專利名稱：具有輸入共模反饋的乘法器-跨阻抗放大器組合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電信號(hào)放大器電路，本發(fā)明更具體地涉及具有光電二 極管的電信號(hào)放大器電路。
背景技術(shù)：
具有光電二極管的電信號(hào)放大器電路能夠用于許多應(yīng)用(如用于數(shù)字 化視頻光盤(DVD)播放器，和光盤(CD)播放器內(nèi))，以及需要寬動(dòng)態(tài) 范圍增益而同時(shí)保持電路帶寬的許多其它應(yīng)用。在其它方法中，己經(jīng)通過 在普通跨阻抗放大器之前放置乘法器而嘗試了此。


以下根據(jù)下面的附圖詳細(xì)說明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，其中 圖1是乘法器/放大器電路的示例； 圖2是一個(gè)實(shí)施例的改良的乘法器/放大器電路；以及 圖3是詳細(xì)地圖示了乘法器/放大器電路的 一個(gè)示例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了諸如6-晶體管Gilbert單元分?jǐn)?shù)乘法器的乘法器(Gilbert cell fractional multiplier) 110，該乘法器110能夠包括交叉耦合的差 分放大器120和交叉耦合的差分放大器125。差分放大器120能夠包括晶體 管121、 122和123。差分放大器125能夠包括晶體管126、 127和128。平衡-差分(balanced-differential)電流源130能夠控制差分放大器120，而 平衡-差分電流源135能夠控制差分放大器125。外部電位器(未示出)能 夠控制平衡-差分電流源130和135。電流源154和156能夠與光電二極管140 并聯(lián)放置。放大器150能夠包括反饋電阻器152和154。
在一個(gè)實(shí)施例中，由于乘法器的交叉耦合，當(dāng)由光電二極管140注入 的電流為零時(shí)，即使平衡-差分電流源130和135正在生成不同的電流，只 要電流源154和156正在生成相等的電流，在乘法器110的輸出146和148處 不發(fā)生差分電流凈變化。相反，當(dāng)平衡-差分電流源130和135正在生成相 等的電流時(shí)，由光電二極管140注入的任何光電流將在晶體管121和126之 間相等分配。光電流將作為共模信號(hào)出現(xiàn)在乘法器110的輸出146和148處 (乘法器110的輸出146和148也是放大器150的輸入)。乘法器110的凈輸出 被限定為輸出146和148之間的差。凈輸出等于來自于光電二極管140的光 電流與由電流源154與156所生成的電流差的乘積。
為了提供適當(dāng)?shù)钠珘?，能夠提供乘法器的穩(wěn)定輸出電流，通過電阻器 160和165，在放大器150的輸入處設(shè)定共模電壓。乘法器110的增益近似為
圖l示出的所述構(gòu)造存在一些問題和性能局限性。由于上述偏壓限制
(biasing restrictions), TIA 150的反饋因子(P)高于具有大約為1/5 的典型值的理想的反饋因子。因此，與放大器150相關(guān)聯(lián)的輸出失調(diào)電壓
(offset voltage)、失調(diào)電壓漂移和輸出噪聲每一個(gè)均大約是與放大器 150的輸入146和148相關(guān)聯(lián)的值的五倍。因?yàn)殚_環(huán)增益小于最優(yōu)增益，因
此將需要使用更復(fù)雜的放大器，以將開環(huán)增益提高到可接受的水平。然而， 試圖通過增大電阻器160和165的電阻而增大P能夠產(chǎn)生1)不可接受的 輸入共模電壓的位移；和2)當(dāng)把乘法器設(shè)定在低分?jǐn)?shù)增益時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高 瞬態(tài)輸入共模電壓擺動(dòng)。使用圖l的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)大于大約100MHz的閉環(huán)帶寬
5是最有問題的。
圖2中所示的本發(fā)明的電路的一個(gè)實(shí)施例包括諸如Gilbert單元 (cell)的乘法器201，該乘法器201可操作地連接到諸如跨阻抗放大器的 放大器202。乘法器的輸出節(jié)點(diǎn)220和222作為輸入連接到放大器202。不使 用電阻器來偏壓放大器202，而能夠使用電流反射鏡204。電流反射鏡204 能夠使用來自于放大器202的反饋，以為放大器202設(shè)定偏壓。
通過電流反射鏡304能夠感測(cè)放大級(jí)的輸入共模電壓，并且電流能夠 被反饋以設(shè)定等于輸出共模電壓的輸入共模電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，不使用圖1的電阻器160和165，而使用電流反射鏡 204。這能夠減小在到放大器202的輸入處的電壓偏移(excursion)。在圖 2的示例中，電流反射鏡204能夠具有三個(gè)晶體管206、 208、 210，這三個(gè) 晶體管206、 208、 210的基極能夠連接到放大器202的節(jié)點(diǎn)，如共模反饋節(jié) 點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管210的集電極連接到晶體管206、 208、 210的 基極，和放大器202內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，其能夠提供允許改善放大器的操作的反饋。
由于輸入共模反饋，放大器202的輸入處的共模電壓的偏移能夠被限 制到小于100mv，從而允許乘法器上的寬動(dòng)態(tài)范圍的增益設(shè)置。
現(xiàn)在放大器202能夠在為1的閉環(huán)增益下操作，由此而最小化失調(diào)和失 調(diào)漂移RTO，同時(shí)最大化環(huán)路增益和閉環(huán)帶寬。結(jié)果是，在乘法器增益設(shè) 置的整個(gè)范圍上獲得了最大帶寬下的良好DC穩(wěn)定性。
圖3詳細(xì)示出了一個(gè)實(shí)施例的電路的細(xì)節(jié)。圖3包括電流反射鏡302、 放大器304和乘法器306。乘法器306的輸出節(jié)點(diǎn)308和310作為輸入連接到 放大器304和電流反射鏡302。共模反饋節(jié)點(diǎn)312連接到放大器304，以為電 流反射鏡306提供反饋。
不存在來自于光電二極管301的任何信號(hào)電流，放大器304的晶體管 314和316的基極設(shè)為2.5V。此電壓通過輸入共模環(huán)路來確立，該輸入共模 環(huán)路包括差分對(duì)晶體管318和320，和射極跟隨器322。電流反射鏡302和305 也可以使用V2作為基準(zhǔn)。
乘法器306可以是普通6-晶體管跨導(dǎo)乘法器。如果電流I4和I5相等(乘 以0)，來自于二極管301的任何信號(hào)電流被乘法器差分對(duì)相等分配，并且 在基極處看不到差分信號(hào)。然而，大的共模信號(hào)將出現(xiàn)在放大器304的晶體管314和316的基極處，并被調(diào)節(jié)成在晶體管314和316的基極處保持大約 2. 5V的共模。當(dāng)在晶體管I4和I5之間確立差電流(difference current) 時(shí)，將在乘法器差分對(duì)與差電流之間不均衡地分割來自于光電二極管301 的信號(hào)電流，且差電流與共模電流結(jié)合，將出現(xiàn)在晶體管314和316的基極 處。差電流在晶體管332和334的發(fā)射極處被轉(zhuǎn)換成差分輸出電壓。剩余的
共模電流由輸入共模環(huán)路吸收，并且共模輸出電壓由輸出共模環(huán)路保持為 2. 5V。
允許放大器在為l的增益下操作。這最大化了帶寬，最小化了噪聲和 輸出電壓漂移。
由于使用輸入共模反饋，放大器304的輸入處的共模電壓偏移被限制 到不超過大約200-300mv的全范圍，從而允許乘法器上的寬動(dòng)態(tài)范圍的增 益設(shè)置。放大器級(jí)在為l的閉環(huán)增益下操作，由此而最小化失調(diào)電壓和失 調(diào)漂移，同時(shí)最大化環(huán)路增益和閉環(huán)帶寬。結(jié)果是，在乘法器增益設(shè)置的 整個(gè)范圍上獲得了最大帶寬下的良好的直流穩(wěn)定性。
帶寬被最大化，噪聲被最小化，失調(diào)被最小化，并且失調(diào)漂移被最小 化。這使得能夠建立用于控制激光功率的非?？焖俚某朔ㄆ髟鲆婵刂蒲b 置。
根據(jù)一組實(shí)施例，電路也能夠包括輸出共模調(diào)節(jié)環(huán)路，以提供實(shí)際的 差分入/差分出(differential — in/differential — out)操作。 如圖3中所示，輸出電流反射鏡305能夠連接到放大器輸出。 出于解釋和說明的目的，已經(jīng)提供了本發(fā)明的上述說明。前面的描述 不是窮舉的，也不試圖將本發(fā)明限于所公開的具體形式。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說，許多改變和修改將是顯而易見的。具體地，顯然，根據(jù)插圖記 號(hào)(vignette score)按照有用順序用數(shù)字順序檢測(cè)并排列圖像的上述特 征能夠并入除所述那些軟件應(yīng)用之外的其它類型的軟件應(yīng)用中。選擇并說 明實(shí)施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，由此使本領(lǐng)域的 其他技術(shù)人員理解對(duì)于各種實(shí)施例和具有適于所構(gòu)思的具體應(yīng)用的各種 改變的本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍旨在由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1. 一種能夠放大電信號(hào)的電路，包括a)乘法器，所述乘法器能夠接收并使得兩個(gè)輸入電信號(hào)相乘以產(chǎn)生放大器輸入信號(hào)，其中所述放大器輸入信號(hào)包括輸入共模電壓；b)放大器，所述放大器能夠接收來自于所述乘法器級(jí)的所述輸入信號(hào)，并能夠放大所述輸入信號(hào)；以及c)電流反射鏡，所述電流反射鏡被配置成偏壓所述放大器輸入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述電流反射鏡保持所述輸入共 模電壓處于近似恒定的電平。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述乘法器為Gilbert單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述放大器的增益/反饋因子鄺 近似等于l。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述乘法器具有兩個(gè)輸出，所述 兩個(gè)輸出連接到所述放大器和所述電流反射鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述放大器級(jí)是跨阻抗放大器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中輸入共模電壓的隨時(shí)間的滿標(biāo)度 變化不超過大約300毫伏。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，進(jìn)一步包括光電二極管，所述光電二 極管產(chǎn)生到所述乘法器級(jí)的至少一個(gè)輸入。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述放大器的所述輸出用于基于 激光的器件內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述基于激光的器件是光盤 (CD)驅(qū)動(dòng)器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述基于激光的器件是數(shù)字化 視頻光盤(DCD)驅(qū)動(dòng)器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述電流反射鏡連接到所述乘 法器級(jí)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述電流反射鏡連接到所述放 大器級(jí)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，進(jìn)一步包括-連接到所述放大器的兩個(gè)輸出的輸出共模調(diào)節(jié)環(huán)路，其中所述輸出共 模調(diào)節(jié)環(huán)路被配置成減小所述輸出共模電壓和所述輸入共模電壓之間的 差的大小。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述電流反射鏡包括連接到所述放大器級(jí)的多個(gè)晶體管。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述電流反射鏡的所述多個(gè)晶 體管之一的基極連接到所述放大器級(jí)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。
17. —種電路，包括 光電二極管；可操作地連接到所述光電二極管的Gilbert單元； 可操作地連接到所述Gilbert單元的兩個(gè)輸出的2-輸入放大器；以及 偏壓所述放大器的所述兩個(gè)輸入的反饋單元，且所述反饋單元連接到 所述放大器內(nèi)的反饋節(jié)點(diǎn)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中所述反饋單元是電流反射鏡。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中所述反饋單元保持所述輸入共 模電壓處于近似恒定的電平。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中電流被反饋以將所述放大器的 所述輸入共模電壓設(shè)定成等于所述放大器的所述輸出共模電壓。
全文摘要
電流反射鏡用于偏壓連接到乘法器的放大器。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101438493SQ200780013839
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者理查德·嵐田萊特 申請(qǐng)人:愛薩有限公司