有無輸入信號，總是流過偏置電流。另一方面，大功率放大電路的情況下，由于進行B類放大，將偏置電壓設置為零電壓，在無信號時防止偏置電流流動。但是，B類放大中，產生零電流附近的特性的非直線性引起的串擾失真。因此，為防止串擾失真，使用僅流過偏置電流的AB類放大。
但是，現有技術中，存在的問題是由于制造偏差、電源變動等，輸出電路的工作點改變，容易導致特性的變化。從而，為確保余裕度，僅流過無信號時的偏置電流，但另一方面，便攜電話中每一電池將待機時間保持100小時以上是很重要的，因此需要使無信號時的偏置電流非常小。為解決上述問題，本發明的目的是提供一種差動放大電路，即便有制造偏差、電源變動，輸出電路的工作點也是穩定的，并且無信號時的偏置電流與最大輸出電流相比非常小即可。
這樣構成的裝置中，在施加給輸入電路10的信號為無信號時，反饋·偏置電路20向輸出電路提供與最大輸出電流相比僅一點點消耗電流的偏置電壓，并進行AB類放大。電流檢測電路40檢測輸出電流并返回反饋·偏置電路20，反饋·偏置電路20返回輸出電流來進行控制偏置電壓的反饋控制，因此，即便有制造偏差、電源變動，也可得到輸出電路的工作點穩定的差動放大電路。
輸入電路10最好具有+側輸入信號輸入到柵極端子的第一晶體管MP2和-側輸入信號輸入到柵極端子的第二晶體管MP1，該第一和第二晶體管的源極端子經恒流源晶體管MP3連接正電壓電源VDD，漏極端子連接于上述反饋·偏置電路，如果是這樣的構成，第一和第二晶體管的特性相等，就能夠生成正確的差電壓信號。
輸出電路30最好具有連接在正電壓電源VDD和基準電壓GND，VSS之間的第一輸出晶體管MP17和第二輸出晶體管MN11，向該第一和第二輸出晶體管的源極端子施加從反饋·偏置電路20提供的偏置電壓，同時該第一和第二輸出晶體管公共連接的端子作為輸出端子，如果是這樣的構成，第一和第二輸出晶體管的有功負載作用使偏置電壓的微小變動變換為大振幅信號，從輸出端子輸出。
電流檢測電路40最好具有將供給第一輸出晶體管MP17的偏置電壓施加在柵極端子并將正電壓電源VDD的電壓施加在源極端子的第一電流檢測用晶體管MP16和將供給第二輸出晶體管MN11的偏置電壓施加在柵極端子并將基準電壓GND，VSS的電壓施加在源極端子的第二電流檢測用晶體管MN10，如果是這樣的構成，就適合于將輸出電路30的輸出電流返回反饋·偏置電路20。另外，如果電流檢測電路40具有將供給第一輸出晶體管MP17的偏置電壓施加在柵極端子并將正電壓電源VDD的電壓施加在源極端子的電流控制晶體管MP12和將供給第二輸出晶體管MN11的偏置電壓施加在柵極端子并將基準電壓GND，VSS的電壓施加在源極端子的第三電流檢測用晶體管MN23，電路結構就比權利要求4記載的結構簡單。
發明的最佳實施例以下用
本發明的實施例。
圖1是說明本發明的一個實施例的構成框圖。圖中，輸入電路10具有-側輸入信號-IN輸入到柵極端子的P溝道晶體管MP1和+側輸入信號+IN輸入到柵極端子的P溝道晶體管MP2。晶體管MP1，2的源極端子經恒流源連接正電壓電源VDD，漏極端子連接于反饋·偏置電路20。
反饋·偏置電路20將對應輸入到輸入電路10的+側輸入信號+IN和-側輸入信號-IN的差動電壓的控制信號提供給輸出電路30，同時使用從電流檢測電路40返回的電流檢測信號進行反饋控制。電流檢測電路40具有電流檢測用P溝道晶體管MP16和電流檢測用N溝道晶體管MN10。電流檢測用P溝道晶體管MP16的柵極端子連接反饋·偏置電路20的供給P溝道輸出晶體管MP17的控制輸出電壓端，源極端子連接正電壓電源VDD，漏極端子連接于反饋·偏置電路20的返回端子。電流檢測用N溝道晶體管MN10的柵極端子連接反饋·偏置電路20的供給N溝道輸出晶體管MN11的控制輸出電壓端，源極端子連接反饋·偏置電路20，漏極端子接地。
輸出電路30具有P溝道輸出晶體管MP17和N溝道輸出晶體管MN11。P溝道輸出晶體管MP17的柵極端子連接在反饋·偏置電路20的控制輸出電壓端，源極端子連接正電壓電源VDD，漏極端子連接負載輸出端子out。N溝道輸出晶體管MN11的柵極端子連接在反饋·偏置電路20的控制輸出電壓端，源極端子連接負載輸出端子out，漏極端子接地。
接著說明這樣構成的裝置的運作。沒有來自輸入電路10的差動輸入時，反饋·偏置電路20的輸出電流(電流檢測電路40的檢測電流)為i，電流I流過輸出電路30。雖然該輸出電路30的電流I可以是任何值，但在沒有輸出電流Iout的狀態下，為了不浪費電流，要取小電流。
因此，用電流檢測電路40進行按照電流鏡像的電流檢測，由反饋·偏置電路20進行控制，以使該檢測電流為一定值。來自輸入電路10的差動輸入電流對應+側或-側，反饋·偏置電路20的控制輸出電壓，即輸出晶體管的柵極電壓被變換為與差動輸入電流相同符號的電壓輸出，去驅動連接于輸出電路30的負載。
輸出電路30在負載中流過電流時，在P溝道輸出晶體管MP17中流過電流I+Iout，電流檢測用P溝道晶體管MP16也檢測到大電流。此時，N溝道輸出晶體管MN11中流過電流I，電流檢測用N溝道晶體管MN10也檢測到與該電流I對應的電流。反饋·偏置電路20輸出電流檢測用P溝道晶體管MP16和電流檢測用N溝道晶體管MN10的檢測電流中小的一個并對其進行控制，使輸出電流Iout不降低。
接著，說明實施本發明的具體電路。圖2是說明本發明的第一實施例的電路圖。輸入電路10具有-側輸入信號-IN輸入到柵極端子的P溝道晶體管MP1和+側輸入信號+IN輸入到柵極端子的P溝道晶體管MP2。晶體管MP1，2的源極端子經晶體管MP3連接正電壓電源VDD。晶體管MP3由根據電源中斷信號PDN通斷的晶體管MP20接通斷開，使差動放大電路的通斷與電源中斷信號PD聯動。電源中斷信號PD從安裝差動放大電路的電源開關等提供，根據晶體管的極性生成正相的PDP和反相的PDN。
反饋·偏置電路20具有和晶體管MP3聯動來通斷的晶體管MP8，9，10，11，18。電源中斷信號PDN也輸入到晶體管MP21的柵極端子，晶體管MP4，5，6，7與晶體管MP21聯動通斷。電源中斷信號PDP輸入晶體管MN15的柵極端子，晶體管MN12，13，14與晶體管MN15聯動通斷。電源中斷信號PDP也輸入到晶體管MN19的柵極端子，來決定向晶體管MN12的柵極端子施加電流基準信號Iref的通斷。晶體管MN13，14，15構成電流鏡像電路。
晶體管MP5和MP8、晶體管MP6和MP9、晶體管MP7和MP10構成級聯，在低電壓下運行。晶體管MP6，7疊合來增大級聯電路的輸出阻抗。晶體管MP11的漏極端子連接晶體管MN3，MN4，MN6的柵極端子。晶體管MP11上流過基準電流i，由晶體管MN6進行電流/電壓變換，偏置晶體管MN3和MN4，晶體管MN1和MN2疊合構成級聯電路，增大輸出阻抗，提高增益。
晶體管MN1的源極端子接地，漏極端子連接P溝道晶體管MP1的漏極端子和晶體管MN3的源極端子。晶體管MN2的源極端子接地，漏極端子連接P溝道晶體管MP2的漏極端子和晶體管MN4，MN5的源極端子。晶體管MN1，MN2的柵極端子連接晶體管MN3的漏極端子與晶體管MP5的漏極端子的公共連接點。晶體管MN4的漏極端子連接晶體管MP6的漏極端子，同時和P溝道輸出晶體管MP17的柵極端子連接。晶體管MN5的漏極端子和晶體管MP7的漏極端子連接，并且和N溝道輸出晶體管MN11的柵極端子連接。
輸出電路30中在P溝道輸出晶體管MP17的漏極和柵極之間設置相位補償用的電阻R2和電容器C2構成的CR電路。N溝道輸出晶體管MN11的漏極和柵極之間設置相位補償用的電阻R3和電容器C3構成的CR電路。P溝道輸出晶體管MP17由根據電源中斷信號PDN通斷的晶體管MP22通斷。N溝道輸出晶體管MN11由根據電源中斷信號PDN通斷的晶體管MN16通斷。電流檢測電路40具有構成電流鏡像電路的晶體管MP13，MP14，MP15。電流檢測用P溝道晶體管MP16的柵極端子連接P溝道輸出晶體管MP17的柵極端子，源極端子連接晶體管MP15的漏極端子，漏極端子經晶體管MN9接地。電流檢測用N溝道晶體管MN10的柵極端子連接N溝道輸出晶體管MN11的柵極端子，源極端子連接晶體管MN8的漏極端子，漏極端子經晶體管MP14連接正電壓電源VDD。晶體管MN7使用晶體管MP13檢測流過電流鏡像電路的電流，還由晶體管MP12反映P溝道輸出晶體管MP17的柵極端子電壓，進行電流/電壓變換，返回晶體管MN5的柵極端子。
這樣構成的裝置中，晶體管MN6和MN7的電流按其大小比來控制，來減小輸出電路的電流I，從而可減少消耗電流。使該輸出電路的電流I為最大輸出電流的幾百分之一，就能夠減少無信號時的消耗電流。
圖3是說明本發明的第二實施例的電路圖。第二實施例與第一實施例相比，電流檢測電路40簡化了。電流檢測電路40具有構成電流鏡像電路的晶體管MP13，MP14、電流限制用的電阻R4、晶體管MP12和晶體管MN7，MN23。電流控制晶體管MP12向柵極端子施加提供給輸出晶體管MP17的偏置電壓，經晶體管MP13把正電壓電源VDD的電壓施加到源極端子。電流檢測用晶體管MN23向柵極端子施加提供給輸出晶體管MN11的偏置電壓，源極端子接地，漏極端子經電阻R4和晶體管MP14連接正電壓電源VDD。晶體管MN7與第一實施例相同。
即使這樣電路結構也能夠提供無信號時的偏置電流非常小并且大信號時得到大電流的差動放大電路。另外，上述實施例中，作為反饋·偏置電路和電流檢測電路表示了使用CMOS晶體管的情況，但本發明不限定于此，也可以使用主要是能節電、放大率高的元件的其他形式的放大元件。
如上說明，按照本發明的差動放大電路，反饋·偏置電路在施加于輸入電路上的信號是無信號時，與最大輸出電流相比僅向輸出電路提供消耗電流的偏置電壓來進行AB類放大，因此無信號時的消耗電流與最大輸出電流相比可以非常小，從而可確保延長電池壽命，尤其適合用于便攜電話、便攜游戲機中。由于電流檢測電路檢測出輸出電流并返回反饋·偏置電路，并且反饋·偏置電路返回輸出電流來控制偏置電壓，所以，即便存在制造偏差、電源變動等，也能夠得到輸出電路的工作點穩定的差動放大電路。
權利要求
1.一種差動放大電路，其特征在于包括生成+側輸入信號和-側輸入信號的差電壓信號的輸入電路、輸入由該輸入電路供給的差電壓信號、供給與該差電壓信號相當的偏置電壓的同時返回輸出電流來反饋控制該偏置電壓的反饋·偏置電路、向負載側供給與該偏置電壓對應的輸出電流的輸出電路和檢測該輸出電流來提供給該反饋·偏置電路的電流檢測電路；在所述差電壓信號為無信號時所述差動放大電路使所述偏置電壓的電流值接近于零，并進行AB類放大。
2.根據權利要求1的差動放大電路，其特征在于所述輸入電路具有+側輸入信號輸入到柵極端子的第一晶體管(MP2)和-側輸入信號輸入到柵極端子的第二晶體管(MP1)，該第一和第二晶體管的源極端子經恒流源晶體管(MP3)連接正電壓電源(VDD)，漏極端子連接于所述反饋·偏置電路。
3.根據權利要求1或2的差動放大電路，其特征在于所述輸出電路具有連接在正電壓電源(VDD)和基準電壓(GND，VSS)之間的第一輸出晶體管(MP17)和第二輸出晶體管(MN11)，向該第一和第二輸出晶體管的源極端子施加從所述反饋·偏置電路提供的偏置電壓的同時，該第一和第二輸出晶體管公共連接的端子作為輸出端子。
4.根據權利要求3的差動放大電路，其特征在于所述電流檢測電路具有將供給所述第一輸出晶體管的偏置電壓施加在柵極端子并將所述正電壓電源的電壓施加在源極端子的第一電流檢測用晶體管(MP16)和將供給所述第二輸出晶體管的偏置電壓施加在柵極端子并將所述基準電壓的電壓施加在源極端子的第二電流檢測用晶體管(MN10)。
5.根據權利要求3的差動放大電路，其特征在于所述電流檢測電路具有將供給所述第一輸出晶體管的偏置電壓施加在柵極端子并將所述正電壓電源的電壓施加在源極端子的電流控制晶體管(MP12)和將供給所述第二輸出晶體管的偏置電壓施加在柵極端子并將所述基準電壓的電壓施加在源極端子的第三電流檢測用晶體管(MN23)。
全文摘要
本發明的差動放大電路包括生成+側輸入信號和－側輸入信號的差電壓信號的輸入電路10；輸入由輸入電路10供給的差電壓信號、供給與該差電壓信號相當的偏置電壓的同時，返回輸出電流并反饋控制該偏置電壓的反饋·偏置電路20；向負載側供給與該偏置電壓對應的輸出電流的輸出電路30；檢測輸出電流來提供給反饋·偏置電路20的電流檢測電路40。在差電壓信號為無信號時差動放大電路使偏置電壓的電流值接近于零并進行AB類放大。
文檔編號H03F3/45GK1402904SQ00816358
公開日2003年3月12日 申請日期2000年12月1日 優先權日1999年12月2日
發明者前島利夫 申請人:雅馬哈株式會社