TW201001905A

TW201001905A - Differential amplifier with accurate input offset voltage

Info

Publication number: TW201001905A
Application number: TW098103258A
Authority: TW
Inventors: Anosh B Davierwalla; Chul-Kyu Lee; Vannam Dang
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-01-01
Also published as: JP2011511570A; US20090189694A1; KR20100108611A; WO2009097372A1; EP2245737A1; CN101933227A; US7843264B2

Description

201001905 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本揭示案大體而言係關於電子設備，且更具體言之係關於放大器。【先前技術】放大器通常用以緩衝及/或放大信號以獲得所要之信號位準。放大器廣泛用於各種應用（諸如通信設備、計算設備、網路連接設備、消費者電子設備等）。舉例而言，在 f如蜂巢式電話之無線通信設備中，放大器可用以經由用於顯示設備、相機、外部設備等之資料通信鏈路而接收信號。 σ 放大器可用以偵測在一資料鏈路上之兩個互補信號線之間的電壓差。此等彳§號線在該資料鏈路作用中時可载運一差動信號且在該資料鏈路閒置時可浮動。當信號線浮動時，雜訊可能容易耦接至此等線並使小的差動信號出現在該等線上。可能需要在資料鏈路作用中時正確地偵測此等 L/ 線上之實際信號且在資料鏈路閒置時避免因耦接至此等線之雜訊的錯誤觸發。【發明内容】本文中犏述一種具有正確輸入偏置電壓之放大器。該放大器可偵測—大於輸入偏置電壓之差動輸入信號且不受小 ;輸入偏置電壓之雜訊的干擾。該放大器可用於一資料通 ^鏈路之接收端且可被稱作資料接收器、接收器等。該放大器亦可用於其中需要正確輸入偏置電壓的其他應用。 138115.doc 201001905 在一設計中，該放大器包括第一不平衡差動對及第二不平衡差動對。該第一不平衡差動對接收一差動輸入信號並提供一第一差動電流信號。該第二不平衡差動對接收一差動參考信號並提供一第二差動電流信號，自該第一差動電流信號減去該第二差動電流信號以獲得一差動輸出信號。备該差動輸入信號等於一目標輸入偏置電壓時，該第一差動電流信號可具有一誤差電流。該第二差動電流信號可跨越溫度及其他變化而追蹤該誤差電流。當該差動輸入信號等於該目標輸入偏置電壓時，該第一不平衡差動對及該第二不平衡差動對可共同地提供一零差動輸出信號。該第一不平衡差動對可自一電流源接收一第一偏壓電流（bias current)。該放大器可進一步包括一第三不平衡差動對，該第三不平衡差動對接收該差動輸入信號並為該第二不平衡差動對提供一第二偏壓電流。該第二偏壓電流可跨越該差動輸入信號之共模電壓的一範圍而追蹤該第一偏壓電流。在一設計中，每一不平衡差動對包括兩個電晶體，且一電晶體為另一電晶體之尺寸的Μ倍。可選擇M以獲得該放大器之目標輸入偏置電壓。該等電晶體可為N通道金屬氧化物半導體（NMOS)電晶體、P通道金屬氧化物半導體 (PMOS)電晶體等。下文更§羊細地描述本揭示案之各種態樣及特徵。【實施方式】圖1展示一具有輸入偏置電壓之放大器1〇〇的示意圖，輸 138115.doc 201001905 入偏置電壓亦被稱作輸入參考偏置電壓。放大Si 00包括一耦接至電流源116之不平衡差動對110。差動對110包括兩個NMOS電晶體112及114。NMOS電晶體112使其閘極接收一第一輸入電壓信號Vinp、使其源極耦接至電流源116之第一端’且使其汲極提供一第一輸出電流信號Icjutp。 NMOS電晶體114使其閘極接收一第二輸入電壓信號，使其源極耦接至電流源116之第一端，且使其汲極提供一第二輸出電流信號1。^。電流源11 6使其第二端耦接至電路接地並為NMOS電晶體112及114提供一偏壓電流Ibias。圖1展示其中使用NMOS電晶體來實施差動對丨1〇的設 «十。亦可使用PMOS電晶體、雙極接面電晶體（b jt)或某其他類型之電晶體來實施差動對。可將放大器1〇〇之差動輸入電壓信號Vin及差動輸出電流信號I〇ut表示為··

方程式（la)

方程式（lb) 圭動對ιιυ可為平衡 .-〜、叫X Ί 个取小；，且iNMUS電晶體 112及114可具有相同尺寸且可為匹配的。在此狀況下，當且C 0時，偏壓電流的一半流經每一電晶體 —Λ ^ 然而，可能需要具有一具有内建式輸入偏置的放大器，以使得當。W不是1〇時。V』、放大器之輸入夺 138115.doc 201001905 置電壓。一具有輸入偏置電壓之放大器可用於-串列資料鏈路之接收端，該串列資料鏈路可基於任何協定或標準 (諸如行動顯示數位介面（MDDI)標準）。該放大器亦可用以價測資料鏈路自冬眠狀態之喚醒。為獲得輸入偏置電壓，差動對11〇可為不平衡的（如圖i 中所示）’且NMOS電晶體112及114可具有不同尺寸。在圖 1中所示之設計中，NM〇S電晶體114為]^1〇8電晶體112的 Μ 倍大，以使得（W/L)2=m.(w/l)i，其中（w/l)4nm〇s 電晶體 112之寬度與長度比〇idth-to-length ratio)’ 且（w/L)2 係NM0S電晶體ι14之寬度與長度比。 2 對於不平衡差動對110而言，將差動輸入電壓施加至 NMOS電晶體Π2及114之閘極以便在該兩個NM〇s電晶體之間均勻地分割偏壓電流。放大器1〇〇之輸入偏置電壓為 Vinp與Vinn<間的差，以使得哗=/_ =/細/2。若在飽和狀態下操作NMOS電晶體112及114，則可如下給定輸入偏置電壓： L d H十-士)，方程式(2) 其中Vgsi及VgS2分別為NMOS電晶體112及114之閘極至源極電壓（gate-t〇_source v〇ltage)，且 vdsa"及 Vdsat2 分別為 NMOS電晶體112及114之過驅動電壓。一 MOS電晶體之過驅動電壓等於VgS減去該MOS電晶體之臨限電壓Vth。若在弱反轉狀態下操作NMOS電晶體112及114，則可如下給定輸入偏置電壓： 138115.doc 201001905 v〇s =^,-^2 = η. y

In (Μ) 方程式（3)

k-T 方程式（4) 其中Vt係熱電壓，T係絕對溫度（以克耳文為單位），η係 MOS電晶體之非理想因數，㈣波兹曼常數，且q係電子電何（以庫侖為單位）。方程式（3)及（4)表示NMOS電晶體丨12 及4之特ί生連同非理想因數類似於BJT之特性連同非理想因數。 ' 可藉由為NMOS電晶體112及114選擇合適之尺寸及/或偏壓電"IL而在弱反轉狀態下操作此等NMOS電晶體。弱反轉指代針對給定之偏壓電流量的大電晶體，或針對給定之電曰曰體尺寸的小偏壓電流1於—接收差動輸人電壓信號的輸入差動對（例如，如圖！中所示）而言，通常在弱反轉狀態下操作NMOS電晶體。如方程式（2)及（3)中所示，可藉由為選擇合適的值來獲得所要或目標輸入偏置電遷Ι·—。然而，圖4 所不之設計的主要缺陷係輸入偏置電壓對溫度的強烈依胃H 程式⑺中之Vdsat#溫度有關且⑼方程式 (3)中之VT與絕對溫度線性地有關。因此，不管是在飽和狀態下還是在弱反轉狀態下操作差動對中之刪電晶體，輸入偏置電壓均通常展規盥組拟_ + 吊展現與絕對溫度成比例之（ΡΤΑΤ)特性。圖2展示圖1中之放大器100的1_對1之曲線。曲線21〇 138115.doc 201001905 展示針對27攝氏度（°C )之標稱溫度的〖。以對Vin，其中當 L 時’ = 0。曲線212展示針對12 5 °C之高溫的I。u 1對 vin，其中當L =1/^時，C =〇，其中Vos.h()j高溫下之輸入偏置電壓。曲線214展示針對-40°C之低溫的〖。^對Vin ’其中當L =1-細時，/。„, =〇，其中Vos.cold係低溫下之輸入偏置電壓。圖1中所示之設計的輸入偏置電壓可在·4〇。。至125°C之操作温度範圍内偏離目標值± 20%或更多。此外，圖1中所示之設計中的輸入偏置電壓在積體電路（IC)過程有變化的情況下不能很好地追蹤。圖3展示放大器300之一設計的示意圖，該放大器3〇〇在溫度、1C過程及電源變化的情況下具有正確輸入偏置電壓。放大器3 00包括一信號不平衡差動對31〇、一誤差校正不平衡差動對320以及電流源316及326。差動對310包括 NMOS電晶體312及314，該等NMOS電晶體3 12及3 14以與圖1中之NMOS電晶體112及114以及電流源Π6相同之方式耗接至電Li•源3 1 6。NM O S電晶體3 1 2及3 14分別提供互補作號電流 Isignaip及 Isignain。差動對320包括NMOS電晶體322及324。NMOS電晶體 322使其閘極接收一第一參考電壓Vrefp，使其源極耦接至電流源326之第一端，且使其汲極耦接至1^撾〇8電晶體314 之汲極。NMOS電晶體324使其閘極接收一第二參考電壓 Vrefn，使其源極耦接至電流源326之第一端，且使其沒極耗接至NMOS電晶體312之汲極。NMOS電晶體322及324分 I38115.doc 201001905 別提供互補誤差校正電流Ierrorp及Ierr()rn。電流源326使其第二端耦接至電路接地並為NMOS電晶體322及3 24提供一偏壓電流Ibias。可將差動對310之差動輸入電壓信號乂丨„及差動對320之差動參考電壓Vref表示為：，及方程式（5a) Vref=Vrefp~Kefil 〇方程式（5b) 可將來自差動對310之差動信號電流Isignal、來自差動對 320之差動誤差校正電流Ierr〇r及來自放大器3〇〇之差動輸出電流信號I〇ut表示為：

Isignal 一 !signalp _ Jsignaln 方程式（6a) I error - Ierrorp ^ errorn ，方程式（6b) Iovt — I signal "^error 0 方程式（6c) 在圖3中所示之設計中，差動對3 1〇及32〇皆為不平衡的，其中NMOS電晶體314為NMOS電晶體312的M倍大，且 NMOS電晶體324為NMOS電晶體322的Μ倍大。此外， NMOS電晶體322與NMOS電晶體312匹配，且NM〇S電晶體 324與NMOS電晶體3 14匹配。可選擇Μ之合適值，以使得可獲得在標稱溫度下單獨操作之差動對310的目標輸入偏置電壓乂。^^1。如上文所描 138115.doc 201001905 述’差動對310之輸入偏置電壓可隨溫度、IC過程及電源而變化。當輸入偏置電壓歸因於溫度、IC過程及/或電源變化而偏離目標值時，為之差動輸入電壓導致 hignal等於非零差動電流而不是零。將此非零差動電流稱作誤差電流/:_。差動對320估計差動對3 10中之對應於匕的誤差電流並提供差動誤差校正電流Ierr(>r，該差動誤差校正電流 lerror應等於該誤差電流。如圖3中所示，藉由將NMOS電晶體322及324之汲極分別交又耦接至NM0S電晶體314及312 之沒極而自差動信號電流減去差動誤差校正電流。若誤差校正電流等於誤差電流’則輸出電流1〇以在匕_時將等於零，且差動對310之輸入偏置電壓基本上被恢復至目標值。差動對3 10之誤差電流可隨溫度、IC過程及電源而變化。來自差動對320之誤差校正電流在溫度、1C過程及電源變化的情況下應匹配於誤差電流，以便在將目標輸入偏置電壓施加至差動對310時獲得零輸出電流。可藉由將差動參考電壓Fre/= (其具有合適之共模電壓）施加至差動對320來估計與施加至差動對3 1 0之目標輸入偏置電壓一起存在的誤差電流。由於差動對320與差動對310匹配，所以當將目標輸入偏置電壓施加至差動對31〇與320時，來自差動對320之誤差校正電流應緊密匹配於差動對310中之誤差電流。此外，因為差動對310與320係匹配的，所以誤差校正電流應跨越溫度、1C過程及電源變化 138115.doc -11 - 201001905 而追蹤誤差電流。因此，可達成放大器300之正確輸入偏置電壓。圖4A展示在_40。(：之低溫下圖3中之放大器300的Isignal、 Ierr。•及I〇ut對Vin的曲線。曲線41〇展示差動對31〇之^㈣對 Vin。曲線410與圖2中之曲線214匹配且當d⑽時使 4~=〇。曲線412展示差動對320之IerrQr對vin。因為差動對 320接收卿,而不是Vin，所以Ierr〇r並非隨Vin而定，且曲線412為水平線。曲線414展示I〇ujiVin。因為I〇ut係藉由 f 自減去1口…而獲得的，所以曲線414係藉由將曲線41〇下移Ierr。而獲得的。曲線414在vini範圍内大致匹配於圖2 中之曲線210且當匕心時使/eu,=0。圖4B展示在125C之高溫下圖3中之放大器3 00的Isignal、 lerror及lout對Vin的曲線。曲線420展示差動對310之Isignai對 vin。曲線420與圖2中之曲線212匹配且當匕=匕士，時使 A㈣=〇。曲線422展示差動對320之Iem^fVin。Ie⑽^並非隨

Vin而疋，且曲線422為水平線。曲線斗以展示^以對v 。 ^ 1 1〇為lout係藉由自Isignal減去Ierr〇r而獲得的且因為為負的，所以曲線424係藉由將曲線42〇上移Ierr〇r而獲得的。曲線 424在Vin之範圍内大致匹配於圖2中之曲線21〇且當 4=I—時使 =〇。如圖4A及圖4B中所示，誤差校正電流可用以解決信號電流中之誤差電流。此外，誤差校正電流跨越溫度變化 (如圖4A及圖4B中所示）並且跨越冗過程及電源變化而追蹤誤差電流。 138115.doc -12· 201001905 可用平衡差動對來替換不平衡差動對31 〇及320。平衡差動對310可接著具有匕=〇 V之標稱輸入偏置電壓，且平衡差動對320可產生偏置電流以使得輸入偏置電壓處於⑹碑之目標值。然而，可能難以使用平衡差動對31〇及32〇來獲得大的輸入偏置電壓。此外’可將整個Ic>ut曲線向下或向上移動大的量以便獲得目標輸入偏置電壓，此可能會影響關於速度、溫度及其他因素的效能。施加至信號差動對310之差動輸入電壓信號之共模電壓可自軌擺動至軌（例如，自電源電壓至電路接地）^差動對 310之偏壓電流可隨vin之共模電壓而變化且在低共模電壓下可斷開。另一方面’誤差校正差動對3 2〇在差動參考電壓具有固定之共模電壓的情況下操作。結果，差動對32〇之偏壓電流並未變化或斷開。可能需要誤差校正差動對 320之偏壓電流緊密地追蹤信號差動對31〇之偏壓電流。此可接著允許針對共模電壓之廣泛範圍獲得目標輸入偏置電壓。圖5A展示放大器500之一設計的示意圖，該放大器5〇〇在溫度、1C過程及電源變化的情況下並且在差動輸入電壓信號之共模電壓的一範圍内具有正確輸入偏置電壓。放大器 500包括一信號不平衡差動對5 10、一誤差校正不平衡差動對5 20、一共模感測不平衡差動對53〇以及電流源516及 536。差動對510包括NMOS電晶體512及514，該等NMOS 電晶體512及514以與圖3中之NMOS電晶體312及314以及電流源316相同的方式耦接至電流源516。NMOS電晶體512及 138115.doc -13- 201001905 514分別提供互補信號電流1々(1以及1^113|11。差動對52()包括 NMOS電晶體522及524，該等NMOS電晶體522及524係以與圖3中之NMOS電晶體322及324相同的方式被耦接。 NMOS電晶體522及524分別提供互補誤差校正電流込⑽…及 Ierr〇rn。差動對530包括NMOS電晶體532及534，該等NMOS 電晶體532及534使其源極耦接在一起並耦接至電流源536 之一端’使其汲極耦接在一起並耦接至NMOS電晶體522及 524之源極’且使其閘極分別接收互補輸入信號Vjnp及 Vinn。差動對510、520及530為不平衡的，其中NMOS電晶體 5 14為NMOS電晶體512的Μ倍大，NMOS電晶體524為 NMOS電晶體522的Μ倍大，且NMOS電晶體534為NMOS電晶體532的Μ倍大。此外，NMOS電晶體512、522及532係匹配的，且NMOS電晶體514、524及534亦係匹配的。差動對510及520如上文分別針對圖3中之差動對31〇及 320所描述而操作。共模感測差動對530為差動對520提供 L 偏壓電流且產生此偏壓電流以追蹤差動對510之偏壓電流。差動對530與差動對510匹配但使NMOS電晶體532及 534之沒極耦接在一起。因為將差動輸入信號施加至兩個差動對5 1 0及530，所以施加於電流源536上之共模電壓等於施加於電流源5 1 6上之共模電壓。來自電流源536之偏壓電流可因此在Vin之共模電壓的整個範圍内追蹤來自電流源516之偏壓電流。圖5B展示具有正確輸入偏置電壓之放大器5 〇2之一設計 138115.doc 201001905 的示意圖。放大器502包括圖5A中之放大器500中的全部電路元件且進一步包括一 NMOS電晶體538。NMOS電晶體 538使其閘極耦接至NMOS電晶體532之閘極且使其汲極與源極耦接在一起並耦接至NMOS電晶體532之汲極（其為節點A)。NMOS電晶體538具有尺寸M-1。NMOS電晶體532及 538之總尺寸等於NMOS電晶體534之尺寸。互補輸入信號乂丨叩及ViniJf接著遇到類似於節點A之電容，此可改良效能。可使用不平衡差動對來實施圖5A及圖5B中之差動對 510、520及530。亦可使用平衡差動對來實施差動對510、 520及 530。圖6展示放大器600之一設計的示意圖，該放大器600具有正確輸入偏置電壓且係使用PMOS電晶體來實施的。放大器600包括一由PMOS電晶體61 2及6 14組成的信號不平衡差動對610、一由PMOS電晶體622及624組成的誤差校正不平衡差動對620、一由PMOS電晶體632及634組成的共模感測不平衡差動對630以及電流源616及636。放大器600中之 PMOS電晶體及電流源係以與圖5A中之放大器500中的 NMOS電晶體及電流源類似的方式被耦接。PMOS電晶體 612、622及63 2具有尺寸Μ，而PMOS電晶體614、624及 634具有尺寸1。將輸入信號Vinp施加至較大之PMOS電晶體 612及632，而將輸入信號Vinn施加至較小之PMOS電晶體 6 14及634，此與放大器500相反。可使用不平衡差動對來實施圖6中之差動對610、620及 138115.doc -15- 201001905 630。亦可使用平衡差動對來實施差動對61 〇、620及63 0。一般而言’使用NMOS電晶體來實施之放大器（例如，圖 5 Α中之放大器500)可能不能偵測到接近電路接地的低輸入信號。此係因為，輸入信號應充分高於電路接地以便接通信號差動對中之NMOS電晶體。相反，使用PMOS電晶體來實施之放大器（例如，圖6中之放大器600)可能不能偵測到高輸入信號。此係因為，輸入信號應充分低於電源電壓以便接通信號差動對中之PMOS電晶體。 (I 圖7展示放大器700之一設計的示意圖，該放大器700具有正確輸入偏置電壓且係使用NMOS電晶體與PMOS電晶體來實施的。放大器700包括一不平衡NMOS輸入電路 710、一不平衡PMOS輸入電路720及一輸出電路730。不平衡NMOS輸入電路710可使用圖3中之放大器300、圖5A中之放大器500(如圖7中所示）、圖5B中之放大器502或某其他設計來實施。不平衡PMOS輸入電路720可使用圖6中之放大器600(如圖7中所示）或某其他設計來實施。 i-} 對於輸出電路730而言，PMOS電晶體732及742使其源極耦接至電源，使其閘極接收一第一偏壓電壓（bias voltage)Vbiasi，且使其沒極分別耦接至不平衡NMOS輸入電路710中之NMOS電晶體712及7 14的汲極。PMOS電晶體 734及744使其源極分別耦接至PMOS電晶體732及742之汲極，且使其閘極接收一第二偏壓電壓Vbias2。NMOS電晶體 736及746使其汲極分別耦接至PMOS電晶體734及744之汲極，使其閘極接收一第三偏壓電壓Vbias3，且使其源極分 138115.doc -16- 201001905 別耦接至NMOS電晶體738及748之汲極。NMOS電晶體738 及748使其源極耦接至電路接地，使其閘極耦接在一起並耦接至NMOS電晶體736之汲極，且使其汲極分別耦接至不平衡PMOS輸入電路720中之PMOS電晶體722及724的汲極。MOS電晶體744及746之汲極提供輸出電壓信號Vcut。每一對中之MOS電晶體係匹配的且具有相同尺寸。該輸出電路亦可使用其他設計來實施。輸出電路730組合來自不平衡MOS輸入電路710及720之 ( 差動電流並產生輸出電壓。NMOS電晶體712及714、 PMOS電晶體732及742以及PMOS電晶體734及744形成差動摺疊式疊接。NMOS電晶體712及714產生輸出電流。 PMOS電晶體732及742形成具有高輸出阻抗之電流源。 PMOS電晶體734及744係具有低輸入阻抗之疊接設備。來自NMOS電晶體712及7 14之輸出電流因此流入疊接設備中。PMOS電晶體722及724、NMOS電晶體736及746以及 NMOS電晶體738及748形成另一以類似方式操作的差動摺 I 疊式疊接。借助於輸出電路730之高輸出阻抗將進入摺疊式疊接結構中的信號電流組合並轉化成單端輸出電壓。不平衡NMOS輸入電路710可偵測具有中間共模電壓及高共模電壓之差動輸入信號。不平衡PMOS輸入電路720可偵測具有中間共模電壓及低共模電壓之差動輸入信號。不平衡MOS輸入電路710與720之組合允許放大器700偵測具有執對軌共模電壓的差動輸入信號。一誤差校正不平衡差動對可用於每一不平衡MOS輸入電路中之輸入偏置誤差校 138U5.doc -17- 201001905 正，以便獲得彼不平衡MOS輸入電路的正確輸入偏置電壓。此外，一共模感測不平衡差動對可用於每—不平衡 MOS輸入電路十以使誤差校正不平衡差動對之偏壓電流與信號差動對之偏壓電流匹配。圖8展示一用於接收並放大一信號之過程8〇〇的—設叶可放大（例如，使用第一/信號不平衡差動對）差動輸入信號以獲得第一差動電流信號（步驟812)。可基於差動參考信號而產生第一差動電流信號（例如，使用第二/誤差校正不平 C ' 衡差動對）（步驟814)。可自第一差動電流信號減去第二差動電流L號以獲得差動輸出信號（步驟81 6)。當差動輸入信號等於目標輸入偏置電壓時，第一差動電流信號可具有誤差電流。可產生第二差動電流信號以在差動輸入信號等於目標輸入偏置電壓時獲得零差動輪出信號。第二差動電流信號可跨越溫度變化等而追蹤誤差電流。 f t 可將第一偏壓電流提供（例如）至第一不平衡差動對（步驟 i 818)。可基於差動輸入信號而產生第二偏壓電流（例如，使用第二/共模感測不平衡差動對）（步驟820)。第二偏壓電流可跨越差動輸入信號之共模電壓的一範圍而追蹤第一偏壓電流。可將第二偏壓電流提供（例如）至第二不平衡差動對 (步驟822)。可使用NMOS電晶體或pm〇S電晶體來實施第—、第二及第三不平衡差動對。亦可使用第-、第二及第三不平衡差動對（例如，如圖7令所示）之第二集合來放大差動輪入信 138115.doc 18- 201001905 號的該等不平衡差動對係使用互補類型之電晶體來實施

本文中所描述之具有正確輪啼掏入偏置電壓的放大器可用於各種應用（诸如通信設備、外宜/共. m 寸鼻5又備、網路連接設備、個人電子δ又備等）。舉例而言，該放女哭通放大器可用於無線通信設備、蜂巢式電話、個人數位肋 > 双位助理（PDA)、手持式設備、遊戲5又備、計算設備、膝上型雷腦卿·丄主电胸、垧費者電子設備、個人電腦、無接線電話等。下女枒汗# 〇寻下文描述該放大益在無線通信設備中之實例用途。圖9展示一用於無線通信系統之無線通信設備9〇〇之一設計的方塊圖。無線設備刚可料巢式電話、終端機、手機、無線數據機等。無線通信系統可為分碼多重存取 (CDMA)系統、全球行動通信系統（gsm)系統等。無線》又備900此夠經由接收路徑及發射路徑來提供雙向通信。在接收路徑中，由基地台發射之信號由天線912接收並被提供至接收器（RCVR)914。接收器叫調節並數位化所接收之信號並將樣本提供至部分92〇以用於進一步處理。在發射路徑中，發射器（TMTR)916接收將要自部分 920發射之資料，處理並調節該資料，且產生一調變信號，該調變信號經由天線912而被發射至基地台。接收器 914及發射器916可支援〇：1)]^八、（}8]^等。部分920包括各種處理介面及記憶體單元，諸如，數據機處理器922、精簡指令集電腦/數位信號處理器 (RISC/DSP)924、控制器/處理器926、記憶體928、音訊輸 138115.doc -19- 201001905 入/輸出（I/O)電路930、顯示器I/O電路932、相機I/O電路 934及外部設備I/O電路936。數據機處理器922可執行處理以用於資料發射及接收（例如，編碼、調變、解調變、解碼等）。RISC/DSP 924可為無線設備900執行一般及專門的處理。控制器/處理器926可指導部分920内之各種單元的操作。記憶體928可儲存用於部分920内之各種單元的資料及/或指令。音訊I/O電路930可自麥克風938接收輸入信號益將輸出 ( 信號提供至頭戴式耳機/揚聲器940。顯示器I/O電路932 < 經由第一資料鏈路而與顯示器單元942通信。相機1/〇電路 934可經由第二資料鏈路而與相機944通信。外部設備1/0 電路936可經由第三資料鏈路而與外部設備946通信。如圖9中所示，本文中所描述之放大器可用於其中需要或要求輸入偏置電壓的各種方塊中。舉例而言，放大器可用於在第一資料鏈路之接收端上的顯示器I/O電路932及顯示器單元942中、用於在第二資料鏈路之接收端上的相機 I I/O電路934及相機944中、用於在第三資料鏈路之接收端上的外部設備I/O電路93 6及外部設備946中等。可將本文中所描述之具有輸入偏置電壓的放大器實施於 1C、類比1C、射頻IC(RFIC)、數位1C、混合信號1C、特殊應用積體電路（ASIC)、印刷電路板（PCB)、電子設備等上。亦可使用各種1C過程技術（諸如’互補金屬氧化物半導體（CMOS)、NMOS、PMOS、BJT、雙極 CMOS(BiCMOS)、矽鍺（SiGe)、砷化鎵（GaAs)等）來製造放大器。 138115.doc -20- 201001905 實施本文中所描述之放大器的裝置可為單獨的設備或可為較大設備之部分。設備可為··⑴單獨的IC ; (ii)_或多個ic之集合，其可包括用於儲存資料及/或指令之記憶體 IC ; (iii)RFIC，諸如RF接收器（RFR)4RF發射器/接收器 (RTR) ’（1V)ASIC，諸如行動台數據機（msm);⑺可嵌入於其他設備内之模組；（vi)接收器、蜂巢式電話、無線設備、手機或行動單元；（vii)等。提供本揭示案之先前描述以使得任何熟習此項技術者能夠進仃或使用本揭示案。熟習此項技術者將易於瞭解對本揭示案之各種修改，且在不脫離本揭示案之範疇之情況下，本文中所界定之一般原理可應用於其他變型。因此，本揭示案並^意欲限於本文巾所描述之實例及設計，而應符合與本文中所揭示之原理及新穎特徵一致之最廣範疇。【圖式簡單說明】圖1展不一具有依過程及溫度而定之輸入偏置電壓的放大器。圖2展示圖i中之放大器的差動輸出電流對差動輸入電壓。圖3展示一具有正確輸入偏置電壓之放大器。圖4A及圖4B展示圖3中之放大器的針對不同溫度的差動輸出電流對差動輸入電壓。圖5A及圖5B展示兩個具有正確輸入偏置電壓的NMOS放大器。圖6展不具有正確輸入偏置電壓的PMOS放大器。 138115.doc 201001905 圖7展示具有正確輸入偏置電壓的NMOS放大器及PMOS 放大器。圖8展示一用於接收並放大一信號的過程。圖9展示一無線通信設備。【主要元件符號說明】 100 放大器 110 不平衡差動對 112 NMOS電晶體 114 NMOS電晶體 116 電流源 210 曲線 212 曲線 214 曲線 300 放大器 312 NMOS電晶體 314 NMOS電晶體 316 電流源 322 NMOS電晶體 324 NMOS電晶體 326 電流源 410 曲線 412 曲線 414 曲線 420 曲線 138115.doc -22- 201001905 l 422 曲線 424 曲線 500 放大器 502 放大器 510 信號不平衡差動對 512 NMOS電晶體 514 NMOS電晶體 516 電流源 520 誤差校正不平衡差動對 522 NMOS電晶體 524 NMOS電晶體 530 共模感測不平衡差動對 532 NMOS電晶體 534 NMOS電晶體 536 電流源 538 NMOS電晶體 600 放大器 610 信號不平衡差動對 612 PMOS電晶體 614 PMOS電晶體 616 電流源 620 誤差校正不平衡差動對 622 PMOS電晶體 624 PMOS電晶體 138115.doc -23- 201001905 632 PMOS電晶體 634 PMOS電晶體 636 電流源 700 放大器 710 不平衡NMOS輸入電路 712 NMOS電晶體 714 NMOS電晶體 720 不平衡PMOS輸入電路 V. 722 PMOS電晶體 724 PMOS電晶體 730 輸出電路 732 PMOS電晶體 734 PMOS電晶體 736 NMOS電晶體 738 NMOS電晶體 742 PMOS電晶體 744 PMOS電晶體 746 NMOS電晶體 748 NMOS電晶體 900 無線通信設備 912 天線 914 接收器（RCVR) 916 發射器（TMTR) 920 部分 138115.doc -24- 201001905 922 數據機處理器 924 精簡指令集電腦/數位信號處理器（RISC/DSP) 926 控制器/處理器 928 記憶體 930 音訊輸入/輸出（I/O)電路 932 顯示器I/O電路 934 相機I/O電路 936 外部設備1/◦電路 (938 麥克風 940 頭戴式耳機/揚聲器 942 顯示器單元 944 相機 946 外部設備 I b i as 偏壓電流 lerror 差動誤差校正電流 lerrorn 互補誤差校正電流 ϋ i 1errorp 互補誤差校正電流 I〇ut 差動輸出電流信號 I〇utn 第二輸出電流信號 I〇utp 第一輸出電流信號 ^signal 差動信號電流 Isignaln 互補電流信號 Isignalp 互補電流信號 Vb ias 1 第一偏壓電壓 138115.doc -25- 201001905

Vb i as2 第二偏壓電壓 Vb i as 3 第三偏壓電壓 V v l n 差動輸入電壓信號 V v inn 互補輸入信號 V v j n p 互補輸入信號 V os-cold 低溫下之輸入偏置電壓 ^ os-hot 高溫下之輸入偏置電壓 ^ os-target 目標輸入偏置電壓 V〇ut 輸出電壓信號 Vrefn 第二參考電壓 Vrefp 第一參考電壓 138115.doc 26-

Claims

201001905 七、甲請專利範圍： 1. 一種裝置，其包含：一第一不平衡差動對，其經組態以接收一差動輸入信號並提供一第一差動電流信號；及 —第二不平衡差動對，其耦接至該第一不平衡差動對且經組態以接收一差動參考信號並提供一第二差動電流仏號，自該第一差動電流信號減去該第二差動電流信號以獲得一差動輸出信號。

二长項1之裝置，其中該第—不平衡差動對及該第二不平衡差動對經組態以在該差動輸入信號等於一目標輸入偏置電壓時提供一零差動輸出信號。月求項2之裝置，其中當該差動輸入信號等於該目標 2入偏置電壓時’該第—差動電流信號包含—誤差電流’且其中該第二差動電流信號跨越溫度變化而追蹤該誤差電流。 4. ^請求項2之農置，纟中該差動參考信號係基於該目標輸入偏置電壓而設定的。 5 * 如$月求Jp 1 壯, 们之敦置，其中該第一不平衡差動對包含第一電晶體及笛-兩ra 第—電阳體，該第一電晶體具有一第一尺寸且 5亥第_"雷曰十之* 第二尺寸，該第二尺寸為該第-尺 6. 寸，Μ倍，其中M大於… 尺如請求4 # 電、置’其中該第二不平衡差動對包含第三尾日日趙>5楚第四電晶體，該第三電晶體具有該第一尺寸且該弟四電晶轉曰‘ J ^ 曰日體具有該第二尺寸。 138115.doc 201001905 7 項1之裝置’其中該第一不平衡差動對經組態以第—偏壓電流，且其中該裝置進一步包含： :第,不平衡差動對，其耦接至該第二不平衡差動對且，組態以接收該差動輸入信號並為該第二不平衡差動對提供一第二偏壓電流。 ^求項7之裝置，其中該第一不平衡差動對包含第一 =曰曰體及第二電晶體，該第二不平衡差動對包含第三電 2體及第四電晶體，且該第三不平衡差動對包含第五電日曰體及第六電晶體’其中該第_電晶體、該第三電晶體及5玄第五電晶體具有-第一尺寸，且其中該第二電晶體、該第四電晶體及該第六電晶體具有一第二尺寸，該第一尺寸為該第一尺寸之Μ倍，其中μ大於一。 9·如請求項8之裝置，其進一步包含：第七電晶體，其具有一耦接至該第五電晶體之一閘極之閘極以及耦接在一起並耦接至該第五電晶體之一汲極的一汲極及一源極，該第七電晶體具有一第三尺寸，該第三尺寸為該第一尺寸之Μ-1倍。 1〇·如:求項1之裝置，其中該第一不平衡差動對及該第二不平衡差動對包含Ν通道金屬氧化物半導體（NM〇s)電晶體。 H·如請求項丨之裝置，其中該第—不平衡差動對及該第二不平衡差動對包含P通道金屬氧化物半導體（PM〇s)電晶體。 12.如請求之裝置，其進一步包含： 138115.doc •2· 201001905 -第三不平衡差動對’其經組態以接收該號並提供-第三差料流信號；及 " T第四不平衡差動對，其耗接至該第三不平衡差動對且經組態以接收該差動參考信號並提供—第四差動電流信號，自冑第三差動電流信號減去該第四差動電流信號以獲得一第二差動輸出信號，《中該第一不平衡差動對及該第二不平衡差動對包含 N通道金屬氧化物半導體（NM〇s)電晶體，且其中該第三不平衡差動對及該第四不平衡差動對包含p通道金^ = 化物半導體（PMOS)電晶體。 B.如請求項12之裝置，其中該第—不平衡絲對經組態以接收-第-偏壓電流，且該第三不平衡差動對經組態以接收一第三偏壓電流，且其中該裝置進一步包含： -第五不平衡差動對’其耦接至該第二不平衡差動對且經組態以接收該|動輸入信號並為豸第二不平衡差動對提供一第二偏壓電流；及一第六不平衡差動對，其耦接至該第四不平衡差動對且經組態以接收該差動輸入信號並為該第四不平衡差動對提供一第四偏壓電流。 14,如請求項12之裝置，其進一步包含：、，輸出電路，其耦接至該第一不平衡差動對及該第三不平衡差動對且經組態以接收並組合來自該第一不平衡差動對之該差動輸出信號與來自該第二不平衡差動對之該第二差動輸出信號並提供一最終輸出信號。 138115.doc 201001905 15. —種積體電路，其包含：第不平衡差動_，其經組態以接收一I動輸入信號並提供一第一差動電流信號；及一第一不平衡差動對，其耦接至該第一不平衡差動對，經組態以接收-差動參考信號並提供第二差動電流信號’自該第-差動電流信號減去該第二差動電流信號以獲得一差動輸出信號。 16. 如請求項15之積體電路，其中該第一不平衡差動對及該第二不平衡差動對經組態以在該差動輸入信號等於一目標輸入偏置電壓時提供一零差動輸出信號。 17. 如請求項16之積體電路，其中當該差動輸入信號等於該目標輸入偏置電壓時，該第一差動電流信號包含一誤差電流，且其中該第二差動電流信號跨越溫度變化而追蹤該誤差電流。 18. 如請求項15之積體電路，其中該第一不平衡差動對包含第一電晶體及第二電晶體，該第一電晶體具有一第一尺 ’ 寸且該第二電晶體具有一第二尺寸，該第二尺寸為該第一尺寸之Μ倍，其中μ大於一。 19. 如請求項18之積體電路，其中該第二不平衡差動對包含第三電晶體及第四電晶體，該第三電晶體具有該第一尺寸且該第四電晶體具有該第二尺寸。 20. 如請求項15之積體電路，其中該第一不平衡差動對經組態以接收一第一偏壓電流，且其中該積體電路進一步包含： 138115.doc 201001905 一第三不平衡差動對，其耦接至該第二不平衡差動對且經組態以接收該差動輸入信號並為該第二不平衡差動對提供一第二偏壓電流。 21· —種無線設備，其包含：一放大器，其包含第一不平衡差動對及第二不平衡差動對，該第一不平衡差動對經組態以經由—資料通信鏈路而接收一差動輸入信號並提供一第一差動電流信號，且該第二不平衡差動對耦接至該第一不平衡差動對且經組態以接收一差動參考信號並提供一第二差動電流信號，自㈣-差動電流信號減去該第二差動電流信號以獲得一差動輸出信號。 22.—種裝置，其包含：一第一差動對，其經組態以接收一差動輸入信號及一第一偏壓電流並提供一第一差動電流信號；第一差動對，其耦接至該第一差動對且經組態以接收差動參考k號並提供一第二差動電流信號，自該第一差動電流信號減去該第二差動電流信號以獲得一差動輸出信號；及第一差動對，其耦接至該第二差動對且經組態以接收該差動輸入信號並為該第二差動對提供一第二偏壓電流。 23. 如請求項22之裝置，其中該第-差動對、該第二差動對及該第三差動對係不平衡差動對。 24. 如请求項23之裝置，其中該第—差動對、該第二差動對 138115.doc 201001905 及該第三差動對中之每一者包含第一電晶體及第二電晶體，該第-電晶體具有-第一尺寸且該第二電晶體具有 -第二尺寸’該第二尺寸為該第—尺寸之抑，其中Μ 大於一。該第二差動對 25. 如請求項22之裝置，其中該第一差動對、及該第三差動對係平衡差動對。 26. —種裝置，其包含：

用於放大差動輸入彳s號以獲得一第一差動電流信號的構件；用於基於差動參考k號而產生一第二差動電流信號的構件；及用於自S亥第一差動電流信號減去該第二差動電流信號以獲彳寸一差動輸出信號的構件’當該差動輸入信號等於一目標輸入偏置電壓時，該差動輸出信號等於零。 27.如請求項26之裝置，其中當該差動輸入信號等於該目標輸入偏置電壓時’該第一差動電流信號包含一誤差電流’且其中用於產生該第二差動電流信號的該構件包含用於產生該第二差動電流信號以跨越溫度變化而追蹤該誤差電流的構件。 28_如請求項26之裝置，其進一步包含：用於將一第—偏壓電流提供至用於放大該差動輸入信號之該構件的構件；用於基於該差動輸入信號而產生一第二偏壓電流的構件’該第二偏壓電流跨越該差動輸入信號之共模電壓的 138115.doc 201001905 一範圍而追蹤該第一偏壓電流；及用於將該第二偏壓電流提供至用於產生該第二差動電流信號之該構件的構件。 29. —種方法，其包含：放大一差動輸入信號以獲得一第一差動電流信號；基於-差動參考信號而產生一第二差動電流信號；及自該第—差動電流信號減去該第二差動電流信號以獲得一差動輸出信號，當該差動輸人信號等於—目標輸入 C 偏置電壓時，該差動輪出信號等於零。

138115.doc