專利名稱：互阻抗函數(shù)的產(chǎn)生方法及集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路，尤其涉及頻率補(bǔ)償集成電路。
集成電路放大器大量使用于線性及非線性電路應(yīng)用中，例如，用于積分電路，微分電路，求和電路，差分電路，阻抗變換電路，整流電路，峰值檢測(cè)電路等。通常，人們希望這些電路在很寬的頻帶內(nèi)都有大的增益并能保持穩(wěn)定，即有大帶寬。
集成電路放大器一般包括一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。通過(guò)把輸出端經(jīng)由一個(gè)補(bǔ)償電容后耦合到輸入端，可以實(shí)現(xiàn)這種電路的頻率補(bǔ)償。補(bǔ)償電容在輸出響應(yīng)中引入了一個(gè)主低頻極點(diǎn)，從而使增益滾降斜率達(dá)到每10倍頻20分貝(20dB/DEC)然而，放大器會(huì)在高頻上產(chǎn)生一個(gè)非零輸出響應(yīng)，抵消了極點(diǎn)的滾降效果。因此，假如放大器電路的增益在相位角變?yōu)?80度前不能到達(dá)1，放大器電路將變得不穩(wěn)定，產(chǎn)生振蕩。另外，在高頻上，即在那些補(bǔ)償電容的阻抗小于輸出晶體管的電阻的頻率上，輸出信號(hào)可能會(huì)變?yōu)榉欠聪?non-inverted)，從而限制了集成電路放大器在高頻上的使用。
因此，提供一種能在高頻時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定反相的輸出信號(hào)的方法和電路將是有利的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的集成電路的一種實(shí)例的原理圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的集成電路的另一種實(shí)例的原理圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的集成電路的原理圖。
本發(fā)明一般提供了一種產(chǎn)生頻率補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘?hào)的方法及集成電路。這種集成電路包括一個(gè)補(bǔ)償二極管，一個(gè)互導(dǎo)放大器和一個(gè)電容。補(bǔ)償二極管提供的阻抗用來(lái)抵消互導(dǎo)放大器的阻抗，從而使輸出信號(hào)只是電容的函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一種方法產(chǎn)生一個(gè)互阻抗函數(shù)。更具體地說(shuō)，互導(dǎo)放大器有一個(gè)互導(dǎo)值，一個(gè)反相輸入端和一個(gè)輸出端。另外，提供了第一和第二阻抗，其中信號(hào)電流流過(guò)第一阻抗并在第一阻抗兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓以及信號(hào)電流流過(guò)第二阻抗并在第二阻抗兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓。第二阻抗的值是互導(dǎo)放大器互導(dǎo)值倒數(shù)的函數(shù)。第一和第二阻抗兩端的電壓與互導(dǎo)放大器的反相輸入端的電壓相加，產(chǎn)生一個(gè)和電壓。該電壓是第一阻抗和輸入電流的函數(shù)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的集成電路10的一種實(shí)例的原理圖。集成電路10包括一個(gè)互導(dǎo)放大器11，一個(gè)補(bǔ)償二極管12，一個(gè)電容13和一個(gè)偏置級(jí)14。舉例來(lái)說(shuō)，互導(dǎo)放大器11可由一個(gè)NPN雙極晶體管15組成，其中晶體管15的基極端用作放大器11的控制電極，晶體管15的集電極和發(fā)射極端用作放大器11的電流承載電極。晶體管15的發(fā)射極用于接諸如地電位等的一個(gè)電源電壓或工作電位的一極。晶體管15的基極端與補(bǔ)償二極管12的陰極相接。補(bǔ)償二極管12的陽(yáng)極經(jīng)由電容13與晶體管15的集電極端相接。換句話說(shuō)，電容13的第一端與補(bǔ)償二極管12的陽(yáng)極相接，電容13的第二端與晶體管15的集電極相接。作為例子，補(bǔ)償二極管是一個(gè)連接成二極管的晶體管。
輸入級(jí)14包括電流源16，17和18。電流源16的第一端與補(bǔ)償二極管12的陰極相接，電流源16的第二端與諸如地電位的一個(gè)電源電壓相接，電流源16吸收集成電路10的電流，所以又被稱作電流吸收器。電流源(或電流吸收器)16保證了補(bǔ)償二極管12在正向?qū)Ｊ较鹿ぷ?。電流?7的第一端共同接于補(bǔ)償二極管12的陽(yáng)極及電容13的第一端。電流源17的第二端接到諸如Vcc等的一個(gè)電源電壓或工作電位的一極。電流源18的第一端共同接到電容13的第二端及晶體管15的集電極端。電流源18的第二端接到諸如Vcc等的一個(gè)電源電壓。由晶體管15的集電極端、電容13的第二端和電流源18的第一端的公共連接點(diǎn)形成的節(jié)點(diǎn)19用作輸出信號(hào)V010的輸出節(jié)點(diǎn)或輸出端。偏置級(jí)14的一種合適的電路結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)電流源和一個(gè)兩晶體管電流鏡。這樣就有效地消除了晶體管15的基極電流并且當(dāng)晶體管15的平均直流(dc)電流是電流鏡晶體管的兩倍時(shí)提高平衡。
工作時(shí)，偏置級(jí)14分別通過(guò)電流源16，17和18提供偏置或移交電流I16，I17和I18。另外，電流源16和17相配合分別提供小信號(hào)差電流“id16”和“id17”。偏置電流I16和I17的值最好相等，并且偏置電流I18的值最好是偏置電流I16和I17的值的兩部。因此，晶體管15的發(fā)射極電阻是連接成二極管的晶體等12的發(fā)射極電阻的一半。應(yīng)該注意的是小信號(hào)電流“id16”和“id17”是流入節(jié)點(diǎn)33的差電流，節(jié)點(diǎn)33是交流(ac)或虛地。這樣，電容13就用來(lái)接收電流id16和id17相加后的差電流。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，電流id16和id17的值相等并且通常用字母“ i”表示。用記號(hào)“i”來(lái)表示電流id16和id17，則流過(guò)電容13的電流的值為“2*i”，流過(guò)補(bǔ)償二極管12的電流的值為“i”。因此，集成電路10的傳輸函數(shù)如等式1所示V010＝ΔVbe15+ΔVbe12-(2*i/S*C13)等式1其中V010是集成電路10的輸出電壓；ΔVbe15是晶體管15的基極一發(fā)射極電壓的小信號(hào)變化；ΔVbe12是二極管12上的小信號(hào)電壓變化；2*i是小信號(hào)電流；S是表示一個(gè)復(fù)頻率的復(fù)數(shù)；以及C13是電容13的電容值。
等式1可以重寫成等式2V010＝2*1*rei5-i*re12-2*i/S*C13等式2其中re15是晶體管15的發(fā)射極電阻；re12是連接成二極管的晶體管12的發(fā)射極電阻。
因?yàn)榫w管15的發(fā)射極電阻是連接成二極管的晶體管12的發(fā)射極電阻的一半，等式2可以被改寫成等式3V010＝-2*1/S*C13等式3這樣，補(bǔ)償二極管12就提供了一個(gè)抵消晶體管15的發(fā)射極電阻的阻抗。更具體地說(shuō)，對(duì)晶體管11和補(bǔ)償二極管12的偏置應(yīng)使得補(bǔ)償二極管的阻抗和晶體管15的發(fā)射極電阻在與流過(guò)它們的小信號(hào)電流相結(jié)合后互相抵消。因此，輸出信號(hào)僅是電容13的函數(shù)。應(yīng)該注意的是集成電路10的輸出信號(hào)是反相的，并且其增益滾降斜率為20dB/DEC。這樣，集成電路10就適于在反饋應(yīng)用中使用。
雖然所示的反饋元件13是一個(gè)電容，應(yīng)該注意的是這不是對(duì)本發(fā)明的限制。反饋元件13可以是諸如電阻，電阻和電容的串聯(lián)組合等負(fù)載阻抗。反饋元件13的阻抗最好不大于互導(dǎo)放大器14的小信號(hào)電阻的大約10倍。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的集成電路20的另一實(shí)例的原理圖。應(yīng)該理解的是在圖中使用了相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同的元件。集成電路20與圖1中的集成電路10相似，除了用一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管21來(lái)作為互導(dǎo)放大器14以及二極管23優(yōu)選用一個(gè)連接成二極管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)形成外。這樣，場(chǎng)效應(yīng)晶體管21的柵極用作互導(dǎo)放大器14的控制極，源和漏用作電流導(dǎo)通電極。晶體管21的漏也經(jīng)由電容13與補(bǔ)償二極管23的陽(yáng)極相接。電容13的第二端、晶體管21的漏和電流源18的第一端的公共節(jié)點(diǎn)22用作輸出信號(hào)V020的輸出節(jié)點(diǎn)或輸出端。集成電路20的傳輸函數(shù)如等式4所示V020＝ΔCds21+ΔVds23-(2*i/S*C13)等式4其中V020是集成電路20的輸出電壓；ΔVds21是晶體管21的漏一源電壓的小信號(hào)電壓變化；ΔVds23是二極管23的電壓的小信號(hào)電壓變化；2*i是小信號(hào)電流；S是一個(gè)表示復(fù)數(shù)頻率的復(fù)數(shù)；以及C13是電容13的電容值。
等式4可以被改寫為等式5V020＝2*i*rd21-i*rd23-2*r/S*C13等式5其中rd21是晶體管21的發(fā)射極電阻；以及rd23是連接成二極管的晶體管23的發(fā)射極電阻。
因?yàn)榫w管21的漏一源電阻是連接成二極管的晶體管的漏-源電阻的一半，等式5可以寫為等式6V020＝-2*i/S*C13等式6
應(yīng)該注意的是與集成電路10相似，集成電路20的輸出是反相的，且增益滾降斜率為20dB/DEC。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的集成電路30的原理圖。集成電路30包括一個(gè)互導(dǎo)放大器11，一個(gè)電容13，一個(gè)補(bǔ)償二極管32和一個(gè)偏置級(jí)14。應(yīng)該理解的是在圖中使用了相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同的元件。舉例說(shuō)來(lái)，互導(dǎo)放大器11可由一個(gè)NPN雙極晶體管15組成，其中晶體管15的基極端用作互導(dǎo)放大器11的控制極，晶體管15的集電極和發(fā)射極端用作互導(dǎo)放大器11的電流承載電極。晶體管15的發(fā)射極與諸如地電位等的一個(gè)電源電壓相接。晶體管15的基極端與電容13的第一端相接。電容13的第二端經(jīng)由二極管32與晶體管15的集電極端相接。換句話說(shuō)，電容器13的第一端與晶體管15的基極相接，電容13的第二端與補(bǔ)償二極管32的陽(yáng)極相接。
輸入級(jí)14包括電流源16，17和18。電流源16的第一端與晶體管15的基極端相接，電流源16的第二端與諸如地電位等的一個(gè)電源電壓或工作電位的一極相接。電流源17的第一端共同與電容13的第一端和晶體管15的基極端相接。電流源17的第二端與諸如Vcc等的一個(gè)電源電壓或工作電位的一極相接。電流源18的第一端共同接到電容13的第二端和連接成二級(jí)管的晶體管32的陽(yáng)極相接。電流源18的第二端與諸如Vcc等的電源電壓相接。由晶體管15的集電極端和補(bǔ)償二極管32的陽(yáng)極端連接形成的節(jié)點(diǎn)34用作輸出信號(hào)V030的輸出節(jié)點(diǎn)或輸出端。
工作時(shí)，偏置級(jí)14分別通過(guò)電流源16，17和18提供偏置或靜態(tài)電流I16，I17和I18。另外，電流源16和17相配合分別提供小信號(hào)差電流“ id16”和“id17”。偏置電流I16和I17的值最好相等。相應(yīng)地，連接成二極管的晶體管32和晶體管15的發(fā)射極電阻相等。應(yīng)該注意的是小信號(hào)電流“id16”和“ id17”是流入節(jié)點(diǎn)35的差電流，節(jié)點(diǎn)35是一個(gè)交流(ac)或虛地。這樣，流過(guò)電容13的電流是電流id16和id17的和。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，電流id16和id17的值相等，因此這兩個(gè)電流值被指定為“i”。用記號(hào)“i”來(lái)表示電流id16和idi7，則流過(guò)電容13的電流值為“2*1”，流過(guò)補(bǔ)償二極管的電流值也為“2*i”，因此，集成電路10的傳輸函數(shù)由等式7給出
V030＝ΔVbe15-ΔVbe32-(2*i/S*C13)等式7其中V030是集成電路30的輸出電壓；ΔVbe14是晶體管15的基極-發(fā)射極電壓的小信號(hào)變化；ΔVbe32是二極管32的電壓的小信號(hào)變化；2*I是小信號(hào)電流；S是一個(gè)表示復(fù)數(shù)頻率的復(fù)數(shù)；以及C13是電容13的電容值。
等式7可以重寫為等式8V030＝2*i*re15-2*i*re32-2Ai/S*C13等式8因?yàn)榫w管15的發(fā)射極電阻等于連接成二極管的晶體管32的發(fā)射極電阻，等式8可以寫為等式9V030＝2*1/S*C13等式9這樣，補(bǔ)償二極管32提供的阻抗抵消了晶體管34的發(fā)射極電阻。更具體地說(shuō)，晶體管34和補(bǔ)償二極管32的偏置應(yīng)使得補(bǔ)償二極管32的阻抗和晶體管34的發(fā)射極電阻在與流過(guò)它們的小信號(hào)電流組合互相抵消。因此，輸出信號(hào)僅是電容13的函數(shù)。應(yīng)該注意的是集成電路30的輸出信號(hào)是反相的，其增益滾降斜率為20dB/DEC。因而，集成電路30適于在反饋應(yīng)用中使用。
顯示示出的反饋元件是一個(gè)電容器，應(yīng)該注意的是這并不是對(duì)本發(fā)明的限制。反饋元件可以是諸如電阻，電阻和電容的串聯(lián)組合等負(fù)載阻抗。
至此，應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)提供了一種用于提供頻率已補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘?hào)的集成電路和方法。這種集成電路適用于積分器，運(yùn)算放大器等。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提高了集成電路應(yīng)用中的積分范圍及提高了放大器應(yīng)用中的頻率范圍。
權(quán)利要求
1.一種集成電路(10)，其特征在于包括有一個(gè)控制極、一個(gè)第一電流承載電極和一個(gè)第二電流承載電極的互導(dǎo)放大器(11)，其中第一電流承載電極連接用于接收一個(gè)偏置電流，第二電流承載電極連接用于接收工作電位的第一極；有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端的負(fù)載阻抗(13)，其第一端連接用于接收一個(gè)差電流，第二端與互導(dǎo)放大器(11)的第一電流承載電極相接，該第二端用作集成電路(10)的輸出；有第一及第二端的二極管(12)，其第一端與負(fù)載阻抗(13)的第一端相接，第二端與互導(dǎo)放大器(11)的控制極相接；與二極管(12)的第一端相接的電流源(17)；以及與二極管(12)的第二端相接的電流吸收器(16)，使二極管(12)偏置在正向?qū)üぷ髂Ｊ较隆?br> 2.如權(quán)利要求1的集成電路(10)，其中互導(dǎo)放大器(11)是一個(gè)晶體管(15)。
3.權(quán)利要求1或2的集成電路(10)，其中晶體管是一個(gè)雙極晶體管。
4.權(quán)利要求1或2的集成電路(10)，其中晶體管(11)是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
5.權(quán)利要求1，2，3或4的集成電路(10)，其中負(fù)載阻抗(13)是一個(gè)電容。
6.權(quán)利要求1的集成電路(10)，進(jìn)一步包括一個(gè)為負(fù)載阻抗(13)的第一端提供差電流的偏置級(jí)(14)。
7.一種集成電路(30)，其特征在于包括有一個(gè)控制極，一個(gè)第一電流承載極和一個(gè)第二電流承載極的互導(dǎo)放大器(11)，其中第一電流承載極連接用于接收工作電位的第一極；有第一和第二端的二極管，其中第一端連接用于接收一個(gè)偏置電流，第二端與互導(dǎo)放大器(11)的第二電流承載極相接；以及有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端的負(fù)載阻抗(13)，其中第一端與互導(dǎo)放大器(11)的控制電極相接，用于接收一個(gè)差電流，第二端與二極管(32)的第一端相接。
8.一種互阻抗函數(shù)的產(chǎn)生方法，其特征在于包括步驟提供一個(gè)有一個(gè)互導(dǎo)值，一個(gè)反相輸入和一個(gè)輸出端的互導(dǎo)放大器(11)；在互導(dǎo)放大器(11)的輸出端和相反輸入之間提供一個(gè)第一阻抗(13)，其中信號(hào)電流流過(guò)第一阻抗(13)并在第一阻抗(13)兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓；提供一個(gè)第二阻抗(12)，其值是互導(dǎo)放大器(11)的互導(dǎo)值的倒數(shù)的函數(shù)，其中信號(hào)電流流過(guò)第二阻抗(12)并在第二阻抗(12)兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓；以及把第一(13)和第二(12)阻抗兩端的電壓與出現(xiàn)在互導(dǎo)放大器(11)的反相輸入端的電壓相加，產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓是第一阻抗(13)和輸入電流的函數(shù)。
9.權(quán)利要求8的方法，其中提供第一阻抗(13)的步驟包括提供一個(gè)電容器。
10.權(quán)利要求8或9的方法，其中提供第二阻抗(12)的步驟包括提供一個(gè)二極管。
全文摘要
一種產(chǎn)生頻率經(jīng)補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘?hào)的方法及集成電路(10),集成電路(10)包括一個(gè)經(jīng)由電容(13)和補(bǔ)償二極管(12)與互導(dǎo)放大器(14)相接的輸入級(jí)(14)。補(bǔ)償二極管(12)提供的阻抗與互導(dǎo)放大器(14)的輸出阻抗抵消。集成電路(10)的輸出信號(hào)由電容(13)決定。
文檔編號(hào)H03F1/08GK1176528SQ9711792
公開(kāi)日1998年3月18日 申請(qǐng)日期1997年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月3日
發(fā)明者威廉·E·梅因 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司