放大器偏置技术

技术领域

本公开涉及放大器，并且更具体地涉及提供改善的放大器的输出晶体管的偏置以节省功率的技术。

背景技术

某些AB放大器的输出级通常由大宽度，最小通道长度的互补NMOS和PMOS功率晶体管组成。二极管连接的场效应晶体管(FET)通常将它们用作比率复制设备以产生电平偏移，该电平偏移用于设置输出设备的栅极电压和AB类偏置栅极电压。这些复制设备不能充分地模拟功率晶体管的实际漏极-源极电压，因此导致输出级的待机电流高于预期，并且待机电流对电源电压的过度依赖。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本文档中讨论的各种实施例。

图1总体上示出了包括用于输出级的示例偏置配置的放大器。

图2总体上示出了用于图1的p沟道输出晶体管的示例性偏置电路，并且为相应的偏置晶体管提供了控制信号(BIASP)。

图3总体上示出了用于图1的n沟道输出晶体管的示例性偏置电路，并且为相应的偏置晶体管提供了控制信号(BIASN)。

图4总体上示出了根据本主题的操作放大器偏置电路并且用于偏置推挽输出级的输出晶体管的示例方法。

具体实施方式

本发明人已经认识到用于向放大器级的一个或多个晶体管(例如，放大器的输出晶体管)提供期望的偏置的改进技术。在某些示例中，该技术可以应用于但不限于AB型放大器或其他采用推挽级的放大器类型。所提供的技术是对常规偏置技术(例如基本Monticelli偏置技术)的改进，因为可以针对跨相应输出晶体管的电压更好地调整偏置。这样的常规技术可以包括使用一对互补地偏置的互补晶体管，其并联耦合并耦合到输出晶体管的控制节点。每个偏置晶体管的控制节点可以耦合到一个独立的偏置电路，该偏置电路包括一个电流源，该电流源在输出晶体管的供电轨(Vdd，Vcc)之间与二极管连接的复制晶体管串联耦合。第一复制晶体管可以是相应偏置晶体管的缩放副本，第二复制晶体管可以是相应输出晶体管的缩放副本。对于许多应用，即使负载为高阻抗，常规偏置技术也允许输出晶体管中存在待机电流，因此，即使负载几乎没有接收任何电流，每个放大器也可以工作。使输出晶体管保持活动状态可以提供更好的输出级带宽。然而，对于某些配置，由偏置电路提供的待机电流可能比期望值高得多，并且可能对效率产生负面影响，尤其是当负载的电流需求非常低时。例如，上述基本的蒙蒂塞利技术提供了大约两个阈值电压的偏置电压，复制输出晶体管上的电压约为一个阈值电压。通常，在待机状态期间，希望副本输出晶体管两端的电压与实际输出晶体管两端的电压匹配。

例如，功率放大器的输出级通常可以由大宽度，最小沟道长度的互补NMOS和PMOS场效应晶体管(FET)组成。在常规偏置方案中，二极管连接的FETS被用作比率复制器件，以产生电平移位，该电平移位用于设置输出器件的栅极电压和偏置栅极电压。不幸的是，复制型FET不能对功率FET的实际漏源电压进行充分的建模，因此不能解决FET的有限输出阻抗对待机电流的影响。下面描述的技术将复制晶体管嵌入到放大器环路中，该环路施加适当的漏极-源极电压以及待机电流的比率，以获得针对所需待机电流的正确栅极电压。另外，第二二极管连接的器件包括在放大器的负载路径中，以从复制品栅极电压产生所需的偏移，以设置偏移栅极电压。互补放大器电路用于NMOS和PMOS偏置。

图1总体上示出了包括用于输出级的示例偏置配置的放大器100。放大器100可以包括输入级101、输出级102以及示例性偏置电路103、104。在某些示例中，输入级101可以接收输入信号(IN)，并且输出级102可以提供放大版本，例如输出信号(OUT)。输出级102可以包括串联耦合在两个电源轨(Vdd，Vcc)之间的第一输出晶体管105和第二输出晶体管106。在某些示例中，输出级102可以是推挽输出级，使得第一输出晶体管105是p沟道晶体管，而第二输出晶体管106是n沟道晶体管。第一和第二输出晶体管105、106的控制节点可以耦合到各自的偏置晶体管107、108。输出级102可以包括具有电流镜110的折叠共栅级109。折叠共栅级109可以接收输入级101的输出，并且可以耦合到偏置晶体管107、108。偏置晶体管107、108可以耦合到相应的偏置电路103、104，偏置电路103、104被配置为当耦合到输出级输出节点的负载的电流需求很小时，在待机状态下将输出晶体管105、106保持在活动导通状态，同时将电流降至最低。即使没有或只有很小的负载电流，这种偏置仍可始终使输出晶体管保持活动状态(例如，导通电流)。

图2和图3大体上示出了用于对图1的输出晶体管105、106进行偏置的互补示例性偏置电路203、204。图2大体上示出了用于p沟道输出晶体管105的示例性偏置电路203，并提供控制信号(BIAS

反馈路径221可以包括与第二电流源228串联耦合的第二复制晶体管223。第二输入晶体管225的控制节点可以耦合至反馈路径221的节点，该节点将第二复制晶体管223与第二电流源228耦合。第二复制晶体管223的控制节点可以耦合到将第一复制晶体管222与电流镜226的镜像晶体管耦合的节点。在某些示例中，第二电流源228可以提供相应输出晶体管的待机电流的定标电流(例如，图1、105)。例如，如果第二复制晶体管223是对应的输出晶体管的1/1000，则第二电流源228提供的电流可以大约是待机电流的1/1000。

偏置放大器的第一输入晶体管224的控制节点可以被配置为接收代表在相应的输出晶体管(例如，图1、105)上的电压的设定点电压(V

图3总体上示出了用于n沟道输出晶体管(图1；106)的示例性偏置电路304，并且为相应的偏置晶体管(图1、108)提供了控制信号(BIAS

反馈路径321可以包括与第二电流源328串联耦合的第二复制晶体管323。第二输入晶体管325的控制节点可以耦合到反馈路径321的节点，该节点将第二复制晶体管323与第二电流源328耦合。第二复制晶体管323的控制节点可以耦合到将第一复制晶体管322与电流镜326的反射晶体管耦合的节点。在某些示例中，第二电流源228可以提供相应的输出晶体管(例如，图1、105)的待机电流的按比例缩放的电流。例如，如果第二复制晶体管223是对应的输出晶体管的1/1000，则第二电流源228提供的电流可以大约是待机电流的1/1000。

偏置放大器的第一输入晶体管324的控制节点可以被配置成接收代表跨越相应的输出晶体管(例如，图1、106)的电压的设定点电压(V

关于图2和3的示例，缩放的电流源(例如，227、228、327、328)可以是独立的，这可以提供比常规蒙蒂塞洛偏置方案更大的灵活性。在某些示例中，每个第二复制晶体管223、323可以包括耦合在相应的漏极和栅极之间的补偿电路，以帮助稳定。

图4总体上示出了根据本发明的示例性方法400，其操作放大器偏置电路并且用于偏置推挽输出级的输出晶体管。在401处，可以在偏置放大器的第一级的差分输入处接收设定点电压。在403处，可以将第一级的第一输出耦合到第一偏置放大器的第二级的输入。在405，可以在第一级的第二差分输入处接收来自第二级的反馈。在407处，可以在第一偏置晶体管的控制节点处接收第一级的第二输出。在409处，可以将偏置晶体管的第二节点耦合到包括放大器偏置电路的放大器的推挽输出级的第一输出晶体管的控制节点。

上面的详细描述包括对附图的引用，这些附图形成了详细描述的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实施本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。除了所示出或描述的元件之外，这样的示例可以包括元件。然而，本发明人还设想了仅提供示出或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还设想了使用所示或所描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例，关于此处显示或描述的特定示例(或其一个或多个方面)，或其他示例(或其一个或多个方面)。

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