放大器及其共模电压的控制方法与流程

1.本技术内容系关于电路，尤指一种放大器及其共模电压的控制方法。


背景技术：

2.差动放大器的共模电压若偏离预设值，则会压缩输出动态范围。此外，随着制程的推进，操作电压越来越低，因此，如何在不额外叠接晶体管的情况下，有效地调整放大器的共模电压，已成为本领域亟需解决的问题之一。


技术实现要素：

3.本技术提供一种放大器，包含：正端p型晶体管；负端p型晶体管；正端n型晶体管，其中该正端p型晶体管和该正端n型晶体管叠接于第一参考电压和第二参考电压之间，该正端n型晶体管的汲极耦接该正端p型晶体管的汲极并输出正端输出信号；负端n型晶体管，其中该负端p型晶体管和该负端n型晶体管叠接于该第一参考电压和该第二参考电压之间，该负端n型晶体管的汲极耦接该负端p型晶体管的汲极并输出负端输出信号；第一正端电容，耦接于该正端p型晶体管的闸极和该正端n型晶体管的闸极之间；第一负端电容，耦接于该负端p型晶体管的闸极和该负端n型晶体管的闸极之间；及第一控制电路，用来依据该正端输出信号、该负端输出信号及该目标共模电压产生第一控制信号至该第一正端电容的第一端及该第一负端电容的第一端；其中该放大器的正端输入信号由该第一正端电容的第二端输入，及该放大器的负端输入信号由该第一负端电容的第二端输入。
4.本技术提供一种放大器的共模电压的控制方法，其中该放大器包含：正端p型晶体管；负端p型晶体管；正端n型晶体管，其中该正端p型晶体管和该正端n型晶体管叠接于第一参考电压和第二参考电压之间，该正端n型晶体管的汲极耦接该正端p型晶体管的汲极并输出正端输出信号；负端n型晶体管，其中该负端p型晶体管和该负端n型晶体管叠接于该第一参考电压和该第二参考电压之间，该负端n型晶体管的汲极耦接该负端p型晶体管的汲极并输出负端输出信号；第一正端电容，耦接于该正端p型晶体管的闸极和该正端n型晶体管的闸极之间；及第一负端电容，耦接于该负端p型晶体管的闸极和该负端n型晶体管的闸极之间；其中该放大器的正端输入信号由该第一正端电容的第二端输入，及该放大器的负端输入信号由该第一负端电容的第二端输入；及该控制方法包含：依据该正端输出信号、该负端输出信号及该目标共模电压产生第一控制信号；及将该第一控制信号耦合至该第一正端电容的第一端及该第一负端电容的第一端，以调整该正端p型晶体管及该负端p型晶体管的导通程度，或调整该正端n型晶体管及该负端n型晶体管的导通程度，进而改变该正端输出信号及该负端输出信号的共模电压。
5.通过本技术，可以在不额外叠接晶体管的情况下，有效地调整差动放大器的共模电压
附图说明
6.在阅读了下文实施方式以及附随图式时，能够最佳地理解本揭露的多种态样。应注意到，根据本领域的标准作业习惯，图中的各种特征并未依比例绘制。事实上，为了能够清楚地进行描述，可能会刻意地放大或缩小某些特征的尺寸。
7.图1为本技术的放大器的第一实施例的示意图。
8.图2为本技术的放大器的第二实施例的示意图。
9.图3为本技术的放大器的第三实施例的示意图。
10.图4为本技术的放大器的第四实施例的示意图。
11.图5为本技术的放大器的第五实施例的示意图。
具体实施方式
12.图1为本技术的放大器的第一实施例的示意图。放大器100为连续时间型式的放大器，包含有由正端p型晶体管pmp、负端p型晶体管pmn、正端n型晶体管nmp、负端n型晶体管nmn、正端电容cp1、负端电容cn1及电流源102构成的放大器主体。其中正端p型晶体管pmp、正端n型晶体管nmp及电流源102叠接于参考电压v1和参考电压v2之间；负端p型晶体管pmn、负端n型晶体管nmn及电流源102叠接于参考电压v1和参考电压v2之间。具体来说，正端p型晶体管pmp的汲极耦接正端n型晶体管nmp的汲极；负端p型晶体管pmn的汲极耦接负端n型晶体管nmn的汲极。正端电容cp1耦接于正端p型晶体管pmp的闸极和正端n型晶体管nmp之间；负端电容cn1耦接于负端p型晶体管pmn的闸极和负端n型晶体管nmn之间。
13.在本实施例中，参考电压v1高于参考电压v2，且参考电压v2为接地电压。放大器100的差动输入信号对包含正端输入信号vip及负端输入信号vin，分别耦接至正端n型晶体管nmp的闸极和负端n型晶体管nmn的闸极，以及分别通过正端电容cp1及负端电容cn1耦接至正端p型晶体管pmp的闸极和负端p型晶体管pmn的闸极；差动输出信号对包含正端输出信号vop及负端输出信号von，分别从正端p型晶体管pmp的汲极和负端p型晶体管pmn的汲极输出。
14.一般来说，会在设计之初配置正端n型晶体管nmp、负端n型晶体管nmn、正端p型晶体管pmp和负端p型晶体管pmn的导通能力，使正端输出信号vop及负端输出信号von的共模电压维持在目标共模电压vcmr，例如(v1 v2)/2。但现实上，可能由于制程、供应电压或温度的改变，造成正端n型晶体管nmp及负端n型晶体管nmn的导通程度或导通能力高于正端p型晶体管pmp及负端p型晶体管pmn的导通程度或导通能力，使该共模电压远离目标共模电压vcmr。
15.因此，在本实施例中，在放大器100中额外设置控制电路104来控制正端p型晶体管pmp及负端p型晶体管pmn的导通程度，举例来说，若控制电路104判断该共模电压过低，则可降低正端p型晶体管pmp及负端p型晶体管pmn的的闸极电压以增强正端p型晶体管pmp及负端p型晶体管pmn的导通程度，来抬高该共模电压；若控制电路104判断该共模电压过高，则进行相反的操作。
16.具体来说，控制电路104依据正端输出信号vop、负端输出信号von及目标共模电压vcmr产生控制信号s1，控制信号s1通过电阻rp1及电阻rn1分别被耦接至正端p型晶体管pmp的闸极及负端p型晶体管pmn的闸极。
17.控制电路104可以依据正端输出信号vop及负端输出信号von来得到该共模电压，再依据该共模电压和目标共模电压vcmr来估计控制信号s1，其实施方式不限。在某些实施例中，控制电路104可以包含比较器，用来比较该共模电压和目标共模电压vcmr，控制电路104并据以产生控制信号s1。在某些实施例中，控制电路104可以包含积分器，用来对该共模电压和目标共模电压vcmr的差进行积分，控制电路104并据以产生控制信号s1。
18.在某些实施例中，正端输入信号vip及负端输入信号vin由正端p型晶体管pmp的闸极及负端p型晶体管pmn的闸极输入，而控制信号s1通过电阻rp1及电阻rn1分别被耦接至正端n型晶体管nmp的闸极及负端n型晶体管nmn的闸极。也就是该差动输入信号对由正端p型晶体管pmp的闸极及负端p型晶体管pmn的闸极输入，而控制信号s1用来改变电容cp1和电容cn1的跨压，进而改变正端n型晶体管nmp及负端n型晶体管nmn的导通程度。
19.此外，图1中电流源102设置在靠近参考电压v2仅为示意，在某些实施例中，电流源102可以改为设置在靠近参考电压v1。在某些实施例中，可以在靠近参考电压v1处额外设置另一电流源。在某些实施例中，电流源还可以有其他的设置方式。
20.图1中的电流源102为固定输出，但在某些实施例中，还可以通过控制电流源的供电大小以达到协同调整该共模电压的目的。如图2所示，图2为本技术的放大器的第二实施例的示意图，其中放大器200还包含控制电路204，用来依据正端输出信号vop、负端输出信号von及目标共模电压vcmr产生控制信号s3，放大器200的电流源202依据控制信号s3来动态地调整输出的电流大小。在本实施例中，控制信号s3和控制信号s1产生的原理相似，但运算细节可因应电流源202的控制方式做变化。但在某些实施例中，控制信号s3也可以和控制信号s1完全相同，并共用控制电路104。如前所述，电流源102设置位置的变化亦可适用于可调电流源202。
21.图3为本技术的放大器的第三实施例的示意图。放大器300和放大器100的差异在于，放大器300为离散时间型式的放大器，包含有由正端p型晶体管pmp、负端p型晶体管pmn、正端n型晶体管nmp、负端n型晶体管nmn、正端电容cp1、负端电容cn1、电流源102、开关311～318、开关321～328、电容cf1、电容cs1、电容cf2及电容cs2构成的放大器主体。其中正端p型晶体管pmp、正端n型晶体管nmp及电流源102叠接于参考电压v1和参考电压v2之间；负端p型晶体管pmn、负端n型晶体管nmn及电流源102叠接于参考电压v1和参考电压v2之间。具体来说，正端p型晶体管pmp的汲极耦接正端n型晶体管nmp的汲极；负端p型晶体管pmn的汲极耦接负端n型晶体管nmn的汲极。正端电容cp1通过开关312和开关318耦接于正端p型晶体管pmp的闸极和正端n型晶体管nmp之间；负端电容cn1通过开关322和开关328耦接于负端p型晶体管pmn的闸极和负端n型晶体管nmn之间。
22.在本实施例中，参考电压v1高于参考电压v2，且参考电压v2为接地电压。放大器100的差动输入信号对包含正端输入信号vip及负端输入信号vin，其中正端输入信号vip通过开关313、开关315、电容cf1、电容cs1及开关318耦接至正端n型晶体管nmp的闸极，负端输入信号vin通过开关323、开关325、电容cf2、电容cs2及开关328耦接至负端n型晶体管nmn的闸极。差动输出信号对包含正端输出信号vop及负端输出信号von，分别从正端p型晶体管pmp的汲极和负端p型晶体管pmn的汲极输出。控制信号s1通过开关311、开关312耦接至正端p型晶体管pmp的闸极，以及通过开关321、开关322耦接至负端p型晶体管pmn的闸极。
23.开关314耦接于电容cf1和正端输出信号vop之间，开关324耦接于电容cf2和负端
输出信号von之间，开关316耦接于电容cs1和参考电压v3之间，开关326耦接于电容cs2和参考电压v3之间，开关317耦接于电容cp1和参考电压v4之间，开关327耦接于电容cn1和参考电压v4之间。
24.其中开关311、开关313、开关315、开关317、开关321、开关323、开关325及开关327在第一时间导通；开关312、开关314、开关316、开关318、开关322、开关324、开关326及开关328在第二时间导通，该第一时间和该第二时间不重叠。
25.控制电路304的原理和控制器104相同或相似，但控制电路304可以是离散时间型式的电路，控制器104可以是连续时间型式的电路。
26.图4为本技术的放大器的第四实施例的示意图。放大器400和放大器100的差异在于，放大器400额外增加了电容cp2、电容cn2、电阻rp2及电阻rn2。其中电容cp1串接电容cp2，正端输入信号vip从电容cp1和电容cp2之间输入；电容cn1串接电容cn2，负端输入信号vin从电容cn1和电容cn2之间输入。而额外的控制信号s2则通过电阻rp2及电阻rn2分别被耦接至正端n型晶体管nmp的闸极及负端n型晶体管nmn的闸极。也就是控制信号s2用来改变电容cp2和电容cn2的跨压，进而改变正端n型晶体管nmp及负端n型晶体管nmn的导通程度。
27.这样一来，正端p型晶体管pmp及负端p型晶体管pmn的导通程度可以由控制信号s1改变；正端n型晶体管nmp及负端n型晶体管nmn的导通程度可以由控制信号s2改变。因此可更有效率地调整该共模电压。
28.电容cp1可以和电容cp2相同或不同；电容cn1可以和电容cn2相同或不同。控制信号s2和控制信号s1产生的原理相似，即控制电路404的原理和控制器104相同或相似，但运算细节可做变化。但在某些实施例中，控制信号s2也可以和控制信号s1完全相同，并共享控制电路104。在某些实施例中，图4的控制信号s1或控制信号s2也可以改以固定参考电压取代。
29.图5为本技术的放大器的第五实施例的示意图。放大器500和放大器400的差异在于，放大器500为离散时间型式的放大器，其实施细节结合了放大器300和放大器400。控制电路504的原理和控制器404相同或相似，但控制电路504可以是离散时间型式的电路，控制器404可以是连续时间型式的电路。
30.【符号说明】
31.100,200,400:连续时间型式放大器
32.102:电流源
33.104,204,404:连续时间型式控制电路
34.202:可调电流源
35.300,500:离散时间型式放大器
36.304,504:离散时间型式控制电路
37.311～318,321～328:开关
38.cf1,cs1,cf2,cs2:电容
39.cn1,cn2:负端电容
40.cp1,cp2:正端电容
41.nmn:负端n型晶体管
42.nmp:正端n型晶体管
43.pmn:负端p型晶体管
44.pmp:正端p型晶体管
45.rp1,rn1,rp2,rn2:电阻
46.s1,s2,s3:控制信号
47.v1,v2,v3,v4:参考电压
48.vcmr:目标共模电压
49.vin:负端输入信号
50.vip:正端输入信号
51.von:负端输出信号
52.vop:正端输出信号。