混合跨導(dǎo)放大器的制造方法
【專利摘要】混合跨導(dǎo)放大器具有包括第一和第二增益晶體管的至少一個增益級，電耦合到所述第一增益晶體管的至少一個第一負(fù)載晶體管和電耦合到所述第二增益晶體管的至少第二負(fù)載晶體管，和電耦合到負(fù)載晶體管的負(fù)載電阻。具有可選增益的混合跨導(dǎo)放大器具有包括至少第一和第二負(fù)載晶體管的第一混合跨導(dǎo)放大器單元，每個負(fù)載晶體管具有負(fù)載電阻器，具有至少具有第三、第四、第五和第六負(fù)載晶體管的至少一個附加的混合跨導(dǎo)放大器單元，每個負(fù)載晶體管具有負(fù)載電阻器，電耦合到放大器單元的至少兩個開關(guān)以允許選擇放大器單元中的一個，并具有相應(yīng)于選擇的放大器單元的增益的差分輸出信號。
【專利說明】混合跨導(dǎo)放大器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年2月27日提交的美國專利申請?zhí)?4/192601的優(yōu)先權(quán)以及權(quán)益，在其全部并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]許多測量儀器接收模擬形式的數(shù)據(jù)，并使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式以供分析和顯示。該輸入信號通常需要在到達(dá)ADC之前放大和過濾。當(dāng)前和過去的放大器具有可以得到改善的一些不足之處。
[0004]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的增益級，通常被稱為具有兩個晶體管10和12的8?-見放大器，這里稱為增益晶體管。增益正比于尾電流I，增益等于所述gm和所述Rl的乘積。大多數(shù)晶體管的缺點在于有與基極-發(fā)射極回路相關(guān)的歐姆電阻。有從基部到發(fā)射極的電阻，包括本征基，以及從固有發(fā)射到接觸的接觸電阻。這導(dǎo)致增益不是基于當(dāng)前人們所期望的確切內(nèi)容，因為這些電阻降低它。此外，當(dāng)輸入信號擺動時，該響應(yīng)是非線性的。
[0005]圖2示出了具有串聯(lián)晶體管作為負(fù)載的跨導(dǎo)放大器的示例。晶體管12具有晶體管16和14作為負(fù)載，以及晶體管10具有晶體管18和20作為負(fù)載。在本示例中，所有的歐姆組件是相同的。這導(dǎo)致增益為2，簡稱為X2放大器，作為數(shù)值’乘以2’擴增。增益也并不取決于電流。對于圖2中的放大器的響應(yīng)的至少一部分，所述響應(yīng)是線性的，因為無論在增益階段發(fā)生的在負(fù)載也發(fā)生。然而，h增加意味著電流降低。當(dāng)電流降低時，帶寬受到影響。該放大器提供輸出以驅(qū)動負(fù)載，將有電容方面給它。當(dāng)電流下降晶體管的高^導(dǎo)致低電流范圍的非線性響應(yīng)。
[0006]可開發(fā)出在這兩種類型的放大器之間的性能特性的放大器。
【附圖說明】
[0007]圖1和2示出放大器的現(xiàn)有技術(shù)實施例。
[0008]圖3示出放大器響應(yīng)曲線的圖形表示。
[0009]圖4示出混合跨導(dǎo)放大器的實施例。
[0010]圖5示出具有基極電阻的晶體管的實施例。
[0011]圖6示出混合跨導(dǎo)放大器的實施例。
[0012]圖7示出可切換X1/X2放大器的實施例。
【具體實施方式】
[0013]圖4示出具有寬范圍線性響應(yīng)的混合跨導(dǎo)放大器的實施例。圖4示出了在負(fù)載類似于圖2的跨導(dǎo)放大器的放大器，但是具有電阻。負(fù)載晶體管14和16具有電阻器24和26，及負(fù)載晶體管18和20具有電阻器30和28，圖1的傳統(tǒng)gm-R^有電阻性負(fù)載。在圖2中加入晶體管(連接為二極管)提供了跨導(dǎo)響應(yīng)。通過添加電阻負(fù)載，所得到的放大器具有g(shù)fRdP跨導(dǎo)放大器之間的響應(yīng)，它是這里稱為“混合”跨導(dǎo)放大器。電阻器22和32被添加到增益級的晶體管，它也可以適用于圖1的增益級。
[0014]圖4的放大器具有更強大的高頻響應(yīng)。圖3示出響應(yīng)的圖形比較。在圖3中，外曲線具有DC(直流或穩(wěn)態(tài))反應(yīng)。在高頻率中的負(fù)載下降電流，從而導(dǎo)致圖3的內(nèi)曲線，其示出響應(yīng)的非線性。在中間頻率的放大器響應(yīng)是在圖3的中間曲線。
[0015]圖4中的放大器具有左右和上下的相同電阻。這導(dǎo)致8?-1?1階段減少增益，因為圖2的晶體管的增加的電阻，并且通過包含這些電阻的增益的恢復(fù)，放大器維持線性響應(yīng)的更廣泛范圍。在一個實施例中，放大器與多達(dá)4千兆赫的線性響應(yīng)工作。類似于圖2的放大器，圖4的放大器沒有尾電流I，作為增益的驅(qū)動力。
[0016]關(guān)于負(fù)載晶體管，基極出來的電流是頻率的遞增函數(shù)，可以將電阻添加到基極以使負(fù)載電導(dǎo)。DC測試i3DC = ft/fs隨著頻率線性減小。這可用于晶體管中的gm單元，但通常如果其構(gòu)造有電感方面，這些晶體管的性能會受到影響。向負(fù)載晶體管(諸如，16)的基極加入基極電阻器40在圖5中示出。添加電感峰值增加頻率范圍，放大器響應(yīng)是線性的。
[0017]圖6示出了具有帶電感峰化電阻負(fù)載的X2放大器的實施例。例如，負(fù)載晶體管16具有基極電阻40和負(fù)載電阻26。該結(jié)構(gòu)被重復(fù)用于負(fù)載晶體管14、18和20。圖6的放大器比之前放大器具有寬得多的線性響應(yīng)范圍。
[0018]圖7示出了可切換X1/X2放大器的實施例。該實施例使得增益在整數(shù)值之間變化。應(yīng)該注意，整數(shù)值取決于電源電壓。具有足夠高的供給，增益可以是三、或四等。對于儀表前端，諸如示波器，具有可切換的增益可以用于需要大的增益的非常小的輸入信號，以及需要很少或沒有增益的大的輸入信號。增益交換通常經(jīng)由儀器的面板上設(shè)置的控制旋鈕發(fā)生。
[0019]在圖7中，開關(guān)54和56允許在如圖6的X2混合跨導(dǎo)放大器52和Xl放大器50之間選擇。如果開關(guān)54被關(guān)閉，晶體管62和64獲取從X2放大器52離開的電流，以及所得的輸出70和72反映增益I。在58的電阻器電容器的連接提供輸出的過濾。同樣，60中的晶體管提供在輸出的測試電流消除。通常情況下，輸出將驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0020]應(yīng)該理解，若干的上述公開的和其他特征和功能或其替代方案，可按需要結(jié)合到許多其他不同的系統(tǒng)或應(yīng)用。同樣，各種目前無法預(yù)見或無法預(yù)期的替代、修改、變化或改進(jìn)可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在隨后進(jìn)行，其也意在由下列權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種混合跨導(dǎo)放大器，包括: 包括第一和第二增益晶體管的至少一個增益級； 電耦合到所述第一增益晶體管的至少第一負(fù)載晶體管和電耦合到所述第二增益晶體管的至少一個第二負(fù)載晶體管;和 電耦合至所述負(fù)載晶體管的負(fù)載電阻。2.如權(quán)利要求1所述的放大器，進(jìn)一步包括電耦合到所述第一和第二增益晶體管的發(fā)射極的負(fù)載電阻器。3.如權(quán)利要求1所述的放大器，進(jìn)一步包括電耦合至所述負(fù)載晶體管的基極的基極電阻器。4.如權(quán)利要求3所述的放大器，其中，所有的基電阻器具有相同的值。5.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述放大器的響應(yīng)是gm_RL放大器和跨導(dǎo)放大器的響應(yīng)之間。6.如權(quán)利要求1所述的放大器，進(jìn)一步包含電耦合到所述第一增益晶體管的第三負(fù)載晶體管，和電連接到所述第二增益晶體管的第四負(fù)載晶體管。7.如權(quán)利要求6所述的放大器，其中，第三和第四負(fù)載晶體管具有負(fù)載電阻器。8.如權(quán)利要求7所述的放大器，其中，第三和第四負(fù)載晶體管具有基極電阻器。9.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述負(fù)載電阻器具有相同的電阻。10.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述負(fù)載晶體管被連接為二極管。11.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述放大器具有高達(dá)4千兆赫的輸入信號頻率的線性響應(yīng)。12.—種具有可選增益的混合跨導(dǎo)放大器，包括: 具有至少第一和第二負(fù)載晶體管的第一混合跨導(dǎo)放大器單元，每個負(fù)載晶體管具有負(fù)載電阻器； 具有至少第三、第四、第五和第六負(fù)載晶體管的至少一個附加的混合跨導(dǎo)放大器單元，每個負(fù)載晶體管具有負(fù)載電阻器； 電耦合到放大器單元的至少兩個開關(guān)，以允許選擇放大器單元中的一個;和 具有對應(yīng)于所選擇的放大器單元的增益的差分輸出信號。13.如權(quán)利要求12所述的放大器，其進(jìn)一步包含電耦合到所述輸出信號的濾波電路。14.如權(quán)利要求13所述的放大器，其中，所述濾波器電路包括電阻器和電容器。15.如權(quán)利要求12所述的放大器，進(jìn)一步包括電耦合到輸出的測試電流消除。16.如權(quán)利要求12所述的放大器，其中，所述第一放大器單元包含第十一放大器單元。17.如權(quán)利要求12所述的放大器，其中，所述附加放大器單元包括X2放大器單元。18.如權(quán)利要求12所述的放大器，其中，所述放大器單元提供具有整數(shù)值增益。19.如權(quán)利要求18所述的放大器，其中，所述整數(shù)值取決于電源電壓。
【文檔編號】H03F1/26GK106031028SQ201580010334
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月26日
【發(fā)明人】B·吉爾伯特
【申請人】美國亞德諾半導(dǎo)體公司