專利名稱：直流偏移消除電路和利用該電路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流偏移消除電路和一種差動放大器，特別涉及一種最佳用于放大在諸如尋呼機系統(tǒng)的便攜式通信系統(tǒng)中位于諸如1kHz到10kHz范圍內(nèi)的低頻區(qū)域(例如基帶頻率區(qū)域)中信號的放大電路，以及配備有這種直流偏移消除電路的差動放大電路。
近年來，直流轉(zhuǎn)換接收機已被廣泛用于諸如尋呼機的便攜式無線接收機以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的超外差接收機。
為一個尋呼機直流轉(zhuǎn)換接收機設(shè)計的限幅放大電路放大基帶頻率范圍(通常是1kHz到10kHz)內(nèi)的信號。這種限幅放大電路具有下述的結(jié)構(gòu)即多個差動放大子電路以多級形式被級連，在這些子電路中，位于兩個相鄰級處的差動放大電路不需要耦合電容而直接耦合。這是由于下述原因?qū)е碌摹?br> 在基帶頻率區(qū)內(nèi)用于所述信號的耦合電容需要很大的容量，從而導(dǎo)致這個電容占據(jù)集成電路(IC)芯片的很大區(qū)域。因此，具有這種大容量耦合電容的耦合結(jié)構(gòu)不適于IC。另一方面，直接耦合結(jié)構(gòu)不需要耦合電容，因此，不會產(chǎn)生與芯片區(qū)域相關(guān)的問題。
利用具有直接耦合結(jié)構(gòu)的限幅放大電路，在各級差動放大子電路中產(chǎn)生的“直流偏移”可能引起某些已知的問題。為了解決這些問題，長時間以來研究和開發(fā)了各種技術(shù)，這種技術(shù)的一個例子示于

圖1。
圖1示出了一種具有直流偏移消除功能的傳統(tǒng)直流阻塞放大電路，該電路披露于1990年未審的日本未審專利申請No.2-305205。
如圖1所示，傳統(tǒng)的直流阻塞放大電路S300包括第一不平衡差動放大子電路S100和通過直流耦合電容113耦合到一起的第二差動放大子電路S200。
第一不平衡差動放大子電路S100由一對射極耦合的npn型雙極晶體管101和102組成。晶體管101和102相互耦合的射極被連接到用于匯集恒定電流I101的恒流匯點111的一端。所述恒流匯點111的另一端接地。
電阻109被連接到晶體管101和102的基極。晶體管101的基極還被連接到第一輸入端114。晶體管102的基極還被連接到耦合電容113的一端。
第二不平衡差動放大子電路S200由一對射極耦合的npn型雙極晶體管103和104組成。晶體管103和104相互耦合的射極被連接到用于匯集恒定電流I102的恒流匯點112的一端。恒流匯點112的另一端接地。
電阻110被連接到晶體管103和104的基極。晶體管103的基極還被連接到耦合電容113的另一端。晶體管104的基極還被連接到第二輸入端115。
第一和第二輸入電壓分別被差動地施加給第一和第二輸入端114和115。
晶體管101和103的集電極被耦合到一起并被連接到負載電阻107的一端。負載電阻107的另一端加有電源電壓VCC。晶體管101和103相互耦合的集電極還連接到第一輸出端116。
晶體管102和104的集電極被耦合在一起并被連接到另一個負載電阻108的一端。負載電阻108的另一端加有電源電壓VCC。晶體管102和104相互耦合的集電極還連接到第二輸出端117。
第一和第二輸出電壓分別差動地得自于第一和第二輸出端116和117。
晶體管101、102、103和104具有相同的射極區(qū)域。
下面解釋圖1所示傳統(tǒng)直流阻塞放大電路S300的操作。
首先，將電阻101、102、103和104的基極電壓相對于一個特殊點(例如地)分別規(guī)定為VB101、VB102、VB103和VB104。晶體管101、102、103和104的集電極電流分別規(guī)定為IC101、IC102、IC103和IC104。流經(jīng)負載電阻107和108的第一和第二輸出電流分別規(guī)定為IC113和IC124。
然后，建立下述等式IC113＝IC101+IC103(1)IC124＝IC102+IC104(2)晶體管101、102、103和104的集電極電流IC101、IC102、IC103和IC104分別由下述等式(3)、(4)、(5)和(6)解釋IC101=α·I1011+exp{qVB101-VB102kT}----(3)]]>IC102=α·I1011+exp{-qVB101-VB102kT}-----(4)]]>IC103=α·I1021+exp{qVB104-VB103kT}-----(5)]]>IC104=α·I1021+exp{-qVB104-VB103kT-}------(6)]]>在等式(3)、(4)、(5)和(6)中，α是直流共基極電流增益因數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是開氏絕對溫度，和q是電子的電荷。通常，增益因數(shù)α近似等于1。
當恒流匯點112的恒定電流I102等于恒流匯點111的恒定電流I101(即I101＝I102)和晶體管104和103的基極電壓VB104和VB103之間的差等于晶體管101和102的基極電壓V8101和VB102之間的差(即VB101-VB102＝VB104-VB103)時，第一和第二輸出電流IC113和IC124變得彼此相等。如果負載電阻107和108具有相同的電阻值，則在第一和第二輸出端116和117，第一和第二輸出電壓將具有相同的直流電平。
如果由于直流偏移使第一輸入端114處的第一輸入電壓的直流電壓電平高于第二輸入端115處的第二輸入電壓的直流電平，那么，基極電壓VB101、VB102、VB104和VB103滿足下述關(guān)系VB101＞VB102和VB104＜VB103。
在這種情況下，在第一差動放大子電路S100中，集電極電流IC101增加一個增量和集電極電流IC102減少一個相同的增量，此時，在第二差動放大子電路S200中，集電極電流IC103增加一個增量和集電極電流IC104減少一個相同的增量。因此，第一輸出電流IC113增加和第二輸出電流IC124減少。
因此，在第一輸出端116處的直流電壓電平被降低和在第二輸出端117處的直流電壓電平被升高，借此，消除了在第一和第二輸入端114和115處直流電壓的電平差(即直流偏移)。這意味著即使是在第一和第二輸入端114和115之間存在直流偏移，在第一和第二輸出端116和117之間也不會產(chǎn)生直流偏移。
第一和第二輸出端116和117處的直流電壓電平是由施加給所述傳統(tǒng)阻塞放大電路S300的特定直流偏壓確定的。
與上述相同的解釋被應(yīng)用于在第一輸入端114處的直流電壓電平低于在第二輸入端115處的直流電壓電平的情況。
但是，圖1所示傳統(tǒng)的直流阻塞放大電路S300存在下述問題。
如果由于在第一和第二輸入端114和115處的直流電壓電平差大于規(guī)定值而使在恒流匯點111和112的恒流I101和I102之間產(chǎn)生任一差值(即I101≠I102，那么，就會出現(xiàn)下述問題，即在第一和第二輸出端116和117之間可能產(chǎn)生直流偏移。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)這個問題是由下述事實引起的，即形成恒流匯點111和112中一個的晶體管工作于飽和區(qū)域，而形成恒流匯點111和112中另一個的晶體管工作于激活區(qū)域，從而導(dǎo)致在恒流I101和I102之間的某些差別。
在第一和第二輸出端116和117處被如此產(chǎn)生的直流偏壓偏移被置于下一級的差動放大器放大。因此，存在下一級放大器的增益必須被設(shè)置得足夠低的缺點。
由于這個缺點，圖1所示傳統(tǒng)直流阻塞放大器S300不適用于上述類型限幅放大器的直流偏移的消除。
因此，由于在諸如電流匯點111和112結(jié)構(gòu)中的不平衡等任何一種其它原因都可能發(fā)生在電流匯點111和112的恒定電流I101和I102之間的差異。
因此，本發(fā)明的一個目的就是要提供一種能夠有效的消除直流偏移的直流偏移消除電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單并能夠抑制由于恒流源/匯點的電流差而產(chǎn)生的直流偏移的直流偏移消除電路。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種適用于包括級連差動放大子電路的限幅放大電路的直流偏移消除電路。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種最佳用做包括級連差動放大子電路的限幅放大電路的差動放大電路。
通過下面的描述，本發(fā)明上述目的和未經(jīng)特殊描述的其它目的將變得更加清楚。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種直流偏移消除電路。這種電路由(a)由射極相互耦合到一起的第一和第二雙極晶體管構(gòu)成的第一差動對、(b)提供/匯集第一恒流到/從第一差動對的第一恒流源/匯點、(C)由射極相互耦合到一起的第三和第四雙極晶體管構(gòu)成的第二差動對、(d)提供/匯集第二恒流到/從第二差動對的第二恒流源/匯點、(e)射極連接到第一和第二晶體管射極的第五雙極晶體管、(f)射極連接到第三和第四晶體管射極的第六雙極晶體管、和用于將第一和第二差動對交流耦合到一起的交流耦合元件組成。
第一和第二晶體管的基極被共同連接到第一輸入端。第二晶體管的基極被連接到所述耦合元件的第一端。
第四和第六晶體管的基極被共同連接到第二輸入端。第三晶體管的基極被連接到所述耦合元件的第二端。
第一、第三和第六晶體管的集電極被連接到第一輸出端。第二、第四和第五晶體管的集電極被連接到第二輸出端。
利用根據(jù)本發(fā)明第一方面的直流偏移消除電路，第五和第六雙極晶體管被分別附加提供給第一和第二差動對。
例如，如果由于在第一和第二輸入端處的直流偏移使在第一差動對中的第五晶體管的基極電壓高于在第二差動對中第六晶體管的基極電壓，那么，第一和第五晶體管的基極電壓將高于第二晶體管的基極電壓，第三晶體管的基極電壓將高于第四和第六晶體管的基極電壓。因此，第一和第五晶體管的集電極電流將增加，第二晶體管的集電極電流將減小。同時，第三晶體管的集電極電流將增加，而第四和第六晶體管的集電極電流將減小。
在這種情況下，由于第一到第六晶體管的集電極連接，第一、第三和第五晶體管集電極電流的增加和第二、第四和第六晶體管集電極電流的減小被用于消除在第一和第二輸入端處的直流偏移。
因此，在第一和第二輸出端處消除了在第一和第二輸入端處產(chǎn)生的直流偏移。
另外，例如如果由于在第一和第二輸入端處的直流偏移導(dǎo)致用于第一差動對的第一恒流源/匯點的第一恒流從它的特定電流值增加，那么，第一、第二和第五晶體管的集電極電流將根據(jù)這種電流偏離增加。在這種情況下，第一晶體管集電極電流的增加被提供給第一輸出端，同時，第二和第五晶體管集電極電流的增加被提供給第二輸出端。
其結(jié)果是第一、第二和第五晶體管集電極電流的增量將部分地彼此互補。因此，在第一和第二輸出端之間生成的電流差將小于第一恒流源/匯點的第一恒流的增加。
這意味著利用一個簡單的結(jié)構(gòu)抑制了由于第一和第二恒流源/匯點的電流偏離所產(chǎn)生的直流偏移。換言之，有效執(zhí)行了對直流偏移電流的消除。
由于直流偏移被有效地消除，所以，根據(jù)本發(fā)明第一方面的直流偏移消除電路適用于包括多個級連差動放大子電路的限幅放大電路。
在本發(fā)明直流偏移消除電路的最佳實施例中，還提供了第一和第二射極電阻。第一射極電阻的一端被連接到第一和第五晶體管的基極，其另一端被連接到第二晶體管的基極。第二射極電阻的一端被連接到第四和第六晶體管的基極，其另一端被連接到第三晶體管的基極。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種差動放大電路。該電路由(a)具有與本發(fā)明第一方面相同結(jié)構(gòu)的直流偏移消除子電路和(b)用于放大差動輸入信號以差動產(chǎn)生第一和第二輸出的差動放大子電路組成。所述第一和第二輸出被輸入給直流偏移消除子電路的第一和第二輸入端。
利用本發(fā)明第二方面的的差動放大電路，由于通過直流偏移消除子電路有效消除了所述直流偏移，這個差動放大電路能夠被用做包括多個級連差動子電路的限幅放大電路。
在根據(jù)第二方面的差動放大電路的最佳實施例中，直流偏移消除子電路具有0dB的增益。
為了使本發(fā)明能夠被很容易地實現(xiàn)，下面參照附圖進行描述。
圖1示出了具有直流消除功能的傳統(tǒng)直流偏移阻塞放大電路。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的直流偏移消除電路。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單級差動放大電路，該電路包括根據(jù)本發(fā)明第一實施例的直流偏移消除電路。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的四級限幅放大電路，在該電路中，根據(jù)圖2所示第二實施例的多個單級差動放大電路被級連。
下面結(jié)合圖2到圖4描述本發(fā)明的最佳實施例。
第一實施例根據(jù)本發(fā)明第一實施例的直流偏移消除電路S3具有圖2所示的結(jié)構(gòu)。
在圖2中，這個直流偏移消除電路S3包括第一不平衡差動放大子電路S1和第二不平衡差動放大子電路S2，這兩個子電路通過交流耦合電容13被耦合到一起。
第一不平衡差動放大子電路S1由其射極被耦合到一起的npn型雙極晶體管1和2構(gòu)成的第一不平衡差動對和用于從該第一差動對匯集第一恒流I01的第一恒流匯點11組成。晶體管1和2彼此相互耦合的射極被連接到第一恒流匯點11的一端。第一恒流匯點11的另一端接地。
npn型雙極晶體管5被附加提供給第一差動對。晶體管5的發(fā)射極被連接到晶體管1和2的發(fā)射極。
晶體管1和5的基極被連接到第一輸入端14。晶體管2的基極經(jīng)過第一電阻9被連接到第一輸入端14。晶體管2的基極還被連接到耦合電容13的一端。
第二不平衡差動放大子電路S2由其射極被耦合到一起的npn型雙極晶體管3和4構(gòu)成的第二不平衡差動對和用于從該第二差動對匯集第二恒流I02的第二恒流匯點12組成。晶體管3和4彼此相互耦合到一起的射極被連接到第二恒流匯點12的一端。第二恒流匯點12的另一端接地。
npn型晶體管6被附加提供給第二差動對。晶體管6的發(fā)射極被連接到晶體管3和4的發(fā)射極。
晶體管4和6的基極被連接到第二輸入端15。晶體管3的基極經(jīng)過第二電阻10連接到第二輸入端15。晶體管3的基極還被連接到耦合電容13的另一端。
晶體管1、3和6的集電極被耦合到一起并連接到第一負載電阻7的一端。第一負載電阻7的另一端被施加有電源電壓VCC。晶體管1、3和6相互耦合的集電極還被連接到第一輸出端16。
晶體管2、4和5的集電極被耦合到一起并被連接到第二負載電阻8的一端。負載電阻8的另一端被施加有電源電壓VCC。晶體管2、4和5彼此耦合的集電極還被連接到第二輸出端17。
晶體管1、2和5由恒流匯點11驅(qū)動。晶體管3、4和6由恒流匯點12驅(qū)動。
六個晶體管1、2、3、4、5和6具有相同的發(fā)射極區(qū)域。
下面解釋根據(jù)第一實施例的直流偏移消除電路S3的操作。
首先，相對于一個基準點(例如地)的晶體管1、2、3和4的基極電壓被分別規(guī)定為VB1、VB2、VB3和VB4。晶體管1、2、3、4、5和6的集電極電流被分別規(guī)定為IC1、IC2、IC3、IC4、IC5和IC6。流經(jīng)第一和第二負載電阻7和8的第一和第二輸出電流被分別規(guī)定為IC13和IC24。
由此可以建立下述等式
IC13＝IC1+IC3+IC6(7)IC24＝IC2+IC4+IC5(8)晶體管1、2、3、4、5和6的集電極電流IC1、IC2、IC3、IC4、IC5和IC6由下述等式(9)、(10)、(11)和(12)表示IC1=IC5=(12)α·I01[1+exp{qVB1-VB2kT}]----(9)]]>IC2=α·I01[1+exp{-qVB1-VB2kT}]-----(10)]]>IC4=IC6=(12)α·I02[1+exp{qVB4-VB3kT}]-----(11)]]>IC3=α·I02[1+exp{-qVB4-VB3kT}]------(12)]]>因此，由于IC1被IC5消除和IC4被IC6消除，所以被規(guī)定為ΔI1＝(IC13-IC24)的輸出偏移電流ΔI1被表示為下述等式(13)。
ΔI1＝IC13-IC24＝IC3-IC2(13)等式(13)意味著輸出偏移電流ΔI等于晶體管2和3的集電極電流IC2和IC3之間的差。
另一方面，利用圖1所示傳統(tǒng)直流阻塞放大電路S300，輸出偏移電流ΔI2被表示為ΔI2＝(IC113-IC124)，這個電流ΔI2大于ΔI1。這意味著根據(jù)第一實施例的電路S3的輸出偏移電流小于傳統(tǒng)直流阻塞放大電路S300的輸出偏移電流。
利用根據(jù)圖2所示第二實施例的直流偏移消除電路S3，例如假如由于在第一和第二輸入端14和15處的直流偏移而使在第一差動對中晶體管5的基極電壓VB1變得高于在第二差動對中晶體管6的基極電壓VB4，那么，晶體管1和5的基極電壓VB1高于晶體管2的基極電壓VB2，晶體管3的基極電壓V高于晶體管4和6的基極電壓VB4。因此，晶體管1和5的集電極電流IC1和IC5將增加和晶體管2的集電極電流IC2將減小。同時，晶體管3的集電極的電流IC3增加晶體管4和6的集電極電流IC4和IC6將減小。
在這種情況下，由于晶體管1-6的集電極的連接，晶體管1、3和5集電極電流的增加和晶體管2、4和6集電極電流的減小用于消除在第一和第二輸入端14和15處的直流偏移。
因此，在第一和第二輸出端16和17處消除了在第一和第二輸入端處產(chǎn)生的直流偏移。
另外，例如如果由于在第一和第二輸入端14和15處的直流偏移使得用于第一差動對的第一恒流匯點11的第一恒流I01從它的特定電流值增加，那么，晶體管1、2和5的集電極電流IC1、IC2和IC5將根據(jù)這個電流偏離增加。在這種情況下，晶體管1集電極電流IC1的增加被提供給第一輸出端16，同時，晶體管2和5集電極電流IC2和IC5的增加被提供給第二輸出端17。
其結(jié)果是晶體管1、2和5的集電極電流IC1、IC2和IC5的增加將被部分地彼此消除。這樣，在第一和第二輸出端16和17之間生成的電流差(即輸出偏移電流ΔI1)將小于第一恒流匯點第一恒流I01的增加。
這意味著利用一個簡單的結(jié)構(gòu)抑制了由于第一和第二恒流匯點11和12的電流偏離而引起的直流偏移。換言之，有效執(zhí)行了對直流偏移電流的消除。
本發(fā)明人利用下述方式進行了某些測試以證明本發(fā)明的優(yōu)點。
電阻9和10具有相同的阻值和由電阻9和10產(chǎn)生的被設(shè)置為50mV的壓降(VB1-VB2)和(VB4-VB3)。恒流匯點11和12的恒流I01和I02被設(shè)置為I01＝9μA和I02＝10μA。在這種情況下，集電極電流IC1、IC2、IC3、IC4、IC5和IC6被表示為IC1＝IC5＝3.926μA、IC2＝1.147μA、IC3＝1.275μA、和IC4＝IC6＝4.3625μA。其結(jié)果，獲得的輸出偏移電流ΔI1＝0.28μA。
另一方面，利用上述圖1所示傳統(tǒng)電流阻塞電路S300，集電極電流IC1、IC2、IC3和IC4在上述相同條件下被表示為IC1＝7.852μA、IC2＝1.147μA、IC3＝1.275μA和IC4＝8.725μA。其結(jié)果是所獲得的輸出偏移電流ΔI2＝0.745μA。
因此，由于(0.28/0.745)＝0.38，所以，根據(jù)圖2所示第一實施例的直流偏移消除電路S3的輸出偏移電流ΔI1被減少到圖1所示傳統(tǒng)電流阻塞電路S300的輸出偏移電流ΔI2的0.38倍。
第二實施例圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單級差動放大電路。
差動放大電路S5包括根據(jù)圖2所示本發(fā)明第一實施例的差動放大子電路S4和直流偏移消除子電路S3。因此，為簡便起見，這里省略對所述直流偏移子電路S3的描述。差動放大子電路S4包括由射極相互耦合在一起的npn型雙極晶體管23和24構(gòu)成的一個差動對。晶體管23和24相互耦合在一起的射極被連接到恒流匯點22的一端。恒流匯點22的另一端接地。晶體管23和24由恒流匯點22驅(qū)動。
晶體管23和24的基極分別被連接到第一和第二輸入端20和21。
晶體管23和24的集電極分別被連接到第一和第二負載電阻25和26的一端。電阻25和26的另一端接電源電壓VCC。晶體管23和24的集電極還被連接到直流偏移消除子電路S3的第一和第二輸入端14和15。
根據(jù)第二實施例，第一和第二輸入端21和22用做單級差動放大電路S3的輸入端，第一和第二輸出端16和17用做它的輸出端。
一個初始差動輸入電壓被施加到第一和第二輸入端20和21上。在晶體管23和24的集電極處分別產(chǎn)生差動放大子電路S4的第一和第二差動輸出電壓。第一和第二差動輸出電壓被提供給直流偏移消除子電路S3的輸入端14和15。
利用直流偏移消除子電路S3可以有效地消除在端14和15處產(chǎn)生的直流偏移。
如果直流偏移消除子電路S3的增益是0dB(即單元增益)，這個子電路S3被用做直流阻塞電路。在這種情況下有一個優(yōu)點，即、由于根據(jù)圖3所示第二實施例的差動放大電路S5的整個增益等于差動放大子電路S4的增益，所以，只有在最初輸入電壓中的交流信號被有選擇地傳送給位于下一級的后續(xù)電路(未示出)。
第三實施例圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的四級差動放大電路。在該電路中，四個根據(jù)圖2所示第二實施例的單級差動放大電路S5被級連在一起。換言之，放大電路S5被用做一個基本單元。
根據(jù)第三實施例的電路被用做與尋呼機的直接轉(zhuǎn)換接收機相關(guān)的一個限幅放大器，在該放大器中，基帶頻率范圍(通常是1kHz到10kHz)內(nèi)的信號被放大。
在每個基本單元S5內(nèi)，所述直流偏移消除子電路S3具有0dB(即單元增益)增益和被用做直流阻塞電路。差動放大電路S5具有G1dB增益，其中，G1大于所述單元增益。因此，基本單元S5的增益等于G1。由于基本單元S5被級連成四級，所以，圖4所示限幅放大電路的整個增益等于4G1dB。
圖4所示限幅放大電路有一個優(yōu)點，即由于整個增益僅僅由每個基本單元中的差動放大子電路S4確定，所以，很容易執(zhí)行增益的設(shè)置和調(diào)節(jié)。
標號S6表示一個全波整流電路。全波整流電路S6被提供給第一到第四級的每一個。
全波整流電路S6中的每一個具有三個npn型雙極晶體管30、31和32、兩個恒流匯點44和34以及一個電阻35。在第一和第二輸出端14和15處產(chǎn)生的差動輸出信號電壓被分別輸入給晶體管30和31的基極。整流后的信號電流分別從晶體管30和31的集電極輸出。
利用位于輸出電路S7中由pnp型雙極晶體管36和37形成的電流鏡象電路使從4個差動放大電路S4輸出的整流后信號電流相加，從而生成輸出信號電流。然后，利用由電阻38和電容39形成的積分電路對這個輸出信號積分，從而在限幅放大器的輸出端40處產(chǎn)生一個直流輸出電壓。如此產(chǎn)生的直流輸出電壓被用于檢測由尋呼機天線接收的信號的電場密度。獲得有關(guān)該直流輸出電壓和輸入信號電平的特性。
全波整流電路S6被提供給各差動放大電路S5，以便增加電場密度的檢測范圍。
電源電壓VCC通常被設(shè)置為1V，這很容易通過電池提供。在這種情況下，根據(jù)圖4所示第三實施例的限幅放大電路具有適于低壓操作的特性。
特別是，根據(jù)圖2所示第一實施例的直流偏移消除子電路S3具有由下式(14)給出的跨導(dǎo)
其中，I0是第一和第二恒流匯點11和12的電流值(即I0＝I01＝I02和VT是被規(guī)定為kT/q的熱電壓。
式(14)中的跨導(dǎo)gm1等于圖3所示差動放大電路S4的跨導(dǎo)的(1/3)。
當負載電阻7和8具有相同的阻值RL＝30kΩ時，恒流I01和I02被設(shè)置成I01＝I02＝5μA，和電源電壓VCC被設(shè)置成VCC＝1V，電壓增益GV如下表示；Gγ=gm1×RL={5μA6×25mV}×30kΩ-1(-0dB)]]>這意味著如果負載電阻7和8的阻值被設(shè)置成30kΩ的話，電壓增益GV可以被設(shè)置成單元增益(即0dB)。
另一方面，圖1所示傳統(tǒng)直流阻塞放大電路S300具有由下述等式(15)給出的跨導(dǎo)gm2
等式(15)中的跨導(dǎo)gm2等于圖3所示差動放大電路S4的跨導(dǎo)，該跨導(dǎo)大于根據(jù)圖2所示第一實施例的直流消除電路S3的跨導(dǎo)。
因此，在圖1所示傳統(tǒng)電路S300中，為了將增益GV設(shè)置成單元增益(即，0dB)，負載電阻值RL必須很低。由于在輸出端116和117處的輸出電壓是由(IC113×RL)和(IC124×RL)給出的，所以，降低的負載電阻值RL提高了在第一和第二輸出端116和117處的直流電壓電平(即直流偏壓)。這導(dǎo)致了下述的一個缺點，即這個電路S300可獲得的動態(tài)范圍變窄。
如上面所解釋的，根據(jù)圖4所示第三實施例的限幅放大電路比圖1所示傳統(tǒng)電路S300更適于1V的低壓操作。
在上面解釋的圖1所示的第一實施例中，通過分別在晶體管2和5的基極和晶體管3和6的基極之間添加電阻9和10形成第一和第二不平衡差動對。但是，也可以不使用電阻9和10而是通過使晶體管的射極區(qū)域不同來形成第一和第二不平衡差動對。
在對本發(fā)明最佳形式進行了描述的同時，應(yīng)當理解，對于本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講可以有很多修改而不會脫離本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明的范圍完全由下述權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種直流偏移消除電路，包括(a)由射極相互耦合到一起的第一和第二雙極晶體管構(gòu)成的第一差動對；(b)用于提供/匯集第一恒流到/從所述第一差動對的第一恒流源/匯點；(c)由射極相互耦合到一起的第三和第四雙極晶體管構(gòu)成的第二差動對；(d)用于提供/匯集第二恒流到/從所述第二差動對的第二恒流源/匯點；(e)射極連接到所述第一和第二晶體管的射極的第五雙極晶體管；(f)射極連接到所述第三和第四晶體管的射極的第六雙極晶體管；和(g)用于將所述第一和第二差動對交流耦合到一起的交流耦合元件；其中，所述第一和第五晶體管的基極被連接到第一輸入端，所述第二晶體管的基極被連接到所述耦合元件的第一端；和其中，所述第四和第六晶體管的基極被連接到第二輸入端，所述第三晶體管的基極被連接到所述耦合元件的第二端；和其中，所述第一、第三和第六晶體管的集電極被連接到第一輸出端，第二、第四和第五晶體管的集電極被連接到第二輸出端；和其中，在所述第一和第二輸入端處產(chǎn)生的直流偏移在所述第一和第二輸出端處被消除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括第一和第二射極電；其中，所述第一射極電阻的一端被連接到第一和第五晶體管的所述基極和另一端被連接到所述第二晶體管的基極；和其中，所述第二射極電阻的一端被連接到所述第四和第六晶體管的基極和另一端被連接到所述第三晶體管的基極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征是所述直流偏移消除電路的增益被設(shè)計為0dB。
4.一種差動放大電路，包括(a)用于放大一個差動輸入信號以差動產(chǎn)生第一和第二輸出的一個差動放大子電路；和(b)用于消除在所述差動放大子電路的所述第一和第二輸出中產(chǎn)生的直流偏移的直流偏移消除子電路；其中，所述直流偏移消除子電路包括(c-1)由射極相互耦合到一起的第一和第二雙極晶體管構(gòu)成的第一不平衡差動對；(c-2)用于提供/匯集第一恒流到/從所述第一差動對的第一恒流源/匯點；(c-3)由射極相互耦合到一起的第三和第四雙極晶體管構(gòu)成的第二不平衡差動對；(c-4)用于提供/匯集第二恒流到/從所述第二差動對的第二恒流源/匯點；(c-5)射極連接到所述第一和第二晶體管的射極的第五雙極晶體管；(c-6)射極連接到所述第三和第四晶體管的射極的第六雙極晶體管；和(c-7)用于將所述第一和第二差動對交流耦合到一起的一個交流耦合元件；(c-8)所述第一和第五晶體管的基極被連接到第一輸入端，所述第二晶體管的基極被連接到所述耦合元件的第一端；(c-9)所述第四和第六晶體管的基極被連接到第二輸入端，所述第三晶體管的基極被連接到所述耦合元件的第二端；(c-10)所述第一、第三和第六晶體管的集電極被連接到第一輸出端，所述第二、第四和第五晶體管的集電極被連接到第二輸出端；(c-11)在所述第一和第二輸入端處產(chǎn)生的直流偏移在所述第一和第二輸出端處被消除。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征是所述直流偏移消除子電路具有0dB的增益。
全文摘要
一種直流偏移消除電路,該電路能夠有效地消除直流偏移。這個電路包括由第一恒流源/匯點驅(qū)動的射極耦合的第一和第二雙極晶體管構(gòu)成的第一差動對和由第二恒流源/匯點驅(qū)動的射極耦合的第三和第四晶體管構(gòu)成的第二差動對。第一和第二差動對通過一個耦合電容相互耦合。第五雙極晶體管的射極被連接到第一和第二晶體管的射極。第六雙極晶體管的射極被連接到第三和第四晶體管的射極。第一和第五晶體管的基極被連接到第一輸入端,第二晶體管的基極經(jīng)過第一電阻被連接到第一輸入端。第四和第六晶體管的基極被連接到第二輸入端。第三晶體管的基極經(jīng)過第二電阻被連接到第二輸入端。第一、第三和第六晶體管的集電極被連接到第一輸出端,第二、第四和第五晶體管的集電極被連接到第二輸出端。
文檔編號H03F3/34GK1189011SQ9712639
公開日1998年7月29日 申請日期1997年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月20日
發(fā)明者工藤宏 申請人:日本電氣株式會社