mwirth-epo/epo-nmt-datasets huggingface dataset:
Bei bestimmten elektronischen Vorrichtungen in der Art tragbarer elektronischer Vorrichtungen, beispielsweise Mobiltelefonen, werden Niederleistungs-Operationsverstärker verwendet, welche Lasten niedriger Impedanz treiben können.
In certain electronic devices, such as portable electronic devices, e.g. cell phones, low-power operational amplifiers which can drive low impedance loads are used.
Für einen niedrigen Stromverbrauch und eine hohe Ansteuerfähigkeit sind AB-Klasse-Verstärker eine typische Wahl für solche Verstärker.
For low power consumption and high driving capability, AB class amplifiers are a typical choice for such amplifiers.
Für einen AB-Klasse-Verstärker ist eine Vorstromsteuerung erforderlich.
For an AB class amplifier, bias current control is needed.
Es sind AB-Klasse-Verstärker erwünscht, die eine Vorstromsteuerung aufweisen, welche stabil ist, beispielsweise im Fall einer variierenden Versorgungsspannung oder variierender Lasten.
AB class amplifiers with bias current control that is stable, e.g. in case of varying supply voltage or varying loads, are desirable.
In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen in den verschiedenen Ansichten die gleichen Teile.
In the drawings, like reference characters generally refer to the same parts throughout the different views.
Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, wobei der Nachdruck vielmehr im Allgemeinen auf das Erläutern der Grundgedanken der Erfindung gelegt wird.
The drawings are not necessarily to scale, emphasis instead generally being placed upon illustrating the principles of the invention.
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte mit Bezug auf die folgende Zeichnung beschrieben.
In the following description, various aspects are described with reference to the following drawings, in which: FIG. 1shows an amplifier circuit including feed-forward bias current control.
Es zeigen: Fig. 1eine Verstärkerschaltung, die eine Mitkopplungs-Vorstromsteuerung aufweist, Fig. 2eine Verstärkerschaltung, die eine Steuerschaltung zum Steuern der Source-Drain-Spannung eines zur Vorstromsteuerung verwendeten Transistors aufweist, Fig. 3eine Verstärkerschaltung, die einen Operationsverstärker zum Steuern der Source-Drain-Spannung von zwei zur Vorstromsteuerung verwendeten Transistoren aufweist, Fig. 4eine Vorspannungsschaltung, Fig. 5eine Verstärkerschaltung, welche die Vorspannungsschaltung aus Fig. 4aufweist, die einen Differenzverstärker mit einem einzigen Ausgang implementiert, und Fig. 6eine Verstärkerschaltung, welche die Vorspannungsschaltung aus Fig. 4aufweist, die einen Differenzverstärker implementiert, welcher die Vorspannungsschaltung aus Fig. 4aufweist, die einen Differenzverstärker mit zwei differenziellen Ausgängen implementiert.
FIG. 6shows an amplifier circuit including the bias circuit of FIG. 4implementing a differential amplifier including the bias circuit of FIG. 4implementing a differential amplifier with two differential outputs.
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die anliegende Zeichnung, in der zur Erläuterung spezifische Einzelheiten und Aspekte dieser Offenbarung dargestellt sind, worin die Erfindung verwirklicht werden kann.
The following detailed description refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific details and aspects of this disclosure in which the invention may be practiced.
Diese Aspekte dieser Offenbarung werden in ausreichenden Einzelheiten beschrieben, um es Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung zu verwirklichen.
These aspects of this disclosure are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention.
Andere Aspekte dieser Offenbarung können verwendet werden, und es können strukturelle, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Other aspects of this disclosure may be utilized and structural, logical, and electrical changes may be made without departing from the scope of the invention.
Die verschiedenen Aspekte dieser Offenbarung schließen einander nicht notwendigerweise aus, weil einige Aspekte dieser Offenbarung mit einem oder mehreren anderen Aspekten dieser Offenbarung kombiniert werden können, um neue Aspekte zu bilden.
The various aspects of this disclosure are not necessarily mutually exclusive, as some aspects of this disclosure can be combined with one or more other aspects of this disclosure to form new aspects.
Klasse-AB-Verstärker (oder Klasse-AB-Ausgangsstufen) bieten eine hohe Ansteuerfähigkeit bei einem niedrigen Stromverbrauch und sind daher eine beliebte Wahl für Ausgangsstufen.
Class AB amplifiers (or class AB outputs stages) offer high driving capability with a low power consumption and are therefore a popular choice for output stages.
Eine Vorstromsteuerung kann verwendet werden, um eine niedrige Verzerrung eines AB-Klassen-Verstärkers zu gewährleisten.
Bias current control may be used to ensure low distortion of an AB class amplifier.
Ein erster Typ einer Vorstromsteuerung eines AB-Klassen-Verstärkers ist eine Mitkopplungssteuerung.
A first type of bias current control of an AB class amplifier is feed-forward control.
Dies ist in Fig. 1dargestellt.
This is illustrated in FIG. 1.
Fig. 1zeigt eine Verstärkerschaltung 100.
FIG. 1shows an amplifier circuit 100.
Die Verstärkerschaltung 100 implementiert einen AB-Klassen-Verstärker (oder eine AB-Klassen-Ausgangsstufe).
The amplifier circuit 100implements an AB class amplifier (or AB class output stage).
Sie weist einen ersten Feldeffekttransistor 101 auf, dessen Drainelektrode mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung 100 gekoppelt ist und dessen Sourceelektrode mit dem niedrigen Versorgungspotential gekoppelt ist.
It includes a first field effect transistor 101whose drain is coupled to the output of the amplifier circuit 100and whose source is coupled to the low supply potential.
Die Gateelektrode des ersten Feldeffekttransistors 101 ist mit der Sourceelektrode eines zweiten Feldeffekttransistors 102 gekoppelt.
The gate of the first field effect transistor 101is coupled to the source of a second field effect transistor 102.
Die Drainelektrode des zweiten Feldeffekttransistors 102 ist mit einer ersten Eingangsstromquelle 109 gekoppelt.
The drain of the second field effect transistor 102is coupled to a first input current source 109.
Die Gateelektrode des zweiten Feldeffekttransistors 102 ist mit der Gateelektrode eines dritten Feldeffekttransistors 103 gekoppelt, dessen Drainelektrode mit seiner Gateelektrode und einer ersten Vorstromquelle 110 gekoppelt ist.
The gate of the second field effect transistor 102is coupled to the gate of a third field effect transistor 103whose drain is coupled to its gate and to a first bias current source 110.
Die Sourceelektrode des dritten Feldeffekttransistors 103 ist mit der Drainelektrode eines vierten Feldeffekttransistors 104 gekoppelt, dessen Gateelektrode mit seiner Drainelektrode gekoppelt ist und dessen Sourceelektrode mit dem niedrigen Versorgungspotential gekoppelt ist.
The source of the third field effect transistor 103is coupled to the drain of a fourth field effect transistor 104whose gate is coupled to its drain and whose source is coupled to the low supply potential.
Ähnlich weist die Verstärkerschaltung 100 einen fünften Feldeffekttransistor 105 auf, dessen Drainelektrode mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung 100 gekoppelt ist und dessen Sourceelektrode mit dem hohen Versorgungspotential gekoppelt ist.
Similarly, the amplifier circuit 100includes a fifth field effect transistor 105whose drain is coupled to the output of the amplifier circuit 100and whose source is coupled to the high supply potential.
Die Gateelektrode des fünften Feldeffekttransistors 105 ist mit der Sourceelektrode eines sechsten Feldeffekttransistors 106 gekoppelt.
The gate of the fifth field effect transistor 105is coupled to the source of a sixth field effect transistor 106.
Die Drainelektrode des sechsten Feldeffekttransistors 106 ist mit einer zweiten Eingangsstromquelle 111 gekoppelt.
The drain of the sixth field effect transistor 106is coupled to a second input current source 111.
Die Gateelektrode des sechsten Feldeffekttransistors 106 ist mit der Gateelektrode eines siebten Feldeffekttransistors 107 gekoppelt, dessen Drainelektrode mit seiner Gateelektrode und mit einer zweiten Vorstromquelle 112 gekoppelt ist.
The gate of the sixth field effect transistor 106is coupled to the gate of a seventh field effect transistor 107whose drain is coupled to its gate and to a second bias current source 112.
Die Sourceelektrode des siebten Feldeffekttransistors 107 ist mit der Drainelektrode eines achten Feldeffekttransistors 108 gekoppelt, dessen Gateelektrode mit seiner Drainelektrode gekoppelt ist und dessen Sourceelektrode mit dem hohen Versorgungspotential gekoppelt ist.
The source of the seventh field effect transistor 107is coupled to the drain of an eighth field effect transistor 108whose gate is coupled to its drain and whose source is coupled to the high supply potential.
Der erste Feldeffekttransistor 101 und der fünfte Feldeffekttransistor 105 können als die eigentlichen Verstärkungstransistoren der Verstärkerschaltung 100 angesehen werden, während der zweite Feldeffekttransistor 102, der dritte Feldeffekttransistor 103, der vierte Feldeffekttransistor 104, der sechste Feldeffekttransistor 106, der siebte Feldeffekttransistor 107 und der achte Feldeffekttransistor 108 als für die Vorstromsteuerung verwendet angesehen werden können.
The first field effect transistor 101and the fifth field effect transistor 105can be seen as the actual amplifying transistors of the amplifier circuit 100while the second field effect transistor 102, the third field effect transistor 103, the fourth field effect transistor 104, the sixth field effect transistor 106, the seventh field effect transistor 107and the eighth field effect transistor 108can be seen to be used for bias current control.
Bei diesem Beispiel sind der erste, der zweite, der dritte und der vierte Feldeffekttransistor 101 bis 104 n-Kanal-Feldeffekttransistoren, beispielsweise NMOS-(n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter)-Transistoren, und der fünfte, sechste, siebte und achte Feldeffekttransistor 105 bis 108 p-Kanal-Feldeffekttransistoren.
In this example, the first, second, third and fourth field effect transistors 101to 104are n-channel field effect transistors, e.g. NMOS (n channel Metal Oxide Semiconductor) transistors and the fifth, sixth, seventh and eighth field effect transistors 105to 108are p-channel field effect transistors.
Der Vorstrom durch den ersten Feldeffekttransistor 101 und den fünften Feldeffekttransistor 105 kann durch die Auswahl des von der ersten Vorstromquelle 110 bereitgestellten Stroms I bias 1, des von der zweiten Vorstromquelle 112 bereitgestellten Stroms I bias 2, der Dimensionierung des vierten Feldeffekttransistors 104 und der Dimensionierung des achten Feldeffekttransistors 108 festgelegt werden.
The bias current through the first field effect transistor 101and the fifth field effect transistor 105may be set by the choice of the current Ibias 1provided the first bias current source 110, the current Ibias 2provided by the second bias current source 112, the dimensioning of the fourth field effect transistor 104and the dimensioning of the eighth field effect transistor 108.
Allerdings können in der Verstärkerschaltung 100 der erste Feldeffekttransistor 101 und der vierte Feldeffekttransistor 104 sowie der fünfte Feldeffekttransistor 105 und der achte Feldeffekttransistor 108 mit unterschiedlichen Drain-Source-Spannungen arbeiten.
However, in the amplifier circuit 100the first field effect transistor 101and the fourth field effect transistor 104as well as the fifth field effect transistor 105and the eighth field effect transistor 108may work with different drain source voltages.
Beispielsweise hängen die Source-Drain-Spannung des ersten Feldeffekttransistors und die Source-Drain-Spannung des zweiten Feldeffekttransistors von der Versorgungsspannung ab.
For example, the source drain voltage of the first field effect transistor and the source drain voltage of the first second effect transistor depend on the supply voltage.
Ferner können der erste Feldeffekttransistor 101, der vierte Feldeffekttransistor 104, der fünfte Feldeffekttransistor 105 und der achte Feldeffekttransistor 108 Kurzkanalvorrichtungen sein (beispielsweise angesichts einer Verringerung des Leistungsverbrauchs).
Further, the first field effect transistor 101, the fourth field effect transistor 104, the fifth field effect transistor 105and the eighth field effect transistors 108may be short channel devices (e.g. in view of a reduction of power consumption).
Weil für einen Kurzkanal-Feldeffekttransistor die Abhängigkeit des Stroms durch den Feldeffekttransistor von der Drain-Source-Spannung typischerweise relativ hoch ist, kann der Vorstrom durch den ersten Feldeffekttransistor 101 und den fünften Feldeffekttransistor 105 von der Versorgungsspannung abhängen, so dass die Genauigkeit der Vorstromsteuerung ziemlich niedrig ist.
Since for a short channel field effect transistor the dependence of the current through the field effect transistor from the drain source voltage is typically relatively high, the bias current through the first field effect transistor 101and the fifth field effect transistor 105may depend on the supply voltage such that the precision of the bias current control is rather low.
Eine Alternative zur Mitkopplungs-Vorstromsteuerung ist die Rückkopplungs-Vorstromsteuerung, die eine genauere Steuerung des Vorstroms erlaubt, jedoch ziemlich komplex ist und typischerweise Mittel erfordert, um zu gewährleisten, dass die Schaltung stabil bleibt.
An alternative to feed forward bias current control is feedback bias current control which allows more precise control of the bias current but it is rather complex and typically requires means to ensure that the circuit stays stable.
Nachfolgend wird eine Verstärkerschaltung beschrieben, durch die es gewährleistet werden kann, dass die Drain-Source-Spannung eines zur Vorsteuerung verwendeten Feldeffekttransistors und die Drain-Source-Spannung eines Feldeffekttransistors, dessen Vorstrom gesteuert wird (in der Art des vierten Transistors 104 und des ersten Transistors 101 der Verstärkerschaltung 100 ), gleich sind, so dass die Steuerung des Vorstroms selbst im Fall der Verwendung von Kurzkanaltransistoren mit hoher Genauigkeit erfolgen kann.
In the following, an amplifier circuit is described which allows ensuring that the drain source voltage of a field effect transistor used for bias control and the drain source voltage of a field effect transistor whose bias current is controlled (such as the fourth transistor 104and the first transistor 101of the amplifier circuit 100) are equal such that the control of the bias current can be done with high precision even in case of usage of short channel transistors.
Fig. 2zeigt eine Verstärkerschaltung 200.
FIG. 2shows an amplifier circuit 200.
Die Verstärkerschaltung 200 weist einen ersten Feldeffekttransistor 201 auf, der einen ersten Source-/Drainanschluss 202, der mit einem ersten Versorgungsanschluss 203 gekoppelt ist, einen zweiten Source-/Drainanschluss 204, der mit einem Ausgang 205 der Verstärkerschaltung gekoppelt ist, und einen Gateanschluss 206 aufweist.
The amplifier circuit 200includes a first field effect transistor 201including a first source/drain terminal 202coupled to a first supply terminal 203, a second source/drain terminal 204coupled to an output 205of the amplifier circuit and a gate terminal 206.
Die Verstärkerschaltung 200 weist ferner einen zweiten Feldeffekttransistor 207 auf, der einen ersten Source-/Drainanschluss 208, der mit einem Eingang 209 der Verstärkerschaltung 200 gekoppelt ist, einen zweiten Source-/Drainanschluss 210, der mit dem Gateanschluss 206 des ersten Feldeffekttransistors 201 gekoppelt ist, und einen Gateanschluss 211 aufweist.
The amplifier circuit 200further includes a second field effect transistor 207including a first source/drain terminal 208coupled to an input 209of the amplifier circuit 200, a second source/drain terminal 210coupled to the gate terminal 206of the first field effect transistor 201and a gate terminal 211.
Die Verstärkerschaltung 200 weist ferner einen dritten Feldeffekttransistor 212 auf, der einen ersten Source-/Drainanschluss 213, der mit einer ersten Vorstromquelle 214 der Verstärkerschaltung 200 gekoppelt ist, einen zweiten Source-/Drainanschluss 215 und einen Gateanschluss 216, der mit seinem ersten Source-/Drainanschluss 213 und dem Gateanschluss 211 des zweiten Feldeffekttransistors 207 gekoppelt ist, aufweist.
The amplifier circuit 200further includes a third field effect transistor 212including a first source/drain terminal 213coupled to a first bias current source 214of the amplifier circuit 200, a second source/drain terminal 215and a gate terminal 216coupled to its first source/drain terminal 213and the gate terminal 211of the second field effect transistor 207.
Die Verstärkerschaltung 200 weist ferner einen vierten Feldeffekttransistor 217 auf, der einen ersten Source-/Drainanschluss 218, der mit einer zweiten Vorstromquelle 219 gekoppelt ist, einen zweiten Source-/Drainanschluss 220, der mit einem zweiten Versorgungsanschluss 221 gekoppelt ist, und einen Gateanschluss 222, der mit dem zweiten Source-/Drainanschluss 215 des dritten Feldeffekttransistors 216 gekoppelt ist, aufweist.
The amplifier circuit 200further includes a fourth field effect transistor 217including a first source/drain terminal 218coupled to a second bias current source 219, a second source/drain terminal 220coupled to a second supply terminal 221and a gate terminal 222coupled to the second source/drain terminal 215of the third field effect transistor 216.
Die Verstärkerschaltung 200 weist ferner eine Steuerschaltung 223 auf, die mit dem Gateanschluss 222 des vierten Feldeffekttransistors 217 gekoppelt ist, der dafür ausgelegt ist, die Source-Drain-Spannung des vierten Feldeffekttransistors 217 durch die Gateelektrode des vierten Feldeffekttransistors 217 so zu steuern, dass sie gleich einer Referenzspannung ist.
The amplifier circuit 200further includes a control circuit 223coupled to the gate terminal 222of the fourth field effect transistor 217configured to control the source drain voltage of the fourth field effect transistor 217by means of the gate of the fourth field effect transistor 217to be equal to a reference voltage.
Mit anderen Worten wird die Source-Drain-Spannung eines Transistors, der für das Steuern des Vorstroms zu einem anderen Transistor (als Verstärkungstransistor verwendet) verwendet wird, auf eine Referenzspannung gesetzt, beispielsweise die Source-Drain-Spannung des anderen Transistors.
In other words, the source drain voltage of a transistor used to control the bias current to another transistor (used as amplifying transistor) is set to a reference voltage, e.g. the source drain voltage of the other transistor.
Beispielsweise ermöglicht die Verstärkerschaltung 200 das Bereitstellen einer mitkopplungsgesteuerten Klasse-AB-Ausgangsstufe mit einer speziellen Vorspannung, welche eine genaue Steuerung des Vorstroms durch die Verstärkungstransistoren ermöglicht.
For example, the amplifier circuit 200allows providing a feed-forward controlled class AB output stage with a special biasing which allows precise control of the bias current through the amplifying transistors.
Der erste Feldeffekttransistor 201 kann als der Verstärkungstransistor der Verstärkerschaltung 200 angesehen werden, während der zweite Feldeffekttransistor 207, der dritte Feldeffekttransistor 212 und der vierte Feldeffekttransistor 217 als für die Vorstromsteuerung verwendete Transistoren angesehen werden können.
The first field effect transistor 201can be seen as the amplifying transistor of the amplifier circuit 200while the second field effect transistor 207, the third field effect transistor 212and the fourth field effect transistor 217can be seen as transistors used for bias current control.
Es sei bemerkt, dass die in Fig. 2dargestellte Verstärkerschaltung 200 als einen Zweig einer AB-Klasse-Ausgangsstufe bildend angesehen werden kann, d. h. als die Vorsteuerung für einen Verstärkungstransistor (entsprechend dem ersten Feldeffekttransistor 201 ) der AB-Klasse-Ausgangsstufe.
It should be noted that the amplifier circuit 200as shown in FIG. 2can be seen to form one branch of an AB class output stage, i.e. the bias control for one amplifying transistor (corresponding to the first field effect transistor 201) of the AB class output stage.
Die Verstärkerschaltung 200 kann einen ähnlichen zweiten Zweig für den zweiten Verstärkungstransistor der AB-Klasse-Ausgangsstufe aufweisen.
The amplifier circuit 200may include a similar second branch for the second amplifying transistor of the AB class output stage.
Es sei ferner bemerkt, dass die Feldeffekttransistoren 201, 207, 2012 und 217, wenngleich sie in Fig. 2als n-Kanal-Feldeffekttransistoren dargestellt sind, auch p-Kanal-Feldeffekttransistoren sein können.
It should further be noted that while in FIG. 2, the field effect transistors 201, 207, 2012and 217are shown as n channel field effect transistors, they may also be p channel field effect transistors.
Zwei miteinander gekoppelte Komponenten können so verstanden werden, dass die beiden Komponenten elektrisch verbunden sind oder dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Komponenten existiert.
Two components being coupled may be understood as that the two components are electrically connected or that an electrically conductive connection exists between the two components.
Die Steuerschaltung weist beispielsweise einen Operationsverstärker auf, der einen ersten Eingang, der mit dem ersten Source-/Drainanschluss des vierten Feldeffekttransistors gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit der Referenzspannung gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit der Gateelektrode des vierten Feldeffekttransistors gekoppelt ist, aufweist.
The control circuit for example includes an operational amplifier including a first input coupled to the first source/drain terminal of the fourth field effect transistor, a second input coupled to the reference voltage and an output coupled to the gate of the fourth field effect transistor.
Die Referenzspannung ist beispielsweise die Gleichtaktausgangsspannung der Verstärkerschaltung, die beispielsweise gleich der Hälfte der hohen Versorgungsspannung (beispielsweise VDD) ist.
The reference voltage is for example the common mode output voltage of the amplifier circuit which is for example equal to one half of the high supply voltage (e.g. VDD).
Die erste Vorstromquelle und die zweite Vorstromquelle sind beispielsweise durch eine einzige Stromquelle gebildet.
The first bias current source and the second bias current source are for example formed by a single current source.
Der erste Versorgungsanschluss ist beispielsweise mit einem Versorgungspotential gekoppelt, und der zweite Versorgungsanschluss ist beispielsweise mit einem Versorgungspotential gekoppelt.
The first supply terminal is for example coupled to a supply potential and the second supply terminal is for example coupled to a supply potential.
Beispielsweise sind der erste Versorgungsanschluss und der zweite Versorgungsanschluss mit dem gleichen Versorgungspotential gekoppelt.
For example, the first supply terminal and the second supply terminal are coupled to the same supply potential.
Der erste Feldeffekttransistor, der zweite Feldeffekttransistor, der dritte Feldeffekttransistor und der vierte Feldeffekttransistor sind beispielsweise alle n-Kanal-Feldeffekttransistoren oder alle p-Kanal-Feldeffekttransistoren.
The first field effect transistor, the second field effect transistor, the third field effect transistor and the fourth field effect transistor are for example all n channel field effect transistors or are all p channel field effect transistors.