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TW202508217A - 多級放大器電路、放大器及差動放大器 - Google Patents

多級放大器電路、放大器及差動放大器 Download PDF

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TW202508217A
TW202508217A TW113126788A TW113126788A TW202508217A TW 202508217 A TW202508217 A TW 202508217A TW 113126788 A TW113126788 A TW 113126788A TW 113126788 A TW113126788 A TW 113126788A TW 202508217 A TW202508217 A TW 202508217A
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TW
Taiwan
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stage
switch
bias
type transistor
amplifier circuit
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TW113126788A
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Inventor
林湧
李在訓
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南韓商三星電子股份有限公司
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Abstract

一種放大器包括：第一級放大器電路，被配置成接收輸入電壓；以及第一多級放大器電路及第二多級放大器電路，自第一級放大器電路的輸出端子分支出且各自包括第二級及第三級。第一多級放大器電路及第二多級放大器電路中的每一者可被配置成在第一階段中對與對應於第二級的第一偏壓電流對應的電壓及與對應於第三級的第二偏壓電流對應的電壓進行取樣，且在第二階段中利用對應於第一偏壓電流的電壓對第二級施加偏壓且利用對應於第二偏壓電流的電壓對第三級施加偏壓。

Description

多級放大器電路
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張優先於在2023年7月25日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2023-0096904號及於2024年2月27日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2024-0028402號，該些韓國專利申請案中的每一者的揭露內容全文併入本案供參考。
實例性實施例是有關於多級放大器電路。
各種類比至數位轉換器（analog-to-digital converter，ADC）（例如，管線式ADC、管線式連續近似暫存器（successive approximation register，SAR）ADC或循環ADC）可包括開關電容（switched capacitor，SC）放大器。舉例而言，可使用運算轉導放大器（operational transconductance amplifier，OTA）來實施SC放大器，但是OTA通常具有高功耗，導致低功率效率。因此，提供具有較低功耗的放大器來代替OTA可為有利的。
實例性實施例提供用於進行動態偏壓（dynamic biasing）的多級放大器電路。
根據一些實例性實施例，一種多級放大器電路包括第一多級放大器電路及第二多級放大器電路。所述第一多級放大器電路可包括：第二級N型電晶體，藉由與所述第二級N型電晶體的閘極連接的第1-1電容器而連接至第一級；偏壓N型電晶體，與所述第二級N型電晶體的汲極連接且具有與第1-2電容器連接的閘極；第三級N型電晶體，具有與所述第二級N型電晶體的所述汲極連接的閘極；第一電流電路，被配置成供應第一偏壓電流及第二偏壓電流；以及第一動態開關電路，連接至所述第二級N型電晶體、所述偏壓N型電晶體、所述第三級N型電晶體及所述第一電流電路，且被配置成基於形成包括所述偏壓N型電晶體及所述第三級N型電晶體的回饋迴路（feedback loop）來對在第一階段中所述第1-1電容器兩端與所述第一偏壓電流對應的電壓進行取樣以及對所述第1-2電容器兩端與所述第二偏壓電流對應的電壓進行取樣。所述第二多級放大器電路包括：第二級P型電晶體，藉由與所述第二級P型電晶體的閘極連接的第2-1電容器而連接至所述第一級；偏壓P型電晶體，與所述第二級P型電晶體的汲極連接且具有與第2-2電容器連接的閘極；第三級P型電晶體，具有與所述第二級P型電晶體的所述汲極連接的閘極；第二電流電路，被配置成供應所述第一偏壓電流及所述第二偏壓電流；以及第二動態開關電路，連接至所述第二級P型電晶體、所述偏壓P型電晶體、所述第三級P型電晶體及所述第二電流電路，且被配置成基於形成包括所述第二級P型電晶體、所述偏壓P型電晶體及所述第三級P型電晶體的回饋迴路來對在所述第一階段中所述第2-1電容器兩端與所述第一偏壓電流對應的電壓進行取樣以及對所述第2-2電容器兩端與所述第二偏壓電流對應的電壓進行取樣。
根據一些實例性實施例，一種放大器包括：第一級放大器電路，被配置成接收輸入電壓；以及第一多級放大器電路及第二多級放大器電路，自所述第一級放大器電路的輸出端子分支出且各自包括第二級及第三級。所述第一多級放大器電路及所述第二多級放大器電路中的每一者可被配置成在第一階段中對與對應於所述第二級的第一偏壓電流對應的電壓以及與對應於所述第三級的第二偏壓電流對應的電壓進行取樣，且在第二階段中利用對應於所述第一偏壓電流的所述電壓對所述第二級施加偏壓且利用對應於所述第二偏壓電流的所述電壓對所述第三級施加偏壓。
根據一些實例性實施例，一種差動放大器包括：第一級放大器電路，被配置成接收差動輸入電壓對；以及多個多級放大器電路，被配置成輸出用於所述差動輸入電壓對的差動電壓輸出對。所述多個多級放大器電路中的每一者可包括：第一多級放大器電路及第二多級放大器電路，自所述第一級放大器電路的輸出端子分支出且各自包括第二級及第三級。所述第一多級放大器電路及所述第二多級放大器電路中的每一者被配置成在第一階段中對與對應於所述第二級的第一偏壓電流對應的電壓及與對應於所述第三級的第二偏壓電流對應的電壓進行取樣，且可在第二階段中利用對應於所述第一偏壓電流的所述電壓對所述第二級施加偏壓以及利用對應於所述第二偏壓電流的所述電壓對所述第三級施加偏壓。
在下文中，將參照附圖來闡述各實例性實施例。
圖1是根據一些實例性實施例的多級放大器電路的圖。
參照圖1，多級放大器電路100可被配置成將自第一級S1提供的訊號放大並基於所述放大來輸出輸出電壓Vout。第一級S1可為被配置成接收並放大輸入電壓的輸入級。多級放大器電路100可包括兩級。為了便於說明，多級放大器電路100中所包括的相鄰於第一級S1的所述兩級可分別依序被稱為第二級S2及第三級S3。第一級S1、第二級S2與第三級S3可串聯連接。
根據一些實例性實施例的多級放大器電路100可包括多個電晶體、多個電容器、電流電路110及動態開關電路120。所述多個電晶體可包括第二級電晶體T1、偏壓電晶體TB及第三級電晶體T2。第二級電晶體T1及偏壓電晶體TB可對應於第二級S2，且第三級電晶體T2可對應於第三級S3。
第二級S2可藉由第一節點n1連接至第一級S1。第二級S2中所包括的第二級電晶體T1的閘極可藉由第一節點n1連接至第一電容器C1。舉例而言，第二級電晶體T1可藉由與閘極連接的第一電容器C1而連接至第一級S1。
第二級電晶體T1的汲極可藉由第二節點n2連接至第三級S3。舉例而言，第二級電晶體T1的汲極可藉由第二節點n2連接至第三級電晶體T2的閘極。在一些實例性實施例中，第二級電晶體T1的汲極可藉由第二節點n2連接至偏壓電晶體TB的源極。在一些實例性實施例中，第二級電晶體T1的源極可接地或被供應供應電壓。
偏壓電晶體TB可具有藉由第二節點n2與第二級電晶體T1的汲極連接的源極、藉由第三節點n3與第二電容器C2及動態開關電路120連接的閘極、以及與動態開關電路120連接的汲極。在一些實例性實施例中，第二電容器C2可具有連接至第三節點n3的一端及接地或被供應供應電壓的另一端。
根據一些實例性實施例，多級放大器電路100可在第一階段及第二階段中操作。第一階段可被定義為用於對多級放大器電路100中所包括的每一級（第二級S2或第三級S3）施加偏壓的階段，且第二階段可被定義為用於對輸入電壓進行放大並基於藉由第一階段已經完成偏壓準備的每一級輸出輸出電壓Vout的階段。舉例而言，第二階段可為被定義成使得多級放大器電路100在偏壓狀態下實行放大操作的階段。第一階段與第二階段可為非交疊階段。
在第一階段中，偏壓電晶體TB及動態開關電路120可進行操作來對與自電流電路110提供的第一偏壓電流IB1對應的電壓（在下文中被稱為「第一偏壓電壓」）進行取樣，用於稍後闡述的施加偏壓。第二級電晶體T1可基於在第二階段中被施加偏壓的電壓來操作，以實行放大操作。
連接至第二級的第三級S3中所包括的第三級電晶體T2可具有藉由第二節點n2與第二級電晶體T1的汲極、偏壓電晶體TB的源極及動態開關電路120連接的閘極，以及與動態開關電路120及電流電路110連接的汲極。在一些實例性實施例中，第三級電晶體T2可具有接地或者被供應供應電壓的源極。端視偏壓電晶體TB及動態開關電路120的操作而定，可利用與自電流電路110提供的第二偏壓電流IB2對應的電壓（在下文中被稱為「第二偏壓電壓」）對第三級電晶體T2施加偏壓。第三級電晶體T2可基於在第二階段中被施加偏壓的電壓進行操作，以實行放大操作。
電流電路110可被配置成供應第一偏壓電流IB1及第二偏壓電流IB2。用語「供應（supply）」不僅可指代向動態開關電路120提供偏壓電流的電流源的操作，亦指代向動態開關電路120提供負偏壓電流的操作（例如，電流槽（current sink）的操作）。舉例而言，根據一些實例性實施例，電流電路110可作為電流源或電流槽進行操作。第一偏壓電流IB1可具有用於第二級S2的穩態操作的值，且第二偏壓電流IB2可具有用於第三級S3的穩態操作的值。
根據一些實例性實施例，電流電路110可設置於多級放大器電路100內部或多級放大器電路100外部。片語「設置於多級放大器電路100外部」可指代片語「設置於包括多級放大器電路100的放大器外部」。舉例而言，當電流電路110設置於多級放大器電路100外部時，電流電路不影響多級放大器電路100的放大操作，且因此可製成大元件以解決電流電路110的失配問題。
動態開關電路120可被配置成根據上述第一階段及第二階段實行動態開關操作。動態開關電路120可連接至第二級電晶體T1、偏壓電晶體TB、第三級電晶體T2及電流電路110。動態開關電路120可自電流電路110接收第一偏壓電流IB1及第二偏壓電流IB2，且可對偏壓電壓進行取樣，使得每一級可在用於施加偏壓的第一階段中以偏壓電壓進行操作。
在第一階段中，動態開關電路120可被配置成對由偏壓電流產生的第一偏壓電壓進行取樣以傳遞至第一電容器C1。舉例而言，在第一階段中，動態開關電路120可對用於對第二級電晶體T1施加偏壓的第一偏壓電流IB1所需的電壓進行取樣以傳遞至第二級電晶體T1的一端（例如，節點n1的一側）。
在一些實例性實施例中，在第一階段中，動態開關電路120可被配置成基於形成包括偏壓電晶體TB、第二級電晶體T1及第三級電晶體T2的回饋迴路並使得第二偏壓電流能夠流經第三級電晶體T2來對傳遞至第二電容器C2的第二偏壓電壓進行取樣。舉例而言，動態開關電路120可依據開關藉由第三節點n3形成包括偏壓電晶體TB、第二級電晶體T1及第三級電晶體T2的回饋迴路。可藉由回饋迴路對連接至第三節點n3的第二電容器C2兩端的第二偏壓電壓進行取樣。
在第二階段中，動態開關電路120可進行開關，使得被施加偏壓的第二級及第三級作為放大器進行操作。第二級及第三級可基於放大操作輸出輸出電壓Vout。
舉例而言，動態開關電路120可被配置成在第二階段中利用第一偏壓電壓對第二級電晶體T1施加偏壓並利用第二偏壓電壓對第三級電晶體T2施加偏壓。舉例而言，動態開關電路120可藉由偏壓電晶體TB將第三級電晶體T2的閘極電壓（例如，第二節點n2處的電壓）偏壓成較第二偏壓電壓低偏壓電晶體TB的閘極-源極電壓的電壓。在一些實例性實施例中，可基於藉由第一階段取樣的電壓來實行施加偏壓。
根據一些實例性實施例，動態開關電路120可被配置成基於在第一階段中使偏壓電晶體TB的汲極及第二級電晶體T1的閘極短路而將偏壓電晶體TB作為翻轉電壓隨耦器（flipped voltage follower）進行操作。藉由動態開關電路120，偏壓電晶體TB可作為翻轉電壓隨耦器進行操作。在一些實例性實施例中，偏壓電晶體TB可藉由第二節點n2輸出較在第二電容器C2兩端取樣的第二偏壓電壓低偏壓電晶體TB的閘極-源極電壓的電壓，且第三級電晶體T2的閘極可被施加較在第二電容器C2兩端取樣的第二偏壓電壓低偏壓電晶體TB的閘極-源極電壓的電壓。因此，然後可在第二階段中利用第二偏壓電流IB2對第三級電晶體T2施加偏壓。
根據上述實例性實施例，多級放大器電路100可藉由動態開關電路120使用第二級S2及第三級S3中所包括的電晶體來動態地對每一級施加偏壓。舉例而言，根據一些實例性實施例，可使用用於放大提供的電晶體及動態開關電路120來實行每一級所需的或有利的操作電流偏壓而無需額外的用於偏壓的校準。
在一些實例性實施例中，即使當多級放大器電路100中提供的電晶體的特性由於製程變化而改變時，亦可實行每一級所需的或有利的操作電流偏壓。
圖2是根據一些實例性實施例的圖1所示多級放大器電路的電路圖。
參照圖2，電流電路110可包括多個電流源IS1、IS2及IS3。所述多個電流源IS1、IS2及IS3可連接至電源供應電壓或者可接地。所述多個電流源IS1、IS2及IS3可連接至動態開關電路120以供應偏壓電流。動態開關電路120可自電流電路110接收第一偏壓電流IB1及第二偏壓電流IB2。
根據一些實例性實施例，動態開關電路120可包括第一開關SW1至第七開關SW7。第一開關SW1可連接至第二級電晶體T1的閘極及偏壓電晶體TB的汲極。舉例而言，第一開關SW1的一端可藉由第一節點n1連接至第一電容器C1的一端及第二級電晶體T1的閘極，且第一開關SW1的另一端可藉由第四節點n4連接至供應第一偏壓電流IB1的一部分的第一電流源IS1。舉例而言，第一電流源IS1可供應αIB1（其中0 ＜ α ＜ 1）作為第一偏壓電流IB1的一部分。
第二開關SW2可連接至第二級電晶體T1的汲極、第三級電晶體T2的閘極、偏壓電晶體TB的源極及電流電路110。舉例而言，第二開關SW2的一端可藉由第二節點n2連接至偏壓電晶體TB的源極及第二級電晶體T1的汲極，且第二開關SW2的另一端可連接至供應第一偏壓電流IB1的一部分的第二電流源IS2。舉例而言，第二電流源IS2可供應(1-α)IB1作為第一偏壓電流IB1的一部分。舉例而言，當α = 1/2時，第一電流源IS1及第二電流源IS2中的每一者可供應第一偏壓電流IB1的一半。
第三開關SW3可連接至偏壓電晶體TB的閘極、第二電容器C2、及第三級電晶體T2的汲極。舉例而言，第三開關SW3的一端可藉由第三節點n3連接至偏壓電晶體TB的閘極、及第二電容器C2的一端，且第三開關SW3的另一端可藉由第五節點n5及第五開關SW5連接至第三電流源IS3、及第三級電晶體T2的汲極。在一些實例性實施例中，第三開關SW3的另一端可藉由第七開關SW7連接至輸出端子（例如，輸出輸出電壓Vout的端子）。
第四開關SW4可連接至第一開關SW1、偏壓電晶體TB的汲極、及第一電流源IS1。舉例而言，第四開關SW4的一端可藉由第四節點n4連接至偏壓電晶體TB的汲極及第一開關SW1，且第四開關SW4的另一端可連接至第一電流源IS1。在一些實例性實施例中，第四開關SW4的一端可在另一側上連接至多級放大器電路（未示出）。
第五開關SW5可連接至第三級電晶體T2的汲極及第三電流源IS3。舉例而言，第五開關SW5的一端可藉由第五節點n5連接至第三開關SW3、第七開關SW7、及第三級電晶體T2的汲極，且第五開關SW5的另一端可連接至第三電流源IS3。
第六開關SW6的一端可藉由第二開關SW2、第二級電晶體T1的汲極、偏壓電晶體TB的源極、及第三級電晶體T2的閘極連接至第二節點n2，且第六開關SW6的另一端可在另一側上連接至多級放大器電路（未示出）。
第七開關SW7的一端可藉由第三開關SW3、第五開關SW5、及第三級電晶體T2的汲極連接至第五節點n5，且第七開關SW7的另一端可連接至輸出端子（例如，輸出輸出電壓Vout的端子）。
第一開關SW1至第五開關SW5可被配置成在第一階段中被接通且在第二階段中被關斷。
第一開關SW1及第三開關SW3可被配置成在第一階段及第二階段中進行動態操作時對第一電容器C1及第二電容器C2兩端的偏壓電壓進行取樣。
第二開關SW2可在第一階段中被接通且在第二階段中被關斷。第二開關SW2可基於在第一階段中被接通而將第一偏壓電流的一部分（例如，(1-α)IB1）供應至第二節點n2。
第四開關SW4及第五開關SW5可在第一階段中被接通且在第二階段中被關斷。第四開關SW4可基於在第一階段中被接通而將第一偏壓電流的一部分（例如，αIB1）供應至第四節點n4。第五開關SW5可基於在第一階段中被接通而將第二偏壓電流（例如，IB2）供應至第五節點n5。
當第一開關SW1至第五開關SW5接通時，第一節點n1與第四節點n4可彼此連接，且可藉由第一電流源IS1將第一偏壓電流的一部分供應至第四節點n4，且可藉由第二電流源IS2將第一偏壓電流的一部分供應至第二節點n2。在一些實例性實施例中，第三節點n3與第五節點n5可彼此連接，且第二偏壓電流IB2可被供應至第五節點n5。
第二級電晶體T1可具有藉由偏壓電晶體TB及第一開關SW1而連接至第一節點n1的汲極，且可自第一電流源IS1及第二電流源IS2中的每一者接收第一偏壓電流的一部分，且第三級電晶體T2可接收第二偏壓電流IB2。因此，可在連接至第二級電晶體T1的第一電容器C1兩端對第一偏壓電壓進行取樣，且可在連接至第三級電晶體T2的第二電容器C2兩端對第二偏壓電壓進行取樣。
第四開關SW4及第五開關SW5可在第二階段中被關斷，以阻止供應來自第一電流源IS1及第三電流源IS3的電流。相似地，第二開關SW2亦可在第二階段中被關斷，以阻止供應來自第二電流源IS2的電流。舉例而言，在第二階段中，可藉由第二開關SW2、第四開關SW4及第五開關SW5將未使用的電流電路關斷，以降低電流消耗。在一些實例性實施例中，可藉由第二開關SW2、第四開關SW4及第五開關SW5在多級放大器電路100外部實施電流電路，使得電流電路不影響多級放大器電路100的放大操作，且因此可製成大元件以減少失配問題。
第六開關SW6至第七開關SW7可在第一階段中被關斷且在第二階段中被接通。當第六開關SW6至第七開關SW7在第二階段中被接通時，多級放大器電路100可連接至另一多級放大器電路（未示出），以實行放大操作並輸出輸出電壓Vout。
電流電路110中所包括的多個電流源可包括第一電流源IS1至第三電流源IS3，以向包括第一開關SW1至第七開關SW7的動態開關電路120供應偏壓電流。第一電流源IS1可連接至第四開關SW4的一端，且可供應第一偏壓電流的一部分。第二電流源IS2可連接至第二開關SW2的一端，且亦可供應第一偏壓電流的一部分。第三電流源IS3可連接至第五開關SW5的一端，且可供應第二偏壓電流（例如，IB2）。
在下文中，將基於上述多級放大器電路100中所包括的組件更詳細地闡述根據一些實例性實施例的多級放大器電路100的第一階段及第二階段的操作。
根據一些實例性實施例，多級放大器電路100可被實施為確保放大器（其可包括多級放大器電路100）的穩定性且以低功率操作。
多級放大器電路100可被配置成作為單極系統進行操作以達成穩定性。舉例而言，單極系統可使用米勒補償電容器（Miller compensation capacitor）來實施。當在第二級中形成補償電容器時，可在第一級的輸出節點處形成主極點（dominant pole），且與第一級相鄰的第二級及第三級的輸出節點的極點可移動至更高的頻率。因此，可改善放大器的穩定性，但是由於在第二級及第三級中形成的補償電容器以及在第三級中形成的負載電容器，在負載增加時可能需要高功耗。
因此，根據一些實例性實施例的多級放大器電路100可被配置成顯著降低第一級及第二級的輸出節點上的負載，且反而在第三級的輸出節點處形成主極點。在一些實例性實施例中，放大器可確保穩定性並以低功率操作。
根據一些實例性實施例，減小第二級電晶體T1、偏壓電晶體TB及第三級電晶體T2的大小以顯著減小第一級S1及第二級S2的輸出節點上的負載可為有利的。
根據一些實例性實施例，增大第三級S3的輸出阻抗以在第三級S3中形成主極點可為有利的。舉例而言，對第三級電晶體T2施加偏壓以使第三級電晶體T2在次臨限區中操作而使得第三級S3的輸出阻抗增大可為有利的。為了對第三級電晶體T2的次臨限區施加偏壓，偏壓電晶體TB的源極可連接至第二級電晶體T1的汲極，且可使用偏壓電晶體TB及動態開關電路120對每一級的電晶體施加偏壓以達成用於次臨限區的適當電壓。在一些實例性實施例中，用於施加偏壓的第一偏壓電流IB1及第二偏壓電流IB2亦可具有用於在次臨限區中對第三級電晶體T2進行操作的值。
當第一開關SW1至第三開關SW5在第一階段中被接通時，第一節點n1與第四節點n4可彼此連接，第二電流源IS2可連接至第二節點n2，且第三節點n3與第五節點n5可彼此連接。舉例而言，可藉由第一開關SW1使偏壓電晶體TB的汲極及第二級電晶體T1的閘極短路。第一電流源IS1可將第一偏壓電流的一部分供應至第四節點n4，且第二電流源IS2可將第一偏壓電流的一部分供應至第二節點n2。
然後，在一些實例性實施例中，第二級電晶體T1可藉由偏壓電晶體TB連接至汲極及閘極，且可自第一電流源IS1及第二電流源IS2中的每一者接收第一偏壓電流的一部分。可在與第一節點n1及第四節點n4連接的第一電容器C1兩端對用於使第二級電晶體T1流過第一偏壓電流所需的電壓進行取樣。因此，可藉由第一階段實行用於對第二級電晶體T1施加偏壓的電壓取樣。
當第五開關SW5被接通時，第三電流源IS3可藉由第五節點n5將第二偏壓電流IB2供應至第三級電晶體T2的汲極。在一些實例性實施例中，當第三開關SW3被接通時，可在連接至第五節點n5（及第三節點n3）的第二電容器C2兩端對用於使第三級電晶體T2流過第二偏壓電流所需的電壓進行取樣。因此，亦可藉由第一階段來實行用於對第三級電晶體T2施加偏壓的電壓取樣。
根據一些實例性實施例，在第一階段中，偏壓電晶體TB可藉由動態開關電路120作為翻轉電壓隨耦器進行操作。舉例而言，偏壓電晶體TB可使用被提供至汲極的第一偏壓電流的一部分作為參考電流源以及流經源極的第一偏壓電流IB1作為電流槽來作為翻轉電壓隨耦器進行操作。在一些實例性實施例中，當第一開關SW1被接通時，偏壓電晶體TB及第二級電晶體T1可作為翻轉電壓隨耦器進行操作。因此，偏壓電晶體TB可向第二節點n2輸出自第二電容器C2兩端取樣的第二偏壓電壓減去偏壓電晶體TB的閘極-源極電壓的電壓。
舉例而言，當動態開關電路120中所包括的第一開關SW1至第五開關SW5被接通時，可形成包括第二級電晶體T1、偏壓電晶體TB及第三級電晶體T2的回饋迴路，且可在第二電容器C2兩端對第二偏壓電壓進行取樣。同時，偏壓電晶體TB及第二級電晶體T1可作為翻轉電壓隨耦器進行操作，以將經取樣的第二偏壓電壓輸出至第二節點n2（例如，第三級電晶體T2的閘極）。第三級電晶體T2可被施加較第二偏壓電壓低偏壓電晶體TB的閘極-源極電壓的電壓，且第三級電晶體T2可基於施加偏壓使第二偏壓電流IB2流過。在一些實例性實施例中，當利用第二偏壓電流IB2對第三級電晶體T2施加偏壓時，第三級電晶體T2可在次臨限區中操作。
然後，在一些實例性實施例中，當第一開關SW1至第五開關SW5在第二階段中被關斷時，第二級S2及第三級S3可基於施加偏壓實行放大操作。在一些實例性實施例中，第二級電晶體T1可基於施加偏壓使第一偏壓電流IB1流過，且第三級電晶體T2可基於施加偏壓使第二偏壓電流IB2流過。因此，根據上述實例性實施例，多級放大器電路100可跨過第一階段及第二階段作為在第一階段中動態操作的電流鏡進行操作。在第一階段中，多級放大器電路100可對與每一電容器上的鏡像電流對應的偏壓電壓進行取樣。在第二階段中，多級放大器電路100可利用經取樣的偏壓電壓來對第二級電晶體T1、偏壓電晶體TB及第三級電晶體T2施加偏壓。因此，鏡像的第一偏壓電流可流經第二級電晶體T1，且鏡像的第二偏壓電流可流經第三級電晶體T2。
根據上述實例性實施例，當與第二級電晶體T1、偏壓電晶體TB及第三級電晶體T2連接的第一開關SW1至第五開關SW5在第一階段中被接通時，多級放大器電路100可對第二級及第三級中的每一者施加偏壓。舉例而言，可對第三級電晶體T2施加偏壓以在次臨限區中操作，且因此多級放大器電路100可以低功率穩定地操作。
在一些實例性實施例中，可藉由作為動態操作的電流鏡進行操作來對多級放大器電路100施加偏壓，而無需向例如第三級添加元件。當用於鏡像的元件被添加至第三級時，與第二級的輸出節點對應的極點的頻率可被降低，但是根據實例性實施例可防止或減少以上問題。
圖3是示出根據一些實例性實施例的放大器的圖。
參照圖3，放大器200可包括第一級放大器電路210、第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230。
第一級放大器電路210可被施加輸入電壓Vin。舉例而言，第一級放大器電路210可被配置成接收輸入電壓Vin。第一級放大器電路210可基於增益將輸入電壓Vin放大。舉例而言，第一級放大器電路210可被實施為反相器。第一級放大器電路210可連接至第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230。
第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230可自第一級放大器電路210的輸出級分支出且可各自包括第二級S2及第三級S3。如稍後將闡述，第一多級放大器電路220與第二多級放大器電路230可藉由動態開關電路彼此連接。舉例而言，第一多級放大器電路220與第二多級放大器電路230可在第二階段中彼此連接，使得第一偏壓電流的一部分能夠流經兩個路徑中的每一者。在一些實例性實施例中，第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230可在第二階段中藉由輸出節點no輸出輸出電壓Vout。
根據一些實例性實施例，第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230中的每一者可在第一階段中對與對應於第二級S2的第一偏壓電流IB1對應的電壓及與對應於第三級S3的第二偏壓電流IB2對應的電壓進行取樣。在一些實例性實施例中，第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230中的每一者可被配置成利用對應於第一偏壓電流IB1的電壓來對第二級S2施加偏壓，且利用對應於第二偏壓電流IB2的電壓來對第三級S3施加偏壓。
在下文中，將參照圖4至圖7闡述圖3所示放大器的各種實例性實施例。
圖4是根據一些實例性實施例的第一級放大器電路的電路圖。
參照圖4，第一級放大器電路210可包括放大元件AE、第一輸入開關ISW1及第二輸入開關ISW2。
放大元件AE的輸入端子可藉由節點x（nx）連接至第一輸入開關ISW1及第二輸入開關ISW2，且輸出端子可連接至輸入節點i（ni）。放大元件AE可將藉由第二輸入開關ISW2自節點x（nx）施加的輸入電壓Vin放大第一級中所需的增益，且可將經放大的電壓輸出至輸入節點i（ni）。舉例而言，放大元件AE可被實施為運算轉導放大器（OTA）或反相器型OTA。
第一輸入開關ISW1可連接至節點x（nx）以向節點x（nx）施加共模電壓（common mode voltage）VCM。第一輸入開關ISW1可在第一階段中被接通，以將共模電壓VCM施加至放大元件AE。如上所述，由於節點i（ni）連接至第一多級放大器電路及第二多級放大器電路，因此第一級放大器電路210的輸出共模電壓及第一級放大器電路210本身的輸出偏移可在第一階段中被施加至第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230。第一輸入開關ISW1可在第二階段中被關斷。
第二輸入開關ISW2可連接至節點x（nx），且可將輸入電壓Vin施加至節點x（nx）。第二輸入開關ISW2可在第一階段中被關斷。第二輸入開關ISW2可在第二階段中被接通，以將輸入電壓Vin施加至放大元件AE。因此，在用於放大的第二階段中，放大元件AE可將所施加的輸入電壓Vin放大所述增益，並將經放大的輸入電壓輸出至輸入節點i（ni）。
圖5是示出根據一些實例性實施例的第一多級放大器電路及第二多級放大器電路的圖。
參照圖5，第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230可各自基於根據圖1至圖3中闡述的一些實例性實施例的多級放大器電路來實施。
舉例而言，第一多級放大器電路220可包括第二級N型電晶體TN1、第三級N型電晶體TN2及偏壓N型電晶體TBN。用語「N型」用於區分第一多級放大器電路220中所包括的元件，但是「N型電晶體」可指代被配置成形成N通道的電晶體。
第二級N型電晶體TN1的閘極可連接至第1-1電容器C1-1，所述第1-1電容器C1-1藉由第一節點n1連接至第一級放大器電路210的輸出端子。第二級N型電晶體TN1的汲極端子可藉由第二節點n2與第三級N型電晶體TN2的閘極及偏壓N型電晶體TBN的源極連接。在一些實例性實施例中，第二級N型電晶體TN1的源極可接地。
偏壓N型電晶體TBN的源極可藉由第二節點n2連接至第二級N型電晶體TN1的汲極，偏壓N型電晶體TBN的閘極可藉由第三節點n3連接至第1-2電容器C1-2及第1-3開關SW1-3，且偏壓N型電晶體TBN的汲極可藉由第四節點n4連接至第1-1開關SW1-1、第1-4開關SW1-4及第2-6開關SW2-6。
第二級N型電晶體TN1及偏壓N型電晶體TBN可對應於第一多級放大器電路220的第二級S2。
第三級N型電晶體TN2的閘極可藉由第二節點n2連接至第二級N型電晶體TN1的汲極，且第三級N型電晶體TN2的汲極可藉由第五節點n5連接至第1-3開關SW1-3、第1-5開關SW1-5及第1-7開關SW1-7。在一些實例性實施例中，第三級N型電晶體TN2的源極可接地。
第一多級放大器電路220可包括可對應於上述動態開關電路的第1-1開關SW1-1至第1-7開關SW1-7。在一些實例性實施例中，包括第1-1開關SW1-1至第1-7開關SW1-7的第一多級放大器電路220的一級的動態開關電路可被定義為第一動態開關電路。
第1-1開關SW1-1可具有藉由第一節點n1與第1-1電容器C1-1的一端及第二級N型電晶體TN1的閘極連接的一端、及藉由第四節點n4及第1-4開關SW1-4與第1-1電流源IS1-1連接且與偏壓N型電晶體TBN的汲極連接的另一端。第1-2開關SW1-2可具有藉由第二節點n2與第二級N型電晶體TN1的汲極、第三級N型電晶體TN2的閘極及偏壓N型電晶體TBN的源極連接的一端、及與第1-2電流源IS1-2連接的另一端。第1-3開關SW1-3可具有與偏壓N型電晶體TBN的閘極及第1-2電容器C1-2連接的一端、及藉由第五節點n5與第三級N型電晶體TN2的汲極連接的另一端。
第1-1開關SW1-1及第1-3開關SW1-3可在於第一階段及第二階段中進行動態操作時對第1-1電容器C1-1及第1-2電容器C1-2兩端的偏壓電壓進行取樣。
第1-4開關SW1-4可具有藉由第四節點n4與偏壓N型電晶體TBN的汲極連接的一端、及與第1-1電流源IS1-1連接的另一端。第1-5開關SW1-5可具有藉由第五節點n5與第三級N型電晶體TN2的汲極連接的一端、及與第1-3電流源IS1-3連接的另一端。
第1-2開關SW1-2及第1-4開關SW1-4至第1-5開關SW1-5可在於第一階段及第二階段中進行動態操作時自第1-1電流源IS1-1至第1-3電流源IS1-3供應偏壓電流或者阻止偏壓電流的供應。
第1-6開關SW1-6可被包括於第一多級放大器電路220中，且可具有藉由第二節點n2與第二級N型電晶體TN1的汲極連接的一端、及與第二多級放大器電路230連接的另一端。舉例而言，第1-6開關SW1-6的另一端可與第二多級放大器電路230中所包括的偏壓P型電晶體TBP的汲極連接。
第1-7開關SW1-7可被包括於第一多級放大器電路220中，且可具有藉由第五節點n5與第三級N型電晶體TN2的汲極連接的一端、及與第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230的輸出端子（例如，輸出輸出電壓Vout的輸出節點no）連接的另一端。
第1-6開關SW1-6至第1-7開關SW1-7可使得第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230能夠在於第一階段及第二階段中進行動態操作時實行放大操作。
第二多級放大器電路230可被配置成相對於第一多級放大器電路220對稱。
舉例而言，第二多級放大器電路230可包括第二級P型電晶體TP1、第三級P型電晶體TP2及偏壓P型電晶體TBP。用語「P型」用於區分第二多級放大器電路230中所包括的元件，但是「P型電晶體」可指代被配置成形成P通道的電晶體。
第二級P型電晶體TP1的閘極可藉由第六節點n6連接至與第一級放大器電路210的輸出端子連接的第2-1電容器C2-1。第二級P型電晶體TP1的汲極可藉由第七節點n7與第三級P型電晶體TP2的閘極及偏壓P型電晶體TBP的源極連接。在一些實例性實施例中，供應電壓可被供應至第二級P型電晶體TP1的源極。
偏壓P型電晶體TBP的源極可藉由第七節點n7連接至第二級P型電晶體TP1的汲極，偏壓P型電晶體TBP的閘極可藉由第八節點n8連接至第2-2電容器C2-2及第二-3開關SW2-3，且偏壓P型電晶體TBP的汲極可藉由第九節點n9、2-4開關SW2-4及第1-6開關SW1-6連接至第2-1開關SW2-1。
第二級P型電晶體TP1及偏壓P型電晶體TBP可對應於第二多級放大器電路230的第二級。
第三級P型電晶體TP2的閘極可藉由第七節點n7連接至第二級P型電晶體TP1的汲極，且第三級P型電晶體TP2的汲極可藉由第十節點n10連接至第2-7開關SW2-7。在一些實例性實施例中，供應電壓可被供應至第三級P型電晶體TP2的源極。
第二多級放大器電路230可包括第2-1開關SW2-1至第2-7開關SW2-7，所述第2-1開關SW2-1至所述第2-7開關SW2-7可對應於上述動態開關電路。在一些實例性實施例中，包括第2-1開關SW2-1至第2-7開關SW2-7的第二多級放大器電路230的一級的動態開關電路可被定義為第二動態開關電路。
第2-1開關SW2-1可具有藉由第六節點n6與第2-1電容器C2-1的一端及第二級P型電晶體TP1的閘極連接的一端、及藉由第九節點n9及第2-1開關SW2-1與第2-1電流源IS2-1連接的另一端。第2-2開關SW2-2可具有藉由節點n7與第二級P型電晶體TP1的汲極、第三級P型電晶體TP2的閘極及偏壓P型電晶體TBP的源極連接的一端、及與第2-2電流源IS2-2連接的另一端。2-3開關SW2-3可具有藉由第八節點n8與偏壓P型電晶體TBP的閘極及第2-2電容器C2-2連接的一端、及藉由第十節點n10與第三級P型電晶體TP2的汲極連接的另一端。
第2-1開關SW2-1及第二-3開關SW2-3可在於第一階段及第二階段中進行動態操作時對第2-1電容器C2-1及第2-2電容器C2-2兩端的偏壓電壓進行取樣。
第2-4開關SW2-4可具有藉由第九節點n9與偏壓P型電晶體TBP的汲極連接的一端、及與第2-1電流源IS2-1連接的另一端。第2-5開關SW2-5可具有藉由第十節點n10與第三級P型電晶體TP2的汲極連接的一端、及與第2-3電流源IS2-3連接的另一端。
第2-2開關SW2-2以及第2-4開關SW2-4及第2-5開關SW2-5可在於第一階段及第二階段中進行動態操作時自第2-1電流源IS2-1至第2-3電流源IS2-3供應偏壓電流或者阻止偏壓電流的供應。
第2-6開關SW2-6可被包括於第二多級放大器電路230中，且可具有藉由第七節點n7與第二級P型電晶體TP1的汲極連接的一端、及與第一多級放大器電路220連接的另一端。舉例而言，第2-6開關SW2-6的另一端可藉由第四節點n4與第一多級放大器電路220中所包括的偏壓N型電晶體TBN的汲極連接。
第2-7開關SW2-7可被包括於第二多級放大器電路230中，且可具有藉由第十節點n10與第三級P型電晶體TP2的汲極連接的一端、及與輸出節點no連接的另一端。
第2-6開關SW2-6及第2-7開關SW2-7可使得第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230能夠在於第一階段及第二階段中進行動態操作時實行放大操作。
圖6是示出根據一些實例性實施例的圖5所示放大器的第一階段操作的圖。
參照圖6，在用於施加偏壓的第一階段中，第一多級放大器電路220中所包括的第1-1開關SW1-1至第1-5開關SW1-5可被接通，且第一多級放大器電路220中所包括的第1-6開關SW1-6至第1-7開關SW1-7可被關斷。相似地，第二多級放大器電路230中所包括的第2-1開關SW2-1至第二-5開關SW2-5可被接通，且第二多級放大器電路230中所包括的第2-6開關SW2-6至第2-7開關SW2-7可被關斷。
第一多級放大器電路220及第二多級放大器電路230中的每一者可作為電流鏡進行操作，以使偏壓電流流至每一級。在第一階段中，當第1-1開關SW1-1、第1-2開關SW1-2、第1-4開關SW1-4、第2-1開關SW2-1、第2-2開關SW2-2及第二-4開關SW2-4被接通時，可使第一節點n1及第四節點n4短路，且亦可使第六節點n6及第九節點n9短路。經由第四節點n4來自第1-1電流源IS1-1的第一偏壓電流的一部分（例如，(1-α)IB1）以及經由第二節點n2來自第1-2電流源IS1-2的第一偏壓電流的一部分（αIB1）可被供應至第二級N型電晶體TN1的汲極。因此，可在第1-1電容器C1-1的一端兩端對與第一偏壓電流對應的第一偏壓電壓VBN1進行取樣。
相似地，第一偏壓電流的一部分（例如，αIB1）可藉由第九節點n9輸出至第一電流源IS2-1，第一偏壓電流的一部分（例如，(1-α)IB1）可藉由第七節點n7輸出到第二電流源IS2-2。可在第2-1電容器C2-1的一端兩端對與第一偏壓電流IB1對應的第一偏壓電壓VBP1進行取樣。
返回圖4，在第一階段中，共模電壓VCM可被施加至第一級放大器電路210的輸入nx，以在輸出節點i（ni）處產生第一級放大器電路210的輸出共模電壓及輸出偏移。因此，第1-1電容器C1-1及第2-1電容器C2-1可對第一級放大器電路210的輸出共模電壓及輸出偏移進行取樣，使得可在第二階段放大操作中消除第一級放大器電路210的輸出偏移。
返回圖6，第1-3電流源IS1-3可藉由第五節點n5將第二偏壓電流（例如，IB2）供應至第三級N型電晶體TN2的汲極，且可在第1-2電容器C1-2兩端對與第二偏壓電流對應的第二偏壓電壓VBN2進行取樣。相似地，第2-3電流源IS2-3可藉由第十節點n10將第二偏壓電流（例如，IB2）供應至第三級P型電晶體TP2的汲極，且可在第2-2電容器C2-2兩端對與第二偏壓電流對應的第二偏壓電壓VBP2進行取樣。
根據一些實例性實施例，在第一階段中，偏壓N型電晶體TBN及第二級N型電晶體TN1以及偏壓P型電晶體TBP及第二級P型電晶體TP1可藉由動態開關電路作為翻轉電壓隨耦器進行操作。舉例而言，偏壓N型電晶體TBN及偏壓P型電晶體TBP可使用第一偏壓電流的一部分作為參考電流源及使用第二級N型電晶體TN1作為回饋而作為翻轉電壓隨耦器進行操作。舉例而言，第一動態開關電路可被配置成基於在第一階段中使偏壓N型電晶體TBN的汲極及第二級N型電晶體TN1的閘極短路而將偏壓N型電晶體TBN作為翻轉電壓隨耦器進行操作。第二動態開關電路可被配置成基於在第一階段中使偏壓P型電晶體TBP的汲極及第二級P型電晶體TP1的閘極短路而將偏壓P型電晶體TBP作為翻轉電壓隨耦器進行操作。
因此，偏壓N型電晶體TBN可將電壓輸出至第二節點n2，所述電壓自第1-2電容器C1-2兩端取樣的第二偏壓電壓VBN2降低了偏壓N型電晶體TBN的閘極-源極電壓。偏壓P型電晶體TBP可將電壓輸出至第七節點n7，所述電壓較在第2-2電容器C2-2兩端取樣的第二偏壓電壓VBP2高偏壓P型電晶體TBP的源極-閘極電壓。因此，偏壓N型電晶體TBN及第二級N型電晶體TN1以及偏壓P型電晶體TBP及第二級P型電晶體TP1可藉由作為共源放大器操作的第三級N型電晶體TN2及第三級P型電晶體TP2而形成回饋迴路，同時作為翻轉電壓隨耦器進行操作，且可對第1-2電容器C1-2及第2-2電容器C2-2兩端的第二偏壓電壓VBN2及VBP2進行取樣。
根據取樣，可利用第一偏壓電壓VBN1及VBP1對第二級N型電晶體TN1及第二級P型電晶體TP1施加偏壓，可利用第二偏壓電壓VBN2及VBP2對偏壓N型電晶體TBN及偏壓P型電晶體TBP施加偏壓，可利用自第二偏壓電壓VBN2降低了偏壓N型電晶體TBN的閘極-源極電壓的電壓對第三級N型電晶體TN2施加偏壓，且可利用自第二偏壓電壓VBP2增加了偏壓P型電晶體TBP的源極-閘極電壓的電壓對第三級P型電晶體TP2施加偏壓。因此，當利用第二偏壓電流IB2對第三級N型電晶體TN2及第三級P型電晶體TP2施加偏壓時，第三級N型電晶體TN2及第三級P型電晶體TP2可在次臨限區中操作。
圖7是示出根據一些實例性實施例的圖5所示放大器的第二階段操作的圖。為了便於說明，除了必要之處，將在不對N型與P型進行區分的情況下闡述圖7的實例性實施例。
參照圖7，在用於放大的第二階段中，第一多級放大器電路220中所包括的第一開關至第五開關SW1-1至SW1-5及SW2-1至SW2-5可被關斷，且第六開關至第七開關SW1-6至SW1-7及SW2-6至SW2-7可被接通。
基於第一開關SW1-1至第三開關SW1-3在第二階段中被關斷，可利用對應於第一偏壓電流IB1的電壓對第二級電晶體TN1及TP1施加偏壓，且可利用對應於第二偏壓電流IB2的電壓對第三級電晶體TN2及TP2施加偏壓。舉例而言，當每一多級放大器電路在第二階段中達到穩態時，可利用在第一階段中取樣的第一偏壓電壓來對第二級電晶體TN1及TP1的閘極電壓施加偏壓。被施加偏壓的第二級電晶體TN1及TP1中的每一者可使第一偏壓電流IB1流過。
在一些實例性實施例中，偏壓N型電晶體TBN及偏壓P型電晶體TBP中的每一者可作為使第一偏壓電流IB1的所述一部分(1-α)IB1或αIB1流過的浮動電流源進行操作。就每一多級放大器電路而言，基於第六開關SW1-6及SW2-6在第二階段中被接通，第二節點n2可連接至第九節點n9，且第四節點n4可連接至第七節點n7。被施加偏壓的偏壓電晶體TBN及TBP中的每一者可使第一偏壓電流IB1的一部分藉由沿著多級放大器藉由第二節點n2或第四節點n4連接的路徑流過。
除了經取樣的第二偏壓電壓之外，可利用第三N型偏壓電晶體TN2的閘極電壓及源極電壓或第三級P型電晶體TP2的源極電壓及閘極電壓對第三級電晶體TN2及TP2中的每一者施加偏壓。如上所述，在一些實例性實施例中，當第1-7開關SW1-7及第二-7開關SW2-7在第二階段中被接通時，第三級電晶體TN2及TP2中的每一者可使第二偏壓電流IB2流過。被施加偏壓的第三級電晶體TN2及TP2中的每一者可藉由施加偏壓在次臨限區中操作。
在圖5至圖7所示的上述實例性實施例中，每一電流源被示出為包括於每一多級放大器電路中，但可設置於多級放大器電路外部。每一電流源可藉由與每一電流源連接的開關（例如，第1-2開關SW1-2、第1-4開關SW1-4、第1-5開關SW1-5、第2-2開關SW2-2、第2-4開關SW2-4及第2-5開關SW2-5）在第二階段中被關斷，使得可降低功耗。
根據上述實例性實施例，放大器可藉由動態開關操作對第二級及第三級中的每一者施加偏壓而在例如第三級中形成主極點。因此，放大器可確保穩定性並以低功率操作。
在一些實例性實施例中，第三級電晶體可基於藉由每一多級放大器電路的第二級中的偏壓電晶體施加偏壓而在次臨限區中操作。當第三級電晶體藉由電阻器使用第二級電晶體之間的電阻器引起的電壓-電阻器下降（voltage-resistor drop）而在次臨限區中操作時，放大器可能振盪或者放大器的頻寬可依據電阻值而減小。在一些實例性實施例中，可藉由使用偏壓電晶體而非電阻器並對期望的電流施加偏壓來解決上述問題。
在一些實例性實施例中，可藉由在第二級電晶體及第三級電晶體中為動態操作電流鏡而非複製電流鏡提供開關來解決元件之間的失配。藉由動態電流鏡操作，根據一些實例性實施例的放大器可實行製程-電壓-溫度（process-voltage-temperature，PVT）跟蹤而無需校準。
圖8為根據一些實例性實施例的差動放大器的圖。
參照圖8，根據一些實例性實施例的差動放大器300可包括第一級放大器電路310及多個多級放大器電路320。
第一級放大器電路310可接收差動輸入電壓對Vin+及Vin-，且可以第一級所需的增益將差動輸入電壓對Vin+及Vin-放大，並將經放大的電壓對提供至所述多個多級放大器電路320。
第一級放大器電路310可包括放大元件AE、第1-1輸入開關ISW1-1、第1-2輸入開關ISW1-2、第2-1輸入開關ISW2-1及第2-2輸入開關ISW2-2。
放大元件AE的輸入端子可藉由節點x1（nx1）及節點x2（nx2）連接至第1-1輸入開關ISW1-1、第1-2輸入開關ISW1-2、第2-1輸入開關ISW2-1及第2-2輸入開關ISW2-2，且放大元件AE的輸出端子可連接至多級放大器電路320的輸入節點。放大元件AE可將所施加的差動輸入電壓對Vin+及Vin-放大，且可將經放大的電壓對輸出至所述多個多級放大器電路320。
第1-1輸入開關ISW1-1可連接至節點x1（nx1），且第2-1輸入開關ISW2-1可連接至節點x2（nx2），以將共模電壓VCM施加至放大元件AE。第1-1輸入開關ISW1-1及第2-1輸入開關ISW2-1可在第一階段中被接通。因此，第一級放大器電路310的輸出共模電壓及輸出偏移可藉由放大元件AE施加至所述多個多級放大器電路320中的每一者。
第1-2輸入開關ISW1-2可連接至節點x1（nx1），且第2-2輸入開關ISW2-2可連接至節點x2（nx2），以將差動輸入電壓對Vin+及Vin-施加至放大元件AE。第1-1輸入開關ISW1-2及第2-2輸入開關ISW2-2可在第一階段中被關斷且在第二階段中被接通，以將用於放大操作的差動輸入電壓對Vin+及Vin-施加至放大元件AE。
所述多個多級放大器電路320中的每一者可根據圖5至圖7所示的上述實例性實施例來實施。用於差動輸入電壓對Vin+及Vin-的差動輸出電壓對Vout+及Vout-可自所述多個多級放大器電路320中的每一者輸出。
舉例而言，所述多個多級放大器電路320中的每一者可自第一級放大器電路310的輸出端子分支出，且可包括分別包括第二級及第三級的第一多級放大器電路及第二多級放大器電路。第一多級放大器電路及第二多級放大器電路中的每一者可被配置成在第一階段中對與對應於第二級的第一偏壓電流對應的電壓及對與對應於第三級的第二偏壓電流對應的電壓進行取樣，且在第二階段中利用對應於第一偏壓電流的電壓對第二級施加偏壓並利用對應於第二偏壓電流的電壓對第三級施加偏壓。
根據上述實例性實施例的多級放大器電路、放大器及/或差動放大器可在使用開關電容（SC）放大器的類比至數位轉換器（ADC）（例如，管線式ADC、管線式連續近似暫存器（SAR）ADC或循環ADC）中使用。
根據上述實例性實施例的多級放大器電路、放大器及/或差動放大器亦可在使用SC積分器的ADC（例如，離散時間Δ訊號ADC）中使用。
在一些實例性實施例中，根據一些實例性實施例的多級放大器電路、放大器及/或差動放大器可以至少兩個的形式提供。至少兩個放大器單元可並聯連接。並聯連接的至少兩個放大器單元可以相反相位進行操作。可使用至少兩個放大器單元作為低壓差調節器的誤差放大器。
如上所述，根據一些實例性實施例，可提供用於動態偏壓的多級放大器電路。
本文中所闡述的根據實例性實施例中的任一者及/或根據實例性實施例的任意部分的任何裝置、電子裝置、模組、單元及/或其部分可包括處理電路系統的一或多個例子、可包括於處理電路系統的一或多個例子中及/或可由處理電路系統的一或多個例子來實施，所述處理電路系統為例如：包括邏輯電路的硬體；硬體/軟體組合，例如執行軟體的處理器；或其組合。舉例而言，處理電路系統更具體而言可包括但不限於：中央處理單元（central processing unit，CPU）、算術邏輯單元（arithmetic logic unit，ALU）、圖形處理單元（graphics processing unit，GPU）、應用處理器（application processor，AP）、數位訊號處理器（digital signal processor，DSP）、微電腦、現場可程式化閘陣列（field programmable gate array，FPGA）及可程式化邏輯單元、微處理器、應用專用積體電路（application-specific integrated circuit，ASIC）、神經網路處理單元（neural network processing unit，NPU）、電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）、影像訊號處理器（Image Signal Processor，ISP）及類似裝置。在一些實例性實施例中，處理電路系統可包括對指令的程式進行儲存的非暫態電腦可讀儲存裝置（例如，記憶體）（例如固態驅動器（SSD））以及被配置成執行指令的程式的處理器（例如，CPU），從而實施由根據實例性實施例中的任一者的任何裝置、電子裝置、模組、單元、及/或其部分中的一些或全部所實行的功能及/或方法。
儘管以上已示出並闡述一些實例性實施例，然而對於熟習此項技術者而言將顯而易見，可在不背離如由隨附申請專利範圍所定義的本發明概念的範圍的情況下作出潤飾及變化。
100、320:多級放大器電路 110:電流電路 120:動態開關電路 200:放大器 210、310:第一級放大器電路 220:第一多級放大器電路 230:第二多級放大器電路 300:差動放大器 AE:放大元件 C1:第一電容器 C1-1:第1-1電容器 C1-2:第1-2電容器 C2:第二電容器 C2-1:第2-1電容器 C2-2:第2-2電容器 IB1:第一偏壓電流 IB2:第二偏壓電流 IS1:電流源/第一電流源 IS1-1:第1-1電流源 IS1-2:第1-2電流源 IS1-3:第1-3電流源 IS2:電流源/第二電流源 IS2-1:第2-1電流源 IS2-2:第2-2電流源 IS2-3:第2-3電流源 IS3:電流源/第三電流源 ISW1:第一輸入開關 ISW1-1:第1-1輸入開關 ISW1-2:第1-2輸入開關 ISW2:第二輸入開關 ISW2-1:第2-1輸入開關 ISW2-2:第2-2輸入開關 n1:第一節點/節點 n2:第二節點 n3:第三節點 n4:第四節點 n5:第五節點 n6:第六節點 n7:第七節點/節點 n8:第八節點 n9:第九節點 n10:第十節點 ni:輸入節點i/節點i/輸出節點i no:輸出節點 nx:節點x nx1:節點x1 nx2:節點x2 S1:第一級 S2:第二級 S3:第三級 SW1:第一開關 SW1-1:第1-1開關 SW1-2:第1-2開關 SW1-3:第1-3開關 SW1-4:第1-4開關 SW1-5:第1-5開關 SW1-6:第1-6開關 SW1-7:第1-7開關 SW2:第二開關 SW2-1:第2-1開關 SW2-2:第2-2開關 SW2-3:第2-3開關 SW2-4:第2-4開關 SW2-5:第2-5開關 SW2-6:第2-6開關 SW2-7:第2-7開關 SW3:第三開關 SW4:第四開關 SW5:第五開關 SW6:第六開關 SW7:第七開關 T1:第二級電晶體 T2:第三級電晶體 TB:偏壓電晶體 TBN:偏壓電晶體/偏壓N型電晶體 TBP:偏壓電晶體/偏壓P型電晶體 TN1:第二級N型電晶體/第二級電晶體 TN2:第三級N型電晶體/第三級電晶體 TP1:第二級P型電晶體/第二級電晶體 TP2:第三級P型電晶體/第三級電晶體 VBN1、VBP1:第一偏壓電壓 VBN2、VBP2:第二偏壓電壓 VCM:共模電壓 Vin:輸入電壓 Vin+、Vin-:差動輸入電壓對 Vout:輸出電壓 Vout+、Vout-:差動輸出電壓對 (1-α)IB1、αIB1:第一偏壓電流的一部分
結合附圖閱讀以下詳細說明，將更清楚地理解本發明概念的以上及其他態樣、特徵及優點。 圖1是示出根據一些實例性實施例的多級放大器電路的圖。 圖2是根據一些實例性實施例的圖1所示多級放大器電路的電路圖。 圖3是示出根據一些實例性實施例的放大器的圖。 圖4是根據一些實例性實施例的第一級放大器電路的電路圖。 圖5是示出根據一些實例性實施例的第一多級放大器電路及第二多級放大器電路的圖。 圖6是示出根據一些實例性實施例的圖5所示放大器的第一階段操作的圖。 圖7是示出根據一些實例性實施例的圖5所示放大器的第二階段操作的圖。 圖8是示出根據一些實例性實施例的差動放大器的圖。
210:第一級放大器電路
220:第一多級放大器電路
230:第二多級放大器電路
C1-1:第1-1電容器
C1-2:第1-2電容器
C2-1:第2-1電容器
C2-2:第2-2電容器
IB2:第二偏壓電流
IS1-1:第1-1電流源
IS1-2:第1-2電流源
IS1-3:第1-3電流源
IS2-1:第2-1電流源
IS2-2:第2-2電流源
IS2-3:第2-3電流源
n1:第一節點/節點
n2:第二節點
n3:第三節點
n4:第四節點
n5:第五節點
n6:第六節點
n7:第七節點/節點
n8:第八節點
n9:第九節點
n10:第十節點
ni:輸入節點i/節點i/輸出節點i
no:輸出節點
SW1-1:第1-1開關
SW1-2:第1-2開關
SW1-3:第1-3開關
SW1-4:第1-4開關
SW1-5:第1-5開關
SW1-6:第1-6開關
SW1-7:第1-7開關
SW2-1:第2-1開關
SW2-2:第2-2開關
SW2-3:第2-3開關
SW2-4:第2-4開關
SW2-5:第2-5開關
SW2-6:第2-6開關
SW2-7:第2-7開關
TBN:偏壓電晶體/偏壓N型電晶體
TBP:偏壓電晶體/偏壓P型電晶體
TN1:第二級N型電晶體/第二級電晶體
TN2:第三級N型電晶體/第三級電晶體
TP1:第二級P型電晶體/第二級電晶體
TP2:第三級P型電晶體/第三級電晶體
Vout:輸出電壓
(1-α)IB1、αIB1:第一偏壓電流的一部分

Claims (20)

  1. 一種多級放大器電路，包括： 第一多級放大器電路及第二多級放大器電路， 所述第一多級放大器電路包括 第二級N型電晶體，藉由與所述第二級N型電晶體的閘極連接的第1-1電容器而連接至第一級， 偏壓N型電晶體，與所述第二級N型電晶體的汲極連接且具有與第1-2電容器連接的閘極， 第三級N型電晶體，具有與所述第二級N型電晶體的所述汲極連接的閘極， 第一電流電路，被配置成供應第一偏壓電流及第二偏壓電流，以及 第一動態開關電路，連接至所述第二級N型電晶體、所述偏壓N型電晶體、所述第三級N型電晶體及所述第一電流電路，且被配置成基於形成包括所述偏壓N型電晶體及所述第三級N型電晶體的回饋迴路來對在第一階段中所述第1-1電容器兩端與所述第一偏壓電流對應的電壓進行取樣以及對所述第1-2電容器兩端與所述第二偏壓電流對應的電壓進行取樣，且 所述第二多級放大器電路包括 第二級P型電晶體，藉由與所述第二級P型電晶體的閘極連接的第2-1電容器而連接至所述第一級， 偏壓P型電晶體，與所述第二級P型電晶體的汲極連接且具有與第2-2電容器連接的閘極， 第三級P型電晶體，具有與所述第二級P型電晶體的所述汲極連接的閘極， 第二電流電路，被配置成供應所述第一偏壓電流及所述第二偏壓電流，以及 第二動態開關電路，連接至所述第二級P型電晶體、所述偏壓P型電晶體、所述第三級P型電晶體及所述第二電流電路，且被配置成基於形成包括所述第二級P型電晶體、所述偏壓P型電晶體及所述第三級P型電晶體的回饋迴路來對在所述第一階段中所述第2-1電容器兩端與所述第一偏壓電流對應的電壓進行取樣以及對所述第2-2電容器兩端與所述第二偏壓電流對應的電壓進行取樣。
  2. 如請求項1所述的多級放大器電路，其中 所述第一動態開關電路被配置成在針對所述多級放大器電路定義的第二階段中，利用對應於所述第一偏壓電流的電壓來對所述第二級N型電晶體施加偏壓，且利用對應於所述第二偏壓電流的電壓來對所述偏壓N型電晶體及所述第三級N型電晶體施加偏壓，使得所述多級放大器電路被配置成實行放大操作，且 所述第二動態開關電路被配置成在所述第二階段中，利用對應於所述第一偏壓電流的電壓來對所述第二級P型電晶體施加偏壓，且利用對應於所述第二偏壓電流的電壓來對所述偏壓P型電晶體及所述第三級P型電晶體施加偏壓。
  3. 如請求項2所述的多級放大器電路，其中 所述第二級N型電晶體及所述第二級P型電晶體被配置成基於所述施加偏壓而使所述第一偏壓電流流過；且 所述第三級N型電晶體及所述第三級P型電晶體被配置成基於所述施加偏壓而使所述第二偏壓電流流過。
  4. 如請求項1所述的多級放大器電路，其中 所述第一動態開關電路包括 第1-1開關，連接至所述第二級N型電晶體的所述閘極、所述第1-1電容器、及所述偏壓N型電晶體的汲極， 第1-2開關，連接至所述第二級N型電晶體的所述汲極、所述偏壓N型電晶體的源極、及所述第一電流電路， 第1-3開關，連接至所述偏壓N型電晶體的所述閘極、所述1-2電容器、及所述第三級N型電晶體的汲極， 第1-4開關，連接至所述偏壓N型電晶體的所述汲極及所述第一電流電路， 第1-5開關，連接至所述第三級N型電晶體的所述汲極及所述第一電流電路， 第1-6開關，連接至所述第二級N型電晶體的所述汲極及所述第二多級放大器電路，以及 第1-7開關，連接至所述第三級N型電晶體的所述汲極以及所述第一多級放大器電路的輸出端子及所述第二多級放大器電路的輸出端子，且 所述第二動態開關電路包括 第2-1開關，連接至所述第二級P型電晶體的所述閘極、所述第2-1電容器、及所述偏壓P型電晶體的汲極， 第2-2開關，連接至所述第二級P型電晶體的所述汲極、所述偏壓P型電晶體的源極、及所述第二電流電路， 第2-3開關，連接至所述偏壓P型電晶體的所述閘極、所述第2-2電容器、及所述第三級P型電晶體的汲極， 第2-4開關，連接至所述偏壓P型電晶體的所述汲極及所述第二電流電路， 第2-5開關，連接至所述第三級P型電晶體的所述汲極及所述第二電流電路， 第2-6開關，連接至所述第二級P型電晶體的所述汲極及所述第一多級放大器電路，以及 第2-7開關，連接至所述第三級P型電晶體的所述汲極以及所述第一多級放大器電路的所述輸出端子及所述第二多級放大器電路的所述輸出端子。
  5. 如請求項4所述的多級放大器電路，其中 所述第1-1開關至所述第1-5開關及所述第2-1開關至所述第2-5開關被配置成在所述第一階段中接通，且 所述第1-6開關及所述第1-7開關以及所述第2-6開關及所述第2-7開關被配置成在所述第一階段中關斷。
  6. 如請求項4所述的多級放大器電路，其中 所述第一電流電路包括 第1-1電流源，連接至所述第1-1開關的第一端及所述偏壓N型電晶體的所述汲極且被配置成供應所述第一偏壓電流的第一部分； 第1-2電流源，連接至所述第1-2開關的第一端且被配置成供應所述第一偏壓電流的第二部分；以及 第1-3電流源，連接至所述第1-5開關的第一端及所述第三級N型電晶體的所述汲極且被配置成供應所述第二偏壓電流。
  7. 如請求項4所述的多級放大器電路，其中 所述第1-1開關至所述第1-5開關及所述第2-1開關至所述第2-5開關被配置成在針對所述多級放大器電路定義的第二階段中關斷，使得所述多級放大器電路被配置成實行放大操作，且 所述第1-6開關及所述第1-7開關以及所述第2-6開關及所述第2-7開關被配置成在所述第二階段中接通。
  8. 如請求項6所述的多級放大器電路，其中 所述第二電流電路包括 第2-1電流源，連接至所述第2-1開關的第一端及所述偏壓P型電晶體的所述汲極且被配置成供應所述第一偏壓電流的所述第二部分； 第2-2電流源，連接至所述第2-2開關的第一端且被配置成供應所述第一偏壓電流的所述第一部分；以及 第2-3電流源，連接至所述第2-5開關的第一端及所述第三級P型電晶體的所述汲極且被配置成供應所述第二偏壓電流。
  9. 如請求項8所述的多級放大器電路，其中 所述第1-1開關的第二端藉由第一節點連接至所述第1-1電容器的第一端及所述第二級N型電晶體的所述閘極； 所述第1-2開關的第二端藉由第二節點連接至所述偏壓N型電晶體的所述源極及所述第二級N型電晶體的所述汲極； 所述第1-3開關的第二端藉由第三節點連接至所述偏壓N型電晶體的所述閘極及所述第1-2電容器的第一端； 所述第1-1開關的所述第一端藉由第四節點及所述第1-4開關連接至所述第1-1電流源； 所述第1-2開關的所述第一端連接至所述第1-2電流源； 所述第1-3開關的第一端藉由第五節點及所述第1-5開關連接至所述第1-3電流源； 所述第2-1開關的第二端藉由第六節點連接至所述第2-1電容器的第一端及所述第二級P型電晶體的所述閘極； 所述第2-2開關的第二端藉由第七節點連接至所述偏壓P型電晶體的所述源極及所述第二級P型電晶體的所述汲極； 所述第2-3開關的第二端藉由第八節點連接至所述偏壓P型電晶體的所述閘極及所述第2-2電容器的第一端； 所述第2-1開關的所述第一端藉由第九節點及所述第2-4開關連接至所述第2-1電流源； 所述第2-2開關的所述第一端連接至所述第2-2電流源；且 所述第2-3開關的第一端藉由第十節點及所述第2-5開關連接至所述第2-3電流源。
  10. 如請求項1所述的多級放大器電路，其中 所述第一動態開關電路被配置成基於在所述第一階段中使所述偏壓N型電晶體的所述汲極及所述第二級N型電晶體的所述閘極短路而將所述偏壓N型電晶體作為翻轉電壓隨耦器進行操作，且 所述第二動態開關電路被配置成基於在所述第一階段中使所述偏壓P型電晶體的所述汲極及所述第二級P型電晶體的所述閘極短路而將所述偏壓P型電晶體作為翻轉電壓隨耦器進行操作。
  11. 一種放大器，包括： 第一級放大器電路，被配置成接收輸入電壓；以及 第一多級放大器電路及第二多級放大器電路，自所述第一級放大器電路的輸出端子分支出且各自包括第二級及第三級， 所述第一多級放大器電路及所述第二多級放大器電路中的每一者被配置成在第一階段中對與對應於所述第二級的第一偏壓電流對應的電壓以及與對應於所述第三級的第二偏壓電流對應的電壓進行取樣，且在第二階段中利用對應於所述第一偏壓電流的所述電壓對所述第二級施加偏壓且利用對應於所述第二偏壓電流的所述電壓對所述第三級施加偏壓。
  12. 如請求項11所述的放大器，其中 所述第一多級放大器電路及所述第二多級放大器電路中的每一者包括： 第二級電晶體，具有連接至第一電容器的閘極，所述第一電容器連接至所述第一級放大器電路的所述輸出端子； 偏壓電晶體，具有與所述第二級電晶體的汲極連接的源極及與第二電容器連接的閘極；以及 第三級電晶體，具有與所述第二級電晶體的所述汲極連接的閘極。
  13. 如請求項12所述的放大器，其中 所述第一多級放大器電路及所述第二多級放大器電路中的每一者包括： 第一開關，具有與所述第一電容器的第一端及所述第二級電晶體的所述閘極連接的第一端； 第二開關，具有與所述第二級電晶體的所述汲極及所述偏壓電晶體的所述源極連接的第一端以及與第二電流源連接的第二端； 第三開關，具有與所述偏壓電晶體的所述閘極及所述第二電容器連接的第一端以及與所述第三級電晶體的汲極連接的第二端； 第四開關，具有與所述偏壓電晶體的汲極及所述第一開關的第二端連接的第一端以及與第一電流源連接的第二端；以及 第五開關，具有與所述第三級電晶體的所述汲極連接的第一端及與第三電流源連接的第二端。
  14. 如請求項13所述的放大器，其中 當所述第一開關被配置成接通時，所述偏壓電晶體及所述第二級電晶體被配置成作為翻轉電壓隨耦器進行操作。
  15. 如請求項13所述的放大器，其中 所述第一多級放大器電路及所述第二多級放大器電路中的每一者更包括： 第六開關，包括於所述第一多級放大器電路或所述第二多級放大器電路中的一者中，且具有與所述第二級電晶體的所述汲極連接的第一端以及與所述第一多級放大器電路或所述第二多級放大器電路中的另一者連接的第二端；以及 第七開關，包括於所述第一多級放大器電路或所述第二多級放大器電路中的一者中，且具有與所述第三級電晶體的所述汲極連接的第一端以及與所述第一多級放大器電路或所述第二多級放大器電路中的另一者連接的第二端。
  16. 如請求項13所述的放大器，其中 所述第一開關至所述第五開關被配置成在所述第一階段中接通且在所述第二階段中關斷。
  17. 如請求項15所述的放大器，其中 所述第六開關及所述第七開關被配置成在所述第一階段中關斷且在所述第二階段中接通。
  18. 如請求項13所述的放大器，其中 基於所述第一開關及所述第五開關被配置成在所述第一階段中接通，所述第一開關至所述第五開關被配置成對所述第一電容器兩端與所述第一偏壓電流對應的電壓進行取樣以及對所述第二電容器兩端與所述第二偏壓電流對應的電壓進行取樣。
  19. 如請求項13所述的放大器，其中 所述第一開關至所述第五開關被配置成基於所述第一開關至所述第五開關被配置成在所述第二階段中關斷，利用對應於所述第一偏壓電流的電壓對所述第二級電晶體施加偏壓且利用對應於所述第二偏壓電流的電壓對所述偏壓電晶體施加偏壓。
  20. 一種差動放大器，包括： 第一級放大器電路，被配置成接收差動輸入電壓對；以及 多個多級放大器電路，被配置成輸出用於所述差動輸入電壓對的差動電壓輸出對， 所述多個多級放大器電路中的每一者包括 第一多級放大器電路及第二多級放大器電路，自所述第一級放大器電路的輸出端子分支出且各自包括第二級及第三級，且 所述第一多級放大器電路及所述第二多級放大器電路中的每一者被配置成在第一階段中對與對應於所述第二級的第一偏壓電流對應的電壓及與對應於所述第三級的第二偏壓電流對應的電壓進行取樣，且在第二階段中利用對應於所述第一偏壓電流的所述電壓對所述第二級施加偏壓以及利用對應於所述第二偏壓電流的所述電壓對所述第三級施加偏壓。
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