專利名稱：互阻放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及互阻放大器(也可以稱為“I/V放大器”或者“電流-到-電壓放大器”)，尤其高帶寬的互阻放大器。
如

圖1所示，傳統(tǒng)所用的互阻放大器10，例如在CD或者DVD-ROM應(yīng)用中，含有一個光控二極管12，該二極管12接收CD或者DVD-ROM盤片反射的激光。對該激光所作出的反應(yīng)是該光控二極管12產(chǎn)生一個輸入電流Ii。然后一個運算放大器14和一個反饋電阻RF將輸入電流Ii轉(zhuǎn)換成輸出為VO的電壓信號。特別的，VO≈Ii·RF+VREF(1)其中VREF是接在運算放大器14同相輸入端上的一個參考電壓(例如，大地)，并且放大器14的增益假定為無窮大。
不幸的是該光控二極管12普通地有一個相對大的與之相關(guān)的寄生電容CP(大約2.5pF)。結(jié)果該運算放大器14在它的反相輸入端上有一個由寄生電容引入的主極點，其將互阻放大器10的帶寬限制在大約100MHz。受此限制的帶寬也使從放大器10輸出的電壓信號失真，這使電壓信號更難于讀取，并且增加了讀取錯誤的可能性。
本發(fā)明的任務(wù)是給出一個互阻放大器，它的帶寬增大，互阻變大。
上述的任務(wù)通過如下的電路、互阻放大器以及方法進(jìn)行解決。
其中的電路是用于從一個輸入電流產(chǎn)生一個輸出電壓的電路，該電路含有一個電流放大器，用于相應(yīng)于從其中所接收的偏壓電流產(chǎn)生一個放大的電流；一個電流緩沖器，含有一個與該輸入電流相聯(lián)系的輸入節(jié)點；一個耦合到該輸入節(jié)點以從其中接收電流的電流源；一個緩沖放大器，具有一個耦合到該輸入節(jié)點的輸入端和一個用于輸出一個緩沖電壓的輸出端；和一個耦合到該輸入節(jié)點、緩沖放大器的輸出端的切換裝置，并且該電流放大器相應(yīng)于該緩沖的電壓用于調(diào)節(jié)從該電流放大器到該輸入節(jié)點的偏壓電流的流動；和一個I/V放大器，其耦合到該電流放大器以接收放大的電流并且相應(yīng)于此來產(chǎn)生該輸出的電壓。
其中的互阻放大器是用于從一個輸入電流產(chǎn)生一個輸出電壓的互阻放大器，該互阻放大器含有一個電流放大器，包括一個與二極管連接的晶體管用于輸出一個偏壓電流，和一個輸出晶體管用于輸出一個放大的電流，二者以一個電流鏡象結(jié)構(gòu)連接；和一個電流源晶體管，耦合到該輸出晶體管以接收來自其中的電流；一個電流緩沖器，包括一個與輸入電流相聯(lián)系的輸入節(jié)點；一個電流源晶體管，耦合到該輸入節(jié)點以接收來自其中的電流；一個差分放大器，具有一個含有一個電流鏡的有源的負(fù)載，并且具有一個耦合到該輸入節(jié)點的第一差分輸入端，用于接收一個參考電壓的第二差分輸入端，和一個用于輸出一個緩沖的電壓的差分輸出端；和一個緩沖晶體管，耦合到該輸入節(jié)點、該差分放大器的差分輸出端，和電流放大器的與二極管相連接的晶體管以相應(yīng)于該緩沖的電壓調(diào)節(jié)從與二極管相連接的晶體管到該輸入節(jié)點的該輸入節(jié)點的偏壓電流的流動；和一個I/V放大器，含有一個用于接收參考電壓的參考節(jié)點；一個運算放大器，具有一個耦合到電流放大器的輸出晶體管的同相輸入端以接收該放大的電流，一個反相輸入端，和一個輸出端以輸出該輸出電壓；一個反饋電阻，耦合在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間；一個輸入電阻，耦合在運算放大器的參考節(jié)點和反相輸入端之間；一個偏壓電阻，耦合在運算放大器的同相輸入端和參考節(jié)點之間。
其中的方法是用于從一個輸入電流產(chǎn)生一個輸出電壓的方法，該方法含有緩沖該輸入電流，是通過根據(jù)輸入電流變化差分放大器的輸出端；和根據(jù)差分放大器的變化的輸出端變化流過一個切換裝置的電流；和使用一個互阻放大器從該放大的電流產(chǎn)生該輸出電壓。
其他的有利的實施結(jié)構(gòu)在各個從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明，一個用于由輸入電流產(chǎn)生輸出電壓的電路(例如互阻放大器)含有一個電流放大器，其作用是將電流放大器接收的偏置電流放大。另外，一個電流緩沖器含有一個輸入節(jié)點以接收輸入電流，一個電流源以從該輸入節(jié)點吸收電流，一個緩沖放大器，其具有連接到輸入節(jié)點的一個輸入端和輸出一個緩沖電壓的一個輸出端，以及一個緩沖裝置，其作用是調(diào)節(jié)從電流放大器到對應(yīng)緩沖電壓輸入節(jié)點的偏壓電流。另外耦合到電流放大器的一個I/V放大器接收放大的電流并且相應(yīng)產(chǎn)生該輸出電壓。
在本發(fā)明的另外的實施形式中，當(dāng)一個輸入電流隨該輸入電流而變化的一個差分放大器的輸出，而隨該差分放大器輸出而變化且流過一個緩沖裝置的電流，被緩沖時，一個輸出電壓也會產(chǎn)生。另外流過該緩沖裝置的該電流被放大，并且通過使用一個互阻放大器該輸出電壓也會由該放大的電流產(chǎn)生。
通過本發(fā)明能夠大大地提高對于該互阻放大器有效的帶寬。另外，該電流放大器使該互阻放大器具有改進(jìn)的互阻。例如在互阻放大器上具有116MHz或以上的帶寬的具有180KΩ或以上的互阻。
下面借助于附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明的實施結(jié)構(gòu)。
圖1是一個示意性描述一個傳統(tǒng)的互阻放大器的電路，和圖2是一個示意性描述一個根據(jù)本發(fā)明的互阻放大器的電路。
如圖2所示，一個改進(jìn)的互阻放大器20含有一個電流緩沖器22、一個電流放大器24、和一個I/V放大器26。該電流緩沖器22含有由一對電流鏡象晶體管Q1和Q2組成的一電流鏡；一對差分晶體管Q3和Q4；一對偏壓晶體管Q8和Q9；和一緩沖晶體管Q5。該電流放大器24含有一由一對電流鏡象晶體管Q6和Q7組成的電流鏡，和一偏壓晶體管Q10。該電流鏡象晶體管Q6和Q7與該偏壓晶體管Q9和Q10以1∶N的尺寸比例進(jìn)行配置，其中“N”是該電流放大器24的電流增益。另外，該I/V放大器26含有電阻RS、RN和RF和一個運算放大器28。
盡管本發(fā)明用雙極性晶體管的實施形式作為參考進(jìn)行描述，但能夠被有本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的是，其他的切換技術(shù)也是可以使用的，包括例如MOSFET技術(shù)。
在靜態(tài)時，該光控二極管30被關(guān)閉，該偏壓晶體管Q8和Q9分別接收一電流I1，并且該偏壓晶體管Q10接收一電流IN。通過偏壓晶體管Q9由該電流鏡象晶體管Q6和該緩沖晶體管Q5接收的該電流I1使一個輸入電壓Vi位于差分晶體管Q4的基極上并且將差分晶體管Q4的集電極上的一個緩沖電壓Vb設(shè)置到一個靜態(tài)電平，在此該緩沖晶體管Q5是足夠“導(dǎo)通”的以使該電流I1流過。同時，流過電流鏡象晶體管Q6的該電流I1被鏡象反射并且通過該電流鏡象晶體管Q7鏡象放大，該電流鏡象晶體管Q7輸出電流IN。因為偏壓晶體管Q10接收通過該電流鏡象晶體管Q7輸出的所有的電流IN，較少的或者沒有放大的電流IA通過I/V放大器26進(jìn)行接收。
在運行中，照射該光控二極管30的光(例如激光)偏置了該二極管30，以使它接收一個輸入電流Ii并且將該輸入電壓Vi箝位在一個二極管電壓降的水平。輸入電壓Vi的改變和對于電流增加的需要使該緩沖晶體管Q5從該電流鏡象晶體管Q6接收除了電流I1以外的輸入電流Ii。這依次使電流鏡象晶體管Q7除了該電流IN以外還輸出一個放大的電流IA，其中，IA=Ii·N (2)I/V放大器26的輸出電壓V0能夠如下地進(jìn)行確定。假定該運算放大器28具有無限的增益，那么V+=V-(3)其中V+和V-分別是在該運算放大器28的同相和反相輸入端上的電壓。那么產(chǎn)生了V0=V+-IF·RF(4)其中IF是反饋電流。但是V+=VREF+IA·RS(5)和IF=(VREF-V+)/RN(6)=-IA·RS/RN(7)因此，V0=VREF+(IA·Rs)+((IA·Rs·RF)/RN) (8)=VREF+(IA·Rs)·(1+RF/RN) (9)=VREF+(Ii·N·Rs)·(1+RF/RN) (10)因為N、RS、RF和RN都是常數(shù)，該輸出電壓V0結(jié)果與該輸入電壓Ii成正比，或者V0≈Ii·C(11)其中C是表示((N·RS)·(1+RF／RN))的常數(shù)。
因為光控二極管30間接地通過該電流緩沖器22從該電流放大器24接收該輸入電流Ii，該電流緩沖器22能夠?qū)⒂啥O管30的寄生電容Cp產(chǎn)生的主極點移到一個非常高的頻率，以此能夠大大地提高對于該互阻放大器20有效的帶寬。另外，該電流放大器24使該互阻放大器20具有改進(jìn)的互阻。例如互阻放大器20的某些模擬結(jié)果顯示其有110MHz或以上的帶寬，180KΩ或以上的互阻。
盡管本發(fā)明以一個或者多個實施形式作為參考進(jìn)行了描述，本發(fā)明并不局限于所描述的實施形式。本發(fā)明只是局限于所附的權(quán)利要求，其在它的范圍內(nèi)含有所有等同的根據(jù)本發(fā)明的原則進(jìn)行工作的設(shè)備和方法。
權(quán)利要求
1．用于從一個輸入電流產(chǎn)生一個輸出電壓的電路，該電路含有一個電流放大器，用于相應(yīng)于從其中所接收的偏壓電流產(chǎn)生一個放大的電流；一個電流緩沖器，含有一個與該輸入電流相聯(lián)系的輸入節(jié)點；一個耦合到該輸入節(jié)點以從其中接收電流的電流源；一個緩沖放大器，具有一個耦合到該輸入節(jié)點的輸入端和一個用于輸出一個緩沖電壓的輸出端；和一個耦合到該輸入節(jié)點、緩沖放大器的輸出端的切換裝置，并且該電流放大器相應(yīng)于該緩沖的電壓用于調(diào)節(jié)從該電流放大器到該輸入節(jié)點的偏壓電流的流動；和一個I/V放大器，其耦合到該電流放大器以接收放大的電流并且相應(yīng)于此來產(chǎn)生該輸出的電壓。
2．如權(quán)利要求1的電路，其中，該電路含有一個互阻放大器。
3．如權(quán)利要求1的電路，其中，該電流放大器含有一個電流鏡，具有一個偏壓節(jié)點以輸出該偏壓電流和一個鏡象的節(jié)點以輸出放大的電流；和一個電流源，耦合到該電流鏡的鏡象的節(jié)點以接收來自其中的電流。
4．如權(quán)利要求3的電路，其中，該電流鏡含有一對電流鏡象晶體管，并且該電流源含有一個電流源晶體管。
5．如權(quán)利要求4的電路，其中，該電流鏡象晶體管和該電流源分別含有一個雙極性晶體管。
6．如權(quán)利要求4的電路，其中，該電流放大器含有一電流增益N，其中該電流鏡象晶體管之一相對于該電流源晶體管以及相對于其他的電流鏡象晶體管的尺寸比例是(1∶N)。
7．如權(quán)利要求1的電路，其中，該電流緩沖器的電流源含有一個偏壓的晶體管。
8．如權(quán)利要求7的電路，其中，該偏壓的晶體管含有一個偏壓的雙極性的晶體管。
9．如權(quán)利要求7的電路，其中，該電流放大器含有一電流增益N并且含有一個電流鏡，具有一個偏壓節(jié)點以輸出偏壓電流和一個鏡象的節(jié)點以輸出放大的電流；和一個電流源，耦合到該電流鏡的鏡象的節(jié)點以接收來自其中的電流，其中該電流源含有一個電流源晶體管；和其中偏壓晶體管相對于電流源晶體管的尺寸比例是(1∶N)。
10．如權(quán)利要求1的電路，其中，該緩沖放大器含有一個差分放大器，該差分放大器具有一個耦合到該輸入節(jié)點的第一個差分輸入端，一個用于接收一個參考電壓的第二個差分輸入端，和一個用于輸出該緩沖電壓的差分輸出端。
11．如權(quán)利要求10的電路，其中，該差分放大器具有一個含有一個電流鏡的有源的負(fù)載。
12．如權(quán)利要求1的電路，其中，該切換裝置含有一個晶體管。
13．如權(quán)利要求12的電路，其中，該晶體管含有一個雙極性的晶體管。
14．如權(quán)利要求1的電路，其中，該I/V放大器含有一個參考節(jié)點用于接收一個參考電壓；一個運算放大器，具有一個同相輸入端以接收該放大的電流，一個反相輸入端和一個輸出端以輸出該輸出電壓；一個反饋電阻，耦合在該運算放大器的輸出端和該反相輸入端之間；一個輸入電阻，耦合在該運算放大器的參考節(jié)點和反相輸入端之間；和一個偏壓電阻，耦合在運算放大器的同相輸入端和該參考節(jié)點之間。
15．用于從一個輸入電流產(chǎn)生一個輸出電壓的互阻放大器，該互阻放大器含有一個電流放大器，包括一個與二極管連接的晶體管用于輸出一個偏壓電流，和一個輸出晶體管用于輸出一個放大的電流，二者以一個電流鏡象結(jié)構(gòu)連接；和一個電流源晶體管，耦合到該輸出晶體管以接收來自其中的電流；一個電流緩沖器，包括一個與輸入電流相聯(lián)系的輸入節(jié)點；一個電流源晶體管，耦合到該輸入節(jié)點以接收來自其中的電流；一個差分放大器，具有一個含有一個電流鏡的有源的負(fù)載，并且具有一個耦合到該輸入節(jié)點的第一差分輸入端，用于接收一個參考電壓的第二差分輸入端，和一個用于輸出一個緩沖的電壓的差分輸出端；和一個緩沖晶體管，耦合到該輸入節(jié)點、該差分放大器的差分輸出端，和電流放大器的與二極管相連接的晶體管以相應(yīng)于該緩沖的電壓調(diào)節(jié)從與二極管相連接的晶體管到該輸入節(jié)點的該輸入節(jié)點的偏壓電流的流動；和一個I/V放大器，含有一個用于接收參考電壓的參考節(jié)點；一個運算放大器，具有一個耦合到電流放大器的輸出晶體管的同相輸入端以接收該放大的電流，一個反相輸入端，和一個輸出端以輸出該輸出電壓；一個反饋電阻，耦合在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間；一個輸入電阻，耦合在運算放大器的參考節(jié)點和反相輸入端之間；一個偏壓電阻，耦合在運算放大器的同相輸入端和參考節(jié)點之間。
16．用于從一個輸入電流產(chǎn)生一個輸出電壓的方法，該方法含有緩沖該輸入電流，是通過根據(jù)輸入電流變化差分放大器的輸出端；和根據(jù)差分放大器的變化的輸出端變化流過一個切換裝置的電流；和使用一個互阻放大器從該放大的電流產(chǎn)生該輸出電壓。
17．如權(quán)利要求16的方法，其中，根據(jù)輸入電流變化差分放大器的輸出端的行動包括從一個節(jié)點接收該輸入電流，該節(jié)點是連接到該差分放大器的一個差分輸入端。
18．如權(quán)利要求16的方法，其中，該切換裝置含有一個雙極性晶體管，其中根據(jù)差分放大器的變化的輸出端變化流過該切換裝置的電流的動作包括將運算放大器的變化的輸出端作用在雙極性晶體管的基極。
19．如權(quán)利要求16的方法，其中，放大流過該切換裝置的電流的動作包括從一個電流鏡的與二極管相連接的晶體管中提供流過該切換裝置的電流；和從該電流鏡的沒有與二極管相連接的晶體管中產(chǎn)生該放大的電流。
20．如權(quán)利要求16的方法，其中，使用該互阻放大器從放大的電流中產(chǎn)生該輸出電壓的動作含有將放大的電流作用在運算放大器的同相輸入端；將放大的電流通過一個偏壓晶體管導(dǎo)通到一個參考節(jié)點；將一個參考電壓作用在該參考節(jié)點；通過一個輸入電阻將該參考節(jié)點連接到運算放大器的反向輸入端；通過一個反饋電阻將運算放大器的反向輸入端連接到運算放大器的輸出端；和在該運算放大器的輸出端產(chǎn)生該輸出電壓。
全文摘要
從一個輸入電流產(chǎn)生一個輸出電壓的改進(jìn)的互阻放大器包括:一個電流緩沖器,用于提高互阻放大器的帶寬;一個電流放大器,以此產(chǎn)生一個用于互阻放大器的較高的互阻;和一個I/V放大器。該電流放大器含有一個電流鏡和一個電流源。另外該電流緩沖器含有一個緩沖晶體管和一個差分放大器。該改進(jìn)的互阻放大器尤其在CD和DVD－ROM拾取電路部分非常有用。
文檔編號H03F3/04GK1287408SQ9911848
公開日2001年3月14日 申請日期1999年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月2日
發(fā)明者唐順柏 申請人:深圳賽意法微電子有限公司