專利名稱：差分放大器、2級(jí)放大器和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及差分放大器，2級(jí)放大器和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
近來隨數(shù)字設(shè)備的發(fā)展，廣泛采用了用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，通過將輸入的模擬信號(hào)與多級(jí)參考電壓比較來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而采用多個(gè)放大器。
因此在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，考慮使用高質(zhì)量的放大器，特別是采用具有偏移壓縮功能的2級(jí)放大器，以便降低對(duì)于放大器的質(zhì)量來說是非常重要的偏移電壓。
通過將可變?cè)鲆娌罘址糯笃髋c固定增益差分放大器串聯(lián)來配置2級(jí)放大器，并且2級(jí)放大器設(shè)置為通過在后級(jí)中升高或降低差分放大器的增益來明顯降低前級(jí)中的差分放大器的偏移電壓。
已經(jīng)提出了諸如圖16公開的差分放大器作為在后級(jí)中采用的差分放大器101，其中負(fù)載(load)電路連接到差分放大器102，并且轉(zhuǎn)換(change-over)開關(guān)104連接到負(fù)載電路103，并且其通過使用轉(zhuǎn)換開關(guān)104在負(fù)載電路103整體設(shè)置為差分放大器電路102的負(fù)載的全負(fù)載和部分負(fù)載電路103設(shè)置為差分放大器電路102的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，能夠執(zhí)行差分放大器電路102的增益的升高或降低。
在差分放大器101中，通過將P溝道型晶體管T102、T103按差分方式(differentially)連接到P溝道型晶體管T101，來配置差分放大電路102，并且使用連接到差分放大電路102的N溝道型晶體管T104、T105配置負(fù)載電路103。此外，開關(guān)晶體管T106、T107作為轉(zhuǎn)換開關(guān)104連接在用于配置負(fù)載電路103的N溝道型晶體管T104、T105的漏極和柵極之間。此外，電容器C1、C2中的每一個(gè)分別連接在晶體管T104、T105的控制極和地GND之間。
當(dāng)將開關(guān)晶體管T106、T107設(shè)置為關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，在差分放大器101中負(fù)載電路103全部成為負(fù)載(全負(fù)載)。在這種情況下，通過晶體管T104、T105，負(fù)載電路103成為電流源型負(fù)載并且增加輸出電阻，使得差分放大器101的增益也增加。反之，當(dāng)將開關(guān)晶體管T106、T107設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在差分放大器101中開關(guān)晶體管103部分成為負(fù)載(部分負(fù)載)。在這種情況下，通過晶體管T104、T105，負(fù)載電路103成為二極管型負(fù)載并且降低輸出電阻，使得差分放大器101的增益也降低。
此外，如果連接到差分放大器101的前級(jí)端的放大器電路的偏移電壓是Vos，在部分負(fù)載中的增益是Gr，在全負(fù)載中的增益是Gc并且輸入電壓是Vin，則部分負(fù)載中的輸出電壓Vout指定為Vout＝Gr×Vos，全負(fù)載中的輸出電壓Vout指定為Vout＝Gc×Vin，從而當(dāng)從部分負(fù)載改變?yōu)槿?fù)載時(shí)，建立等式Gr×Vos＝Gc×Vin，并因此輸入電壓Vin指定為Vin＝Vos×Gr/Gc。
即，如上所述在采用差分放大器101的2級(jí)放大器中，由Gr/Gc壓縮偏移電壓，并且輸入轉(zhuǎn)換偏移指定為Vos×Gr/Gc。
在這種情況下，配置差分放大器電路102的晶體管T102、T103的跨導(dǎo)是gm1，配置負(fù)載電路103的晶體管T104、T105的跨導(dǎo)是gm2，負(fù)載電容是C，并且操作時(shí)間是t，然后在部分負(fù)載中的增益Gr指定為Gr＝gm1/gm2，并且全負(fù)載中的增益Gc指定為Gc＝gm1/C×t，使得輸入轉(zhuǎn)換偏移指定為Vin＝Vos×C/(gm2×t)。
因此，在具有上述配置的差分放大器101中，為了進(jìn)一步降低輸入轉(zhuǎn)換偏移，僅需要使負(fù)載電容C更小，或使晶體管T104、T105的操作時(shí)間t和跨導(dǎo)gm2更大。
專利文件公開的日本專利申請(qǐng)OPH3-70382。

發(fā)明內(nèi)容
在如上配置的差分放大器101中，根據(jù)其電路配置和規(guī)格限制負(fù)載電容C和操作時(shí)間t，使得需要將晶體管T104、T105的跨導(dǎo)gm2設(shè)置得更大，從而進(jìn)一步降低差分放大器的輸入轉(zhuǎn)換偏移。
然而，為了增加晶體管T104、T105的跨導(dǎo)gm2，需要使晶體管T104、T105的尺寸更大或者使通過晶體管T104、T105的電流更大。當(dāng)晶體管T104、T105的尺寸變得更大時(shí)，晶體管T104、T105的寄生電容增加，從而差分放大器101的操作速度很可能降低，反之，當(dāng)大電流通過晶體管T104、T105時(shí)，差分放大器101的功率消耗很可能增加。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，負(fù)載電路連接到差分放大器電路，并且轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到負(fù)載電路，從而通過使用轉(zhuǎn)換開關(guān)在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，配置差分放大器來改變差分放大器電路的增益，其中配置負(fù)載電路來放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
此外，在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，差分放大器電路的輸出信號(hào)通過電容器輸入到負(fù)載電路。
此外，在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，差分放大器電路的輸入信號(hào)通過電容器輸入到負(fù)載電路。
此外，在本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例中，在2級(jí)放大器中其中至少兩個(gè)差分放大器串聯(lián)，并且該2級(jí)放大器具有用于通過在后級(jí)增加或降低差分放大器的增益來壓縮偏移電壓的偏移壓縮功能。此外，在后級(jí)負(fù)載電路連接到差分放大器，并且轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到負(fù)載電路，使得配置差分放大器通過使用轉(zhuǎn)換開關(guān)在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，來改變差分放大器電路的增益，并且還將負(fù)載電路配置為放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
此外，在本發(fā)明另一實(shí)施例的、配置來放大模擬信號(hào)電壓和多個(gè)參考電壓之間的差值來轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，放大器電路配置有用于壓縮偏移電壓的偏移壓縮功能的差分放大器，并且在差分放大器中，負(fù)載電路連接到差分放大器電路，并且轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到負(fù)載電路。使用轉(zhuǎn)換開關(guān)通過在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，從而改變差分放大器電路的增益，此外還將負(fù)載電路配置為放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，負(fù)載電路連接到差分放大器電路，并且轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到負(fù)載電路，從而使用轉(zhuǎn)換開關(guān)通過在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換來改變差分放大器電路的增益，此外還將負(fù)載電路配置為放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，并因此可以增加全負(fù)載中的差分放大器的增益。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以增加差分放大器的增益比率而不需要降低操作速度也不需要增加差分放大器的功率消耗。
因此，在配置具有偏移壓縮功能的、使用該差分放大器的2級(jí)放大器的情況中，可以有在降低輸入轉(zhuǎn)換偏移時(shí)具有優(yōu)異的偏移壓縮功能的2級(jí)放大器。
此外，當(dāng)配置模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器來使用該差分放大器時(shí)，可以改進(jìn)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的特性。
此外，如果差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)通過電容器輸入到負(fù)載電路，甚至在部分負(fù)載，在電容器中保持電壓，并且可以保持負(fù)載電路的輸入部分的DC電壓。


圖1是描述根據(jù)本發(fā)明的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖2是放大器電路的示意電路圖(在重置模式中)；圖3是放大器電路的示意電路圖(在比較模式中)；圖4是放大器電路的電路圖；圖5是差分放大器電路的電路圖；圖6是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖7是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖8是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖9是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖10是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖11是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖12是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖13是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；圖14是另一個(gè)差分放大器電路的電路圖；
圖15是用于描述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的操作的時(shí)序圖；圖16是現(xiàn)有差分放大器的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例。在下面的描述中，描述一種子范圍型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中描述該器件通過首先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)中的高2位，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)中的低2位，從而將模擬信號(hào)全部轉(zhuǎn)換為4位的數(shù)字信號(hào)，但是本發(fā)明的具體實(shí)施例不限于此。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器1配置來包括采樣和保持電路2，用于采樣并保持模擬信號(hào)；參考電壓產(chǎn)生電路3，用于產(chǎn)生多個(gè)不同的參考電壓；比較電路4，用于將模擬信號(hào)的電壓與多個(gè)不同的參考電壓相比較；和邏輯處理電路5，用于通過邏輯處理比較電路4的輸出來輸出對(duì)應(yīng)于模擬信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
采樣和保持電路2按預(yù)定定時(shí)將施加到輸入端Tin的模擬信號(hào)的電壓保持預(yù)定的時(shí)間，并且輸出到保持信號(hào)線6。
參考電壓產(chǎn)生電路3通過使用16個(gè)晶體管R1到R16在高電壓端參考電壓和低電壓端參考電壓之間分壓產(chǎn)生多個(gè)參考電壓，這些晶體管具有相同的電阻值，并且串聯(lián)在提供高電壓端參考電壓的高電壓端電源端子Trt和提供低電壓端參考電壓的低電壓端電源端子Trb之間，配置該電路來從高位端參考電壓信號(hào)線7、8或從低位端參考電壓信號(hào)線9、10輸出預(yù)定的參考電壓。
具體地說，在參考電壓產(chǎn)生電路3中，分別將用于輸出高位端參考電壓的高位端參考電壓信號(hào)線7、8連接在從高電壓端電源端Trt算起的第四電阻R4和第五電阻R5之間，以及在第四電阻R13和第五電阻R12之間，此外，經(jīng)由聯(lián)鎖的開關(guān)SW1、SW2分別將用于輸出低位端參考電壓的低位端參考電壓信號(hào)線9、10連接在從高電壓端電源端Trt算起的第一電阻R1和第二電阻R2之間，以及在第三電阻R3和電阻R4之間。此外，這些低位端參考電壓信號(hào)線9、10經(jīng)由聯(lián)鎖的開關(guān)SW3、Sw4連接在從高電壓端電源端Trt算起的第七電阻R7和第八電阻R8之間以及在從高電壓端電源端Trt算起的第五電阻R5和第六電阻R6之間，經(jīng)由聯(lián)鎖的開關(guān)SW5、Sw6連接在從高電壓端電源端Trt算起的第九電阻R9和第十電阻R8之間以及在從高電壓端電源端Trt算起的第十一電阻R11和第十二電阻R12之間，此外經(jīng)由聯(lián)鎖的開關(guān)SW7、Sw8連接在從高電壓端電源端Trt算起的第十五電阻R15和第十六電阻R16之間，以及在從高電壓端電源端Trt算起的第十三電阻R13和第十四電阻R14之間。
此外，在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為上位端數(shù)字信號(hào)的情況下，參考電壓產(chǎn)生電路3將所有的開關(guān)SW1到SW8設(shè)置為關(guān)斷狀態(tài)，并且從上位端參考電壓信號(hào)線7、8輸出參考電壓，反之在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為低位端數(shù)字信號(hào)的情況下，參考電壓產(chǎn)生電路3僅設(shè)置開關(guān)SW1到SW8中的任意一對(duì)開關(guān)，并且從低位端參考電壓信號(hào)線9，10輸出參考電壓。
比較電路4配置成包括高位比較電路11，用于比較模擬信號(hào)的電壓和高位端參考電壓，和低位比較電路12，用于比較模擬信號(hào)的電壓和低位端參考電壓。在這種情況下，高位比較電路11和低位比較電路12具有相同的配置，并因此將在下面僅描述高位比較電路11。
配置高位比較電路11來包括放大電路13，用于放大模擬信號(hào)和參考電壓之間的差值，和比較和保持電路14，用于比較并保持放大器電路13的輸出。
在這種情況下，放大電路13配置有與兩個(gè)差分放大器15、16串聯(lián)的兩個(gè)2級(jí)放大器17；和補(bǔ)償放大器電路18，用于通過在相鄰的2級(jí)放大器17、17的前級(jí)連接到差分放大器15、15來差分放大差分放大器15、15的輸出。在這種情況下，每個(gè)2級(jí)放大器17、17不僅配有兩個(gè)串聯(lián)的差分放大器15、16，而且還配有三個(gè)或更多串聯(lián)的差分放大器。
如圖2和圖3所示，2級(jí)放大器17、17中的每一個(gè)都是可變?cè)鲆娌罘址糯笃?6在后級(jí)中與固定增益差分放大器15串聯(lián)。
在前級(jí)中的差分放大器15中，同相輸入端19連接到保持信號(hào)線6，反相輸入端20經(jīng)由開關(guān)SW19連接到低位端參考電壓信號(hào)7(8)，并且由開關(guān)SW10短接這些同相輸入端和反相輸入端20。在這種情況下，由時(shí)鐘信號(hào)CLK間歇地控制開關(guān)SW9、SW10。
在后級(jí)中的差分放大器16中，負(fù)載電路22連接到差分放大器電路21，并且負(fù)載開關(guān)電路23連接到負(fù)載電路22，從而配置差分放大器16來通過使用負(fù)載切換電路23在負(fù)載電路22整體設(shè)置為差分放大器電路21的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路22部分設(shè)置為差分放大器電路21的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，從而執(zhí)行差分放大器電路21的增益的增加或降低。
此外，每個(gè)2級(jí)放大器17具有用于通過使用負(fù)載開關(guān)電路23增加或降低在后級(jí)中的差分放大器16的增益，從而明顯壓縮前級(jí)中的差分放大器15的偏移電壓的功能。
下面，參照?qǐng)D4描述每個(gè)2級(jí)放大器17、17的具體配置。
在前級(jí)中的差分放大器15按差分方式(differentially)連接到一對(duì)N溝道型晶體管T11、T12，并且在這些晶體管T11、T12中，柵極連接到相應(yīng)同相輸入端19和反相輸入端20上，電流源I1、I2連接在電源VCC和漏極之間，并且電流源I3連接在源極和地GND之間。
此外，在前級(jí)中的差分放大器15中，P溝道型晶體管T21、T22的源極分別連接到晶體管T11、T12的漏極，將預(yù)定的偏置電壓Vb1提供到晶體管T11、T12的柵極，并且從晶體管T21、T22的漏極獲得前級(jí)中的差分放大器15的輸出。
在前級(jí)中的差分放大器15和后級(jí)中的差分放大器16之間，提供限幅電路24，用于限制前級(jí)中的差分放大器15的輸出幅度。
通過將負(fù)載電阻R21、R22連接到晶體管T21、T22的漏極，并通過將電阻R30連接在負(fù)載電阻R21、R22和地GND之間配置限幅器電路24。在這種情況下，由負(fù)載電阻R21、R22限制前級(jí)中的差分放大器15的輸出幅度，并且由電阻R30將用于后級(jí)中的差分放大器16的輸入信號(hào)的DC工作點(diǎn)調(diào)節(jié)到最佳電壓。
如圖4和圖5所示，在后級(jí)中的差分放大器16中，作為電流源的P溝道型晶體管T31的源極連接到電源VCC，通過將形成差分對(duì)的P溝道型晶體管T32、T33的源極連接到晶體管T31的漏極來配置差分放大器電路21。此外，通過將連接到前級(jí)中的差分放大器15的輸出的晶體管T21、T22的漏極連接到該差分放大器電路21中的晶體管T32、T33的柵極，并此外通過將反相輸出端25和同相輸出端26連接到晶體管T32、T33的漏極，從而獲得輸出。
在這種情況下，通過將電容器連接在晶體管T32、T33的柵極和晶體管T21、T22的漏極之間可以執(zhí)行DC截除。在這種情況下，需要向晶體管T32、T33的柵極施加作為預(yù)定DC工作點(diǎn)的電壓。
此外，在后級(jí)中的差分放大器16中，作為負(fù)載電路22的晶體管T34、T35的漏極連接到差分放大器21中的晶體管T32、T33的漏極，并且地GND連接到晶體管T34、T35的源極。
此外，在后級(jí)中的差分放大器16中，作為開關(guān)電路23的開關(guān)晶體管T36、T37連接在負(fù)載電路22中的晶體管T34、T35的漏極和柵極之間，并且時(shí)鐘信號(hào)CLK提供到開關(guān)晶體管T36、T37的柵極。
此外，在后級(jí)中的差分放大器16中，作為用于保持差分放大電路21的輸入信號(hào)電壓的電壓保持電路27的電容器C1、C2、C3、C4連接到負(fù)載電路22中的晶體管T34、T35的柵極。此外，成為差分放大電路21的輸入端的晶體管T32、T33的柵極分別連接到電容器C1、C2，并且成為差分放大電路21的輸出端的晶體管T32、T33的漏極分別連接到電容器C3、C4。
在后級(jí)中的差分放大器16的情況下，當(dāng)開關(guān)晶體管T36、T37設(shè)置為關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，負(fù)載電路22全部成為負(fù)載(全負(fù)載)，并在此時(shí)，負(fù)載電路22通過晶體管T34、T35成為電流源型負(fù)載，并且增加輸出電阻，使得后級(jí)中的差分放大器16的增益也增加。反之，當(dāng)開關(guān)晶體管T36、T37設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，部分負(fù)載電路22成為負(fù)載(部分負(fù)載)。在這種情況下，負(fù)載電路22通過晶體管T34、T35成為二極管型負(fù)載，并且降低輸出電阻，使得后級(jí)中的差分放大器16的增益也降低。然而，由于在連接到晶體管T34、T35的柵極的電容器C1、C2、C3、C4中保持電壓，保持DC電壓。
此外，經(jīng)由電容器C1、C2將差分放大器16(差分放大器電路21)的輸入信號(hào)提供到負(fù)載電路22中的晶體管T34、T35的柵極，使得配置負(fù)載電路22來放大全負(fù)載中的差分放大器電路21的輸入信號(hào)，其中在全負(fù)載中將晶體管T34、T35設(shè)置為電流源型負(fù)載。
此外，經(jīng)由電容器C3、C4將差分放大器16(差分放大器電路21)的輸出信號(hào)提供到負(fù)載電路22中的晶體管T34、T35的柵極，并執(zhí)行正反饋，使得配置負(fù)載電路22來放大全負(fù)載中的差分放大器電路21的輸出信號(hào)，其中在全負(fù)載中將晶體管T34、T35設(shè)置為電流源型負(fù)載。
由此，在后級(jí)中的差分放大器16能夠極大增加全負(fù)載中的增益，其中與現(xiàn)有電路比較在全負(fù)載中將晶體管T36、T37設(shè)置為關(guān)斷狀態(tài)，因此能夠增加全負(fù)載中的差分放大器電路21的增益。
然后描述2級(jí)放大器17的操作。
2級(jí)放大器17交替重復(fù)重置模式和比較模式，其中在重置模式中通過由時(shí)鐘信號(hào)CLK設(shè)置開關(guān)SW9為關(guān)斷狀態(tài)和開關(guān)SW10為導(dǎo)通狀態(tài)，模擬信號(hào)電壓提供到前級(jí)中的差分放大器15的同相輸入端19和反相輸入端20，在比較模式中通過由時(shí)鐘信號(hào)CLK設(shè)置開關(guān)SW9為導(dǎo)通狀態(tài)和開關(guān)SW10為關(guān)斷狀態(tài)，模擬信號(hào)電壓被提供到差分放大器15的同相輸入端19，并且參考電壓被提供到反相輸入端20。
此外，在重置模式中，通過設(shè)置開關(guān)電路23(晶體管T36、T37)為導(dǎo)通狀態(tài)，將后級(jí)中的差分放大器16的負(fù)載設(shè)置為二極管型負(fù)載，使得降低后級(jí)中的差分放大器16的增益。反之，在比較模式中，通過設(shè)置開關(guān)電路23(晶體管T36、T37)為關(guān)斷狀態(tài)，將后級(jí)中的差分放大器16的負(fù)載設(shè)置為電流源型負(fù)載，以便增加后級(jí)中的差分放大器16的增益。即，在2級(jí)放大器17中，將在比較模式中后級(jí)中的差分放大器16的增益設(shè)置得比重置模式更大。
如上所述，2級(jí)放大器17通過增加或降低后級(jí)中的差分放大器16的增益，從而明顯壓縮前級(jí)中的差分放大器15的偏移電壓。
即，假設(shè)前級(jí)中的差分放大器15的偏移電壓是Vos，在重置模式中(在二極管型負(fù)載)的增益是Gr，在比較模式中(在電流源型負(fù)載)的增益是Gc，在比較模式中輸出電壓是Vout，并且輸入電壓是Vin，則重置模式中的輸出電壓Vout成為Vout＝Gc×Vin，然后建立等式Gr×Vos＝Gc×Vin和等式Vin＝Vos×Gr/Gc。
如上所述，在采用上述配置的差分放大器16的2級(jí)放大器17中，按Gr/Gc壓縮偏移電壓，并且輸入轉(zhuǎn)換偏移指定為Vos×Gr/Gc。
接下來，首先在下面描述差分放大器16的電容器C1、C2。
在這種情況下，將配置差分放大器16的晶體管T32、T33的跨導(dǎo)定義為gm1，將配置負(fù)載電路22的晶體管T34、T35的跨導(dǎo)定義為gm2，負(fù)載電容是C，并且比較時(shí)間是t，然后像現(xiàn)有電路那樣，指定重置模式中的增益Gr為Gr＝gm1/gm2，但是當(dāng)比較時(shí)間t很短時(shí)的時(shí)間期間，全負(fù)載中的增益Gc被指定為不同于現(xiàn)有電路的Gr＝gm1/gm2，使得輸入轉(zhuǎn)換偏移被指定為Vin＝Vos×C/((gm2+gm22/gm1)×t)。
在過去，輸入轉(zhuǎn)換偏移通常指定為Vin＝Vos×C/(gm2×t)，使用電容器C1、C2按分母的gm22/gm1增加偏移壓縮效果。
然后，在下面描述差分放大器16中的電容器C3、C4的效果。
這些電容器C3、C4連接在晶體管T34、T35的柵極和差分放大器16的輸出之間。
因此，經(jīng)由這些電容器C3、C4將正反饋信號(hào)輸入到晶體管T34、T35的控制電壓。
結(jié)果，通過正反饋使用這些電容器C3、C4產(chǎn)生額外的增益A1，并且差分放大器16的輸入轉(zhuǎn)換偏移壓縮到Gr/A1。
因此，在差分放大器16的輸入轉(zhuǎn)換偏移中，使用電容器C1、C2按gm22/gm1增加壓縮效果。
此外，通過電容器C3、C4的壓縮依賴于正反饋，從而壓縮效果十分顯著。
在這種情況下，通過改變電容器C1、C2和電容器C3、C4的尺寸比可以增加差分放大器16的穩(wěn)定性。
即，通過改變電容器C1、C2和電容器C3、C4的尺寸比調(diào)節(jié)通過電容器C1、C2輸入的信號(hào)和通過電容器C3、C4輸入的、差分放大器16的輸出信號(hào)的能量比，可以高速更穩(wěn)定地操作差分放大器。
此外，在差分放大器16中，如圖6所示通過僅采用C1、C2而不采用電容器C3、C4電容器，或者如圖7所示僅采用C3、C4而不采用電容器C1、C2電容器可以增加偏移壓縮的效果。
然后，參照?qǐng)D15描述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器1的操作。
將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器1配置來與時(shí)鐘信號(hào)CLK同步操作。
在這種情況下，采樣和保持電路2與時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升定時(shí)同步在預(yù)定的期間(T)內(nèi)采樣(跟蹤)模擬信號(hào)，接著在預(yù)定的期間(H)內(nèi)保持保持采樣的模擬信號(hào)直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLK上升為止。
在從時(shí)鐘信號(hào)CLK上升定時(shí)開始的預(yù)定時(shí)間(t1)后，高位端放大器電路13從重置模式轉(zhuǎn)換到比較模式，放大采樣和保持電路2中的模擬信號(hào)的電壓和參考電壓之間的電壓差，并且與時(shí)鐘信號(hào)CLK的下降定時(shí)同步又從比較模式轉(zhuǎn)換到重置模式。
此外，與時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升定時(shí)同步高位端比較和保持電路14重置，并且與時(shí)鐘信號(hào)CLK的下降定時(shí)同步保持放大器電路13的輸出。
然后通過邏輯處理高位端比較和保持電路14在邏輯處理電路5中產(chǎn)生高位端數(shù)字信號(hào)，并且在參考電壓產(chǎn)生電路3中產(chǎn)生高位端參考電壓。
反之，在從時(shí)鐘信號(hào)CLK上升定時(shí)開始的預(yù)定時(shí)間(t2)后，高位端放大器電路13從重置模式轉(zhuǎn)換到比較模式，放大采樣和保持電路2中保持的模擬信號(hào)的電壓和參考電壓之間的電壓差，并且與時(shí)鐘信號(hào)CLK的下降定時(shí)同步又從比較模式轉(zhuǎn)換到重置模式。
此外，與時(shí)鐘信號(hào)CLK的下降定時(shí)同步高位端比較和保持電路14重置，并且與時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升定時(shí)同步保持放大器電路13的輸出。
然后通過邏輯處理高位端比較和保持電路14保持的輸出在邏輯處理電路5中產(chǎn)生高位端數(shù)字信號(hào)，并且在參考電壓產(chǎn)生電路3中的時(shí)鐘信號(hào)CLK的一個(gè)時(shí)鐘周期后從邏輯處理電路5輸出對(duì)應(yīng)于模擬信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
在這種情況下，在上述的模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器1中，采用圖5中描述的放大器電路作為應(yīng)用于2級(jí)放大器17的后級(jí)的差分放大器16，但是這不限于此，可以采用圖8到圖11中描述的放大器電路。在圖8到圖11這些圖中，將具有與圖5中電路相同功能的部分賦予相同的附圖標(biāo)記。
圖8所示的差分放大器16c采用級(jí)聯(lián)晶體管T32、T40、T33、T41作為差分放大器電路21，并且采用級(jí)聯(lián)晶體管T38、T34、T39、T35作為負(fù)載電路22。將預(yù)定的偏置電壓施加到晶體管T38、T39、T40、T41的柵極。
圖9所示的差分放大器16d采用級(jí)聯(lián)晶體管T38、T34、T39、T35作為負(fù)載電路22，并且用于保持電壓的電容器C5、C6連接在晶體管T34、T35的柵極和地GND之間。將預(yù)定的偏置電壓施加到晶體管T38、T39的柵極。
因此，通過連接電容器C5、C6在比較模式中可以更加穩(wěn)定工作點(diǎn)。
圖10所示的差分放大器16e采用放大器AMP1、AMP2來放大連接在電容器C3、C4和差分放大器電路的輸出端之間的差分放大器電路21的輸出信號(hào)。在這種情況下，可以采用緩沖電路替代放大器AMP1、AMP2。
在上述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器1中，如圖6所示描述了不需要電容器C3、C4的差分放大器16b，但是這不限于此，可以采用圖11到14中描述的電路。在這種情況下，在圖11到圖14中，相同的附圖標(biāo)記指定給具有與圖6中的電路功能相同的電路。
圖11所示的差分放大器16f采用級(jí)聯(lián)晶體管T38、T34、T39、T35作為負(fù)載電路22。將預(yù)定的偏置電壓施加到晶體管T38、T39的柵極。
圖12所示的差分放大器16g采用級(jí)聯(lián)晶體管T32、T40、T33、T41作為差分放大器電路21，并且采用級(jí)聯(lián)晶體管T38、T34、T39、T35作為負(fù)載電路22。將預(yù)定的偏置電壓施加到晶體管T38、T39、T40、T41的柵極。
圖13所示的差分放大器16h采用級(jí)聯(lián)晶體管T38、T34、T39、T35作為負(fù)載電路22，并且用于保持電壓的電容器C5、C6連接在晶體管T34、T35的柵極和地GND之間。將預(yù)定的偏置電壓施加到晶體管T38、T39的柵極。
因此，通過連接電容器C5、C6在比較模式中可以更加穩(wěn)定工作點(diǎn)。
圖14所示的差分放大器16i采用級(jí)聯(lián)晶體管T32、T40、T33、T41作為差分放大器電路21，并且采用級(jí)聯(lián)晶體管T38、T34、T39、T35作為負(fù)載電路22，并且包括在電容器C1、C2和輸入端之間的、用于防大輸入信號(hào)的放大器AMP1、AMP2。將預(yù)定的偏置電壓施加到晶體管T38、T39、T40、T41的柵極。在這種情況下，可以采用緩沖電路替代放大器AMP1、AMP2。
在這種情況下，在上面的實(shí)施例中，描述了用于執(zhí)行兩次轉(zhuǎn)換(每次轉(zhuǎn)換2位)的4位子范圍型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，但是不限于此，并且可以使用配置來執(zhí)行多級(jí)轉(zhuǎn)換的器件，此外不限于單一的輸入類型，而且可以采用不同的輸入類型。此外，關(guān)于具體的電路，不限于僅需要正電源的電路，而是需要正電源和負(fù)電源的電路，此外可以僅需要負(fù)電源。此外，可以自由選擇配置電路的特定電路元件。
權(quán)利要求
1.一種差分放大器，包括差分放大器電路；連接到差分放大器電路的負(fù)載電路；和連接到負(fù)載電路的轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于通過在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，來改變差分放大器電路的增益，其中配置負(fù)載電路來放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的差分放大器，其中全負(fù)載配置有電流源負(fù)載，并且部分負(fù)載配置為二極管負(fù)載。
3.如權(quán)利要求1或2所述的差分放大器，其中差分放大器電路的輸出信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的差分放大器，其中差分放大器電路的輸入信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
5.一種其中至少兩個(gè)差分放大器串聯(lián)，并且通過在后級(jí)增加或降低差分放大器的增益來提供偏移壓縮功能的2級(jí)放大器，其中配置后級(jí)中的差分放大器來包括差分放大器電路；連接到差分放大器電路的負(fù)載電路；和連接到負(fù)載電路的轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于通過在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，來改變差分放大器電路的增益，和配置負(fù)載電路來放大差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的2級(jí)放大器，其中全負(fù)載配置有電流源負(fù)載，并且部分負(fù)載配置有二極管負(fù)載。
7.如權(quán)利要求5或6所述的2級(jí)放大器，其中差分放大器電路的輸出信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的2級(jí)放大器，其中差分放大器電路的輸入信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
9.一種配置來以多個(gè)放大部分放大模擬信號(hào)電壓和多個(gè)參考電壓之間的差值來轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中每個(gè)放大部分配有具有用于壓縮偏移電壓的偏移壓縮功能的差分放大器，配置差分放大器來將負(fù)載電路連接到差分放大器電路，轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到負(fù)載電路，并且使用轉(zhuǎn)換開關(guān)通過在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，從而改變差分放大器電路的增益，和將負(fù)載電路配置為放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中全負(fù)載配置有電流源負(fù)載，并且部分負(fù)載配置有二極管負(fù)載。
11.如權(quán)利要求9或10所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中差分放大器電路的輸出信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
12.如權(quán)利要求9、10或11所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中差分放大器電路的輸入信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
13.一種配置來以多個(gè)放大部分放大模擬信號(hào)電壓和多個(gè)參考電壓之間的差值來轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中每個(gè)放大區(qū)域配有具有用于壓縮偏移電壓的偏移壓縮功能的差分放大器，負(fù)載電路連接到差分放大器電路，轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到負(fù)載電路，并且使用該轉(zhuǎn)換開關(guān)通過在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的比較模式和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的重置模式之間切換，從而改變差分放大器電路的增益，和將負(fù)載電路配置為放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中全負(fù)載配置有電流源負(fù)載，并且部分負(fù)載配置有二極管負(fù)載。
15.如權(quán)利要求13或14所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中差分放大器電路的輸出信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
16.如權(quán)利要求13、14或15所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中差分放大器電路的輸入信號(hào)經(jīng)由電容器輸入到負(fù)載電路。
全文摘要
公開了一種差分放大器，其中該器件包括差分放大器電路，負(fù)載電路連接到差分放大器電路；并且轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到負(fù)載電路，用于通過在負(fù)載電路整體設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的全負(fù)載和負(fù)載電路部分設(shè)置為差分放大器電路的負(fù)載的部分負(fù)載之間切換，來改變差分放大器電路的增益，其中配置負(fù)載電路來放大全負(fù)載中的差分放大器電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H03F1/02GK1691495SQ20051006724
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者清水泰秀, 村山茂滿, 工藤孝平 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社