CN107078704A - 用于跨导放大器的调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于跨导放大器(200)的调节装置(100)，其中，所述调节装置(100)和所述跨导放大器(200)共同集成构造，其中，所述调节装置(100)具有：差分对(M1A，M2A)，所述差分对构造为所述跨导放大器(200)的差分对(M1B，M2B)的映象；其中，能够调节所述差分对(M1A，M2A)的互导(gmA)；其中，所述两个差分对(M1A，M2A；M1B，M2B)在电流上和功能上与彼此耦合；其中，能够借助所述调节装置(100)的差分对(M1A，M2A)的互导(gmA)调节所述跨导放大器(200)的差分对(M1B，M2B)的互导(gmB)。

Description

用于跨导放大器的调节装置
技术领域
本发明涉及一种用于跨导放大器的调节装置。本发明还涉及一种用于运行跨导放大器的方法。
背景技术
在已知的电子***组件中，不仅使用线性调节器而且使用开关调节器，以便给***组件和其外部设备馈给电能。根据补偿的类型，也使用跨导放大器(英语：OperationalTransconductance Amplifier：运算跨导放大器，简称OTA)作为误差放大器，所述跨导放大器将输入端处的电压变化转化为输出端处的电流变化，并且在跨导放大器中，由于技术容差(例如制造容差)以及由于温度波动，互导会发生变化。
因为互导直接进入调节回路的增益中，因此调节器的过渡频率(Transitfrequenz)也会变化，与之相关联的是：动态的负载调整或者对外部部件的要求。
已知例如以PTAT级(英语Proportional-to-absolute-temperature：与绝对温度成正比)形式的基准电流级，借助所述基准电流级能够补偿温度相关性。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供跨导放大器的改善运行特性。
根据第一方面，所述任务借助用于跨导放大器的调节装置来解决，其中，所述调节装置和所述跨导放大器共同集成构造，其中，所述调节装置具有：
-差分对，所述差分对构造为跨导放大器的差分对的映象(Abbild)；
-其中，所述跨导放大器的差分对的互导是可调节的；
-其中，所述两个差分对在电流上和功能上彼此耦合；
-其中，所述跨导放大器的差分对的互导是可借助调节装置的差分对的互导调节的。
基于以下事实：调节装置和跨导放大器布置在同一个集成电路上，在两个部件之间实现了良好的匹配。在此，充分利用以下事实：在调节装置的差分对中，存在与在跨导放大器的差分对中几乎相同的互导。因此，通过至跨导放大器的接口，能够通过调节装置的差分对的互导调节跨导放大器的差分对的互导。因此，结果是：调节装置代表用于跨导放大器的基准电流产生装置。
根据第二方面，本发明借助用于借助调节装置运行跨导放大器的方法解决，其中，所述跨导放大器和所述调节装置共同集成构造，所述方法具有以下步骤：
-借助调节装置的差分对的偏置电流，提供用于跨导放大器的差分对偏置电流，其中，差分对构造为差分对的映象，其中，第一电流镜与差分对电流连接，其中，第二电流镜与第一电流镜电流连接；
-如此调节调节装置的差分对的偏置电流，从而使流过第二电流镜的晶体管的电流相应于基准电流；
-借助由与第二电流镜的晶体管连接的晶体管操控的第四电流镜，将调节装置的差分对的偏置电流映射到跨导放大器的差分对的偏置电流上。
调节装置的有利扩展方案是从属权利要求的主题。
调节装置的一种有利扩展方案设置，所述调节装置还具有：
-用于操控差分对的电压源：
-第一电流镜，所述第一电流镜与调节装置的差分对电流耦合；
-第二电流镜，所述第二电流镜与第一电流镜的路径电流耦合，其中，通过第二电流镜的晶体管能够导通电流，该电流相应于基准电流源的电流；
-晶体管，其能够由第二电流镜的晶体管如此操控，从而能够提供第二电流镜的电流与第一电流镜的电流之间的平衡；
-第三电流镜，其能够借助所述晶体管操控，借助所述第三电流镜能够提供用于调节装置的差分对的偏置电流；
-其中，第三电流镜的晶体管是第四电流镜的一部分，其中，第四电流镜的晶体管布置在跨导放大器上；
-其中，借助第四电流镜，能够提供用于跨导放大器的差分对的偏置电流；
-其中，调节装置的差分对的偏置电流基本上相应于跨导放大器的差分对的偏置电流。
以这种方式，通过调节装置的差分电压和基准电流，实现跨导放大器的差分对的互导的调节的电路技术的转化。
调节装置的另一有利扩展方案的特征在于，如此确定调节装置的差分对的差分电压的规格，从而使跨导放大器在线性区域中工作。在以下前提下：在跨导放大器位于线性工作区域中，在两个差分对的偏置电流之间存在对称性，所述对称性在电路技术中被充分利用。
调节装置的另一有利扩展方案设置，能够定义地调节差分电压和/或基准电流。以这种方式，能够例如借助合适的分压器分接分配电压基准的电压。因此能够视应用情况而定地，改变跨导放大器的差分对的互导直至一定的程度。
调节装置的另一有利扩展方案的特征在于，在两个偏置电流之间能够设置转换比。借助例如能够通过晶体管的几何构型实现的转换比，能够将跨导放大器的差分对的互导换算成调节装置的差分对的互导。
附图说明
以下借助两个附图以其他优点和特征详细描述本发明。在此，所有特征与其在说明书或者附图中的示出无关并且与其在权利要求书中的引用无关地构成本发明的主题。附图尤其被视为用于表明根据本发明的原理并且不可以理解为具体电路图。
在附图中示出：
图1根据本发明的调节装置的一种实施方式的原理性图示；
图2根据本发明的方法的一种实施方式的原理性流程。
具体实施方式
图1示出根据本发明的跨导放大器200的调节装置100的实施方式的原理性的电路图。调节装置100包括差分对M1A、M2A，所述差分对构造为对称的跨导放大器200的差分对M1B、M2B的技术拷贝或技术映象或者技术模仿。在此，具有两个MOSFET的差分对M1A、M2A布置在与差分对M1B、M2B相同的专用集成电路(英语ASIC)上，并且因此紧邻跨导放大器200的差分对M1B、M2B布置。以这种方式，两组差分对M1A、M2A和M2B、M2B的物理特性——例如在匹配方面(英语：Matching，匹配)——非常相似地构造。
在调节装置100上布置基准电压源VRef，优选作为具有1.25V的带隙。基准电压源VRef构成准确的、与温度无关的电压基准，所述电压基准用于构造用于操控差分对M1A、M2A的差分电压Vdiff。在调节装置100上还布置准确的、与温度无关的基准电流源，所述基准电流源用作基准电流IRef的电源。差分电压VRef、基准电流IRef以及两个差分对M1A、M2A和M1B、M2B的匹配特性确定能够用来调整或调节跨导放大器200的差分对M1B、M2B的互导gmB的准确度。
第一电流镜M3、M4与差分对M1A、M2A电流连接。晶体管M2A与第一电流镜M3、M4的晶体管M4之间的连接的路径与晶体管M5电流连接，所述晶体管M5是第二电流镜M5、M6的一部分。
借助电压源Vdiff，将例如100mV的电压施加到差分对M1A、M2A的两个输入端上。将基准电流IRef输入到第二电流镜M5、M6中。
在跨导放大器200或者调节装置100的已调整的状态的情况中，没有差分电流ΔI在晶体管M4与晶体管M5之间的连接路径中流动。
然而对于以下情况：存在跨导放大器200或调节装置100的未调节的状态，例如因为提高的环境温度，引发第一电流镜M3、M4的路径中电流的不均匀的分配。如果例如差分对M1A、M2A的互导gmA变小，则例如更少电流流过晶体管M2A而更多电流流过晶体管M1A。通过首先保持第一电流镜M3、M4的晶体管M4中的电流恒定的方式，更小的电流也流过第二电流镜M5、M6的晶体管M5。
其结果是：与第二电流镜M5、M6的晶体管M6电流连接的调节晶体管M7的栅极电压增高，由此通过由晶体管M7操控的第三电流镜M8、M9驱动差分对M1A、M2A的更大的偏置电流IBA。一直增高偏置电流IBA，直到基准电流IRef流过晶体管M6，并且因此差分对M1A、M2A的互导gmA相应于差分对M1B、M2B的互导gmB的预给定值。
调节装置100或基准电流产生装置至跨导放大器200的接口通过第四电流镜M9、M10实现，其中，晶体管M9负责使相同的电流和因此相应于偏置电流IBA的偏置电流IBB流过电流镜M9、M10的晶体管M10。
有利地，结果以这种方式能够借助调节装置100的互导gmA如此调节跨导放大器200的差分对M1B、M2B的互导gmB，从而使互导gmB基本上不受外部影响因素影响。
可以看出，基于以下事实能够有利地补偿温度变化或工艺效果的作用：差分对M1A、M2A是待控制的差分对M1B、M2B的准确技术拷贝。
即使在所描述的实施方式中两个偏置电流IBA和IBB是相同的，但也能够设想：设置两个偏置电流IBA和IBB之间的转换比(未示出)。在此，所述转换比能够例如通过晶体管M9、M10的结构的合适几何尺寸实现。
参考差分对M1A、M2A的跨导或互导在数学上能够如下表示：
gmM1A，M2A＝ΔIout/ΔVin＝IRef/VDiff
在输入端处给出的电压偏移很小时，通过电流的分配检测跨导，并且将所述跨度与期望电流进行比较。再调节流过差分对M1A、M2A的偏置电流IBA，直到实际值相应于期望值。将以这种方式求取的偏置电流IBA反映到跨导放大器200的差分对M1B、M2B上，所述差分对M1B、M2B因此具有与参考对M1A、M2A几乎相同的互导。
有利地，以这种构思也能够实现互导的切换，优选通过改变基准电流IRef或通过选择来自基准电压分压器的另外的分接并且因此通过改变的差分电压VDiff。也还能够通过再调节基准电流IRef实现自适应方案(未示出)。
以这种方式能够根据对跨导放大器200的互导gmB的具体要求有效地实现根据本发明的构思。
图2借助原理性流程图示出根据本发明的用于借助调节装置100运行跨导放大器200的方法的实施方式，其中，跨导放大器200和调节装置100共同集成构造。
在第一步骤S1中，借助调节装置100的差分对M1A、M2A的偏置电流IBA，提供用于跨导放大器200的差分对M1B、M2B的偏置电流IBB，其中，差分对M1A、M2A构造为差分对M1B、M2B的映象，其中，第一电流镜M3、M4与差分对M1A、M2A电流连接，其中，第二电流镜M5、M6与第一电流镜M3、M4电流连接。
在第二步骤S2中，如此执行差分对M1A、M1B的偏置电流IBA的调节，从而使流过第二电流镜M5、M6的晶体管M6的电流相应于基准电流IRef。
在第三步骤S3中，借助由与晶体管M6连接的晶体管M7操控的第四电流镜M9、M10，将差分对M1A、M2A的偏置电流IBA映射到跨导放大器200的差分对M1B、M2B的偏置电流IBB上。
虽然以上借助具体实施例描述了本发明，但是本发明不局限于此。因此，在不偏离本发明核心的情况下，本领域技术人员能够将所述特征改变或进行组合。

Claims (7)

1.一种用于跨导放大器(200)的调节装置(100)，其中，所述调节装置(100)和所述跨导放大器(200)共同集成构造，其中，所述调节装置(100)具有：
差分对(M1A，M2A)，所述差分对构造为所述跨导放大器(200)的差分对(M1B，M2B)的映象；
其中，所述差分对(M1A，M2A)的互导(gmA)是可调节的；
其中，所述两个差分对(M1A，M2A；M1B，M2B)在电流上和功能上彼此耦合；
其中，所述跨导放大器(200)的差分对(M1B，M2B)的互导(gmB)是可借助所述调节装置(100)的差分对(M1A，M2A)的互导(gmA)调节的。
2.根据权利要求1所述的调节装置(100)，所述调节装置具有：
用于操控所述差分对(M1A，M2A)的电压源(VDiff)；
第一电流镜(M3，M4)，所述第一电流镜与所述差分对(M1A，M2A)电流耦合；
第二电流镜(M5，M6)，所述第二电流镜与所述第一电流镜(M3，M4)的路径电流耦合，其中，通过所述第二电流镜(M5，M6)的晶体管(M6)能够导通电流，所述电流相应于基准电流源(IRef)的电流；
晶体管(M7)，其能够由所述晶体管(M6)如此操控，使得能够在所述第二电流镜(M5，M6)的电流与所述第一电流镜(M3，M4)的电流之间提供平衡；
第三电流镜(M8，M9)，其可借助所述晶体管(M7)操控，借助所述第三电流镜(M8，M9)能够为所述差分对(M1A，M2A)提供偏置电流(IBA)；
其中，所述第三电流镜(M8，M9)的晶体管(M9)是第四电流镜(M9，M10)的一部分，其中，所述电流镜(M9，M10)的晶体管(M10)布置在所述跨导放大器(200)上；
其中，借助所述第四电流镜(M9，M10)，能够为所述差分对(M1B，M2B)提供偏置电流(IBB)；
其中，所述偏置电流(IBA)基本上相应于所述偏置电流(IBB)。
3.根据权利要求1或2所述的调节装置(100)，其特征在于，用于所述调节装置(100)的差分对(M1A，M2A)的差分电压(Vdiff)的规格如此确定，从而使所述跨导放大器(200)在线性区域中工作。
4.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置(100)，其特征在于，所述差分电压(VDiff)和/或所述基准电流(IRef)可定义地调节。
5.根据权利要求4所述的调节装置(100)，其中，在所述偏置电流(IBA，IBB)之间可设置转换比。
6.一种跨导放大器(200)，所述跨导放大器具有根据权利要求1至5中任一项所述的调节装置(100)。
7.一种用于借助调节装置(100)运行跨导放大器(200)的方法，其中，所述跨导放大器(200)和所述调节装置(100)共同集成构造，所述方法具有以下步骤：
借助调节装置(100)的差分对(M1A，M2A)的偏置电流(IBA)提供用于所述跨导放大器(200)的差分对(M1B，M2B)的偏置电流(IBB)，其中，所述差分对(M1A，M2A)构造为所述差分对(M1B，M2B)的映象；其中，第一电流镜(M3，M4)与所述差分对(M1A，M2A)电流连接，其中，第二电流镜(M5，M6)与所述第一电流镜(M3，M4)电流连接；
如此调节用于所述差分对(M1A，M1B)的偏置电流(IBA)，从而使流过所述第二电流镜(M5，M6)的晶体管(M6)的电流相应于基准电流(IRef)；
借助由与所述晶体管(M6)连接的晶体管(M7)操控的第四电流镜(M9，M10)，将所述差分对(M1A，M2A)的偏置电流(IBA)映射到在所述跨导放大器(200)的差分对(M1B，M2B)的偏置电流(IBB)上。
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