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CN104181965A - 低功率低噪声输入偏置电流补偿的方法 - Google Patents

低功率低噪声输入偏置电流补偿的方法 Download PDF

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CN104181965A
CN104181965A CN201410213219.XA CN201410213219A CN104181965A CN 104181965 A CN104181965 A CN 104181965A CN 201410213219 A CN201410213219 A CN 201410213219A CN 104181965 A CN104181965 A CN 104181965A
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Abstract

通过循环差分对晶体管的尾电流提供了放大器输入级的低功率低噪声输入偏置电流补偿。局部放大器调节尾电流和缓冲尾电流晶体管的基极电流，其被镜像回到输入晶体管以提供输入偏置电流补偿。

Description

低功率低噪声输入偏置电流补偿的方法
相关申请引用
根据37CFR1.57，本申请引用在专利申请表及其任何更正中标明的任何和所有优先权。
背景技术
在理想情况下，没有电流流入放大器的输入端。然而在实践中，有两个输入偏置电流IB+，IB-。这些电流乘以与驱动该输入的信号相关联的外部阻抗导致了这样的电压，该电压是实际信号和放大器看到的信号之间的误差电压。
补偿输入偏置电流减少了这种误差电压，但通常会增加当前电流，增加输入电流噪声，并限制了放大器的带宽。例如，通过类似于输入晶体管的晶体管提供等于放大器差分对的轨电流的一半的电流并且监测第二晶体管回到输入晶体管的基极的基极电流来补偿输入偏置电流，则增加了当前电流和输入电流噪声。另一种方法利用共源共栅晶体管缓冲差分输入晶体管的集电极电流并且镜像共源共栅晶体管的基极电流回到放大器的输入端，但限制了放大器的正共模范围和带宽，这是因为共源共栅晶体管处于信号路径中。
提供了用于放大器的系统和方法，所述放大器具有低功率低噪声输入偏置电流补偿，而不会使得功率需求增加超出输入噪声所消耗的。
实施例包括差分放大器输入级，包括一对差分输入晶体管，和补偿电路，其包括电流源，局部放大器和电流镜。补偿电路通过负反馈循环差分对输入级的尾电流。补偿电路通过局部放大器镜像尾电流的基极电流到输入晶体管的基极。由于尾电流是单个输入晶体管的尾电流的约两倍，当与具有大约一半电流的晶体管相比以大约一半的系数镜像时，电流噪声减小。补偿电路位于差分放大器信号路径之外，因此不影响带宽。局部放大器消耗很少的功率，这是因为它不在差分信号路径中。除了用于局部放大器的小的电流，基本上不会增加运算放大器的运行功率。此外，局部放大器与共模信号通路隔离。对于非常低的电压噪声输入，实施例提供了使用小功率对放大器的补偿，而不会显著增加电流噪声且不会不利地影响信号路径。
本发明提供了用于补偿放大器输入偏置电流的系统和方法。在实施例中，放大器包括：输入电路，第一电流源晶体管，局部放大器，第一电流缓冲晶体管和电流镜。在一些实施例中，输入电路包括第一输入晶体管和第二输入晶体管，其中第一输入晶体管包括电连接到第二输入晶体管的发射极的发射极和被配置为接收第一输入信号和第一补偿电流的基极，并且其中第二输入晶体管包括被配置为接收第二输入信号和第二补偿电流的基极。在其它实施例中，输入电路包括发射极耦合的差分晶体管对，被配置为在第一输入端接收第一输入信号和第一补偿电流和在第二输入端接收第二输入信号和第二补偿电流。
在一些实施例中，第一电流源晶体管包括电耦合到第一和第二输入晶体管的发射极的集电极和电连接到电阻器的第一端子的发射极。在其它实施例中，第一电流源晶体管包括电耦合到发射极耦合的差分晶体管对的发射极的集电极，以及电耦合到电阻器的第一端子的发射极。第一输入晶体管，第二输入晶体管和电流源晶体管包括相同类型的晶体管。局部放大器包括第一输入端，电连接到电阻器的第一端子，和第二输入端，接收第一电压。第一电流缓冲晶体管包括电连接到局部放大器的输出端的基极，电连接到电流源晶体管的基极的发射极，以及被配置为提供第三补偿电流的集电极。
电流镜被配置为接收第三补偿电流，并提供第一补偿电流与第二补偿电流。电流镜包括电流镜二极管，包括电连接到电流缓冲晶体管的阴极，第一电流镜晶体管包括被配置为提供补偿电流的至少一部分且电连接到第一输入晶体管的基极的的集电极，第二电流镜晶体管包括被配置为提供补偿电流的至少另一部分且电连接到第二输入晶体管的基极的集电极。第二电流镜晶体管还包括电连接到第一电流镜晶体管的基极和第一电流镜二极管的阴极的基极。
在某些实施例中，提供了放大器，其包括输入电路，电流源，局部放大器，第一电流缓冲晶体管和电流镜。在一些实施例中，输入电路包括第一输入晶体管和第二输入晶体管，其中第一输入晶体管包括电连接到第二输入晶体管的发射极的发射极和被配置为接收第一输入信号和第一补偿电流的基极，并且其中第二输入晶体管包括被配置为接收第二输入信号和第二补偿电流的基极。在其它实施例中，输入电路包括发射极耦合的差分晶体管对，被配置为在第一输入端接收第一输入信号和第一补偿电流和在第二输入端接收第二输入信号和第二补偿电流。
电流源被配置为提供第一和第二输入晶体管的尾电流，并包括电流源晶体管和电阻器。电流源晶体管包括电连接到第一和第二输入晶体管的发射极的集电极和电连接到电阻器的第一端子的发射极，其中第一输入晶体管，第二输入晶体管和电流源晶体管包括相同类型的晶体管。
局部放大器包括第一放大器晶体管，第二放大器晶体管，第三放大器晶体管和第四放大器晶体管。第一放大器晶体管包括电连接到电阻器的第一端子的基极和电耦合到第二放大器晶体管的发射极的发射极。第二放大器晶体管包括电连接到第三放大器晶体管的基极和电流源的第一端子的集电极和基极。第四放大器晶体管包括电连接到第三放大器晶体管的发射极的发射极和被配置为接收电源电压且电连接到第四放大器晶体管的集电极的基极，其中电阻器两端的电压至少部分地基于第一、第二、第三和第四放大器晶体管的物理特性。第一电流缓冲晶体管包括电连接到第三放大器晶体管的集电极的基极和电连接到电流源晶体管的基极的发射极。
电流镜被配置为接收第三补偿电流并提供第一补偿电流与第二补偿电流。电流镜包括：第一二极管链接的电流镜晶体管，包括电连接到电流缓冲晶体管的集电极的集电极，第二电流镜晶体管，其包括被配置为提供第三补偿电流的至少一部分且电连接到第一输入晶体管的基极的集电极，以及第三电流镜晶体管，包括被配置为提供第三补偿电流的至少另一部分且电连接到第二输入晶体管的基极的集电极，第三电流镜晶体管还包括电连接到第二电流镜晶体管的基极和第一电流镜晶体管的基极的基极。
在一些实施例中，提供了一种补偿放大器输入偏置电流的方法。该方法包括：在放大器的发射极耦合的差分输入晶体管对的第一输入端接收第一补偿电流和在发射极耦合的差分输入晶体管对的第二输入端接收第二补偿电流，并从包括电流源晶体管和负反馈电阻的电流源提供发射极耦合的差分输入晶体管对的尾电流，电流源晶体管的集电极被配置用于提供所述尾电流。
该方法还包括通过将局部放大器的正输入端设定到一电压来调节通过负反馈电阻的尾电流，将局部放大器的负输入端电连接到负反馈电阻器的第一端子和电流源晶体管的发射极之间形成的节点，以及将局部放大器的输出端电连接到共基极晶体管的基极。共基极晶体管的发射极电连接到电流源晶体管的基极，共基极晶体管的集电极被配置为提供第三补偿电流到电流镜。该方法还包括使用电流镜将第三补偿电流镜像为大约一半至发射极耦合的差分输入晶体管对的第一和第二输入端中的每一个，以提供第一和第二补偿电流。发射极耦合的差分输入晶体管对和电流源晶体管包括相同类型的晶体管。
附图说明
现在将参考附图来说明实现本发明的各种特征的一般体系结构。所提供的附图和相关描述用于说明本发明的实施例，而不是限制本发明的范围。整个附图中，参考数字是重复使用以指示引用的元素之间的对应关系。
图1是根据某些实施例的包括低功率低噪声输入偏置电流补偿电路的示例性放大器电路的示意图。
图2是根据其它实施例的包括低功率低噪声输入偏置电流补偿电路的示例性放大器电路的示意图。
具体实施方式
放大器电路的实施例通过局部放大器镜像差分对的尾电流源的缓冲基极电流回到输入端，该局部放大器调节尾电流源中的期望电并提供共基极级电流缓冲的电压参考。局部放大器的正输入端被设置到所期望的电压，负输入端电连接到尾电流源的负反馈电阻器。局部放大器的输出端电连接到操作为共基极级的晶体管的基极，共基极级的发射极电连接到尾电流源的基极。共基极级的集电极为差分对提供大约两倍的补偿电流。通过设置共基极级的基极上的电压，使负反馈电阻两端的电压约为局部放大器的正输入端的电压，迫使正确的尾电流通过负反馈。
局部放大器引用与尾电流电路相同的电源，并且处于差分信号路径之外。由于尾电流被再循环，因此不会有超出局部放大器所使用的少量电流之外的额外当前电流被整体放大器电路消耗。因此，再循环的电流为放大器电路提供了补偿电流。
图1是示例性放大器电路100的示意图。在实施例中，放大器电路100包括具有低功率低噪声输入偏置电流补偿的放大器输入级。该放大器电路100被配置为接收差分输入信号VIN+，VIN-，并产生差分输出信号VOUT+，VOUT-，其包括输入偏置电流的补偿。差分输入信号VIN+，VIN-可以传递作为第一或非反相输入信号VIN+和第二或反向输入信号VIN-之间的差的信息。此外，差分输入信号VIN+和VIN-可以包括由输入偏置电流IB+、IB-导致的误差电压。差分输出信号VOUT+，VOUT-可以传递作为第一或非反相输出信号VOUT+和第二或反向输出信号VOUT-之间的差的信息，其中差分输出信号VOUT+，VOUT-包括对输入偏置电流IB+，IB-引起的误差电压的补偿。通用放大器电路20接收差分输出信号VOUT+，VOUT-。通用放大器电路20表示电路从放大器输入级100接收到输出。例如，通用放大器电路20可以是第二或额外的放大级、有源负载(如用于差分单端输出的电流镜)，接收差分输出信号VOUT+，VOUT-的负载等。
放大器电路100包括放大电路101，尾电流源电路102，电流缓冲电路103，电流镜电路104和局部放大器电路105。放大器电路100还包括第一电压源21，第二电压源22，第三电压源23，第四电压源24，第五电压源25，第一PNP电流缓冲晶体管12和第二PNP电流缓冲晶体管13。
放大电路101包括第一NPN输入晶体管1，第二NPN输入晶体管2，第一NPN共源共栅晶体管5和第二NPN共源共栅晶体管6。尾电流源电路102包括第一NPN尾电流晶体管3，第二NPN尾电流晶体管4和负反馈电阻19。电流缓冲电路103包括第三NPN电流缓冲晶体管7和第四NPN电流缓冲晶体管8。电流镜电路104包括第一PNP电流镜晶体管9，第二PNP电流镜晶体管10和第三PNP电流镜晶体管11。局部放大器电路105包括局部放大器40。
放大电路101被配置为接收差分输入信号VIN+，VIN-，并输出差分输出信号VOUT+，VOUT-，其包括输入偏置电流补偿。在实施例中，第一NPN输入晶体管1和第二NPN输入晶体管2被配置为放大器输入级100的差分发射极耦合对1，2。
第一NPN输入晶体管1包括基极，其被配置为接收非反相输入信号VIN+，和发射极，在配置为向第一和第二NPN输入晶体管1，2提供尾电流的节点处电连接到第三电压源23的第一端子和第一NPN尾电流晶体管3的集电极。第二NPN输入晶体管2包括基极，被配置为接收反相输入信号VIN-，和发射极，在配置为向第一和第二NPN输入晶体管1，2提供尾电流的节点处电连接到第三电压源23的第一端子和第一NPN尾电流晶体管3的集电极。
第一NPN输入晶体管1进一步包括电连接到第一NPN共源共栅晶体管5的发射极的集电极。第一NPN共源共栅晶体管5还包括基极，其电连接到第三电压源23的第二端子和第二NPN共源共栅晶体管6的基极，并且还包括集电极，其在被配置为产生反相输出信号VOUT-的节点处电连接到通用放大器电路20的第一端子。第二NPN共源共栅晶体管6还包括发射极，电连接到第二NPN输入晶体管2的集电极，并且集电极，其在被配置为产生非反相输出信号VOUT+的节点处电连接到通用放大器电路20的第二端子。在实施例中，第三电压源23可用于偏压第一和第二NPN共源共栅晶体管5，6的基极。在另一实施例中，第三电压源23将第一和第二NPN输入晶体管1，2与共模电压变化隔离开。
尾电流源电路102被配置为产生输入差分对1,2的期望尾电流。
尾电流源电路102的尾电流ITAIL是流入到第一和第二NPN输入晶体管1，2的任意一个中的电流(即ITAIL/2)的约两倍。对于通常电流增益(β)数量级约为100(例如30<β<500)的双极型晶体管，基极电流与集电极或发射极电流相比是小的，从而使集电极电流近似等于发射极电流。
输入偏置电流IIN+，IIN-是在没有补偿电流的情况下的输入晶体管1，2的基极电流，其为流动在第一和第二NPN输入晶体管1，2的集电极中的电流(1/β)。第一和第二NPN输入晶体管1，2的基极电流为(ITAIL/2)/β，尾电流源电路102中的第二NPN尾电流晶体管4的基极电流是在每个输入晶体管1，2中的基极电流之和或(ITAIL)/β。如果第一和第二NPN输入晶体管1，2和第二NPN尾电流晶体管4是具有大致相同的电流增益(β)值的相同类型的晶体管，则尾电流源电路102的基极电流大致是第一和第二NPN输入晶体管1，2的基极电流的两倍。
在实施例中，第一和第二NPN输入晶体管1，2和第二NPN尾电流晶体管4包括超-β(SB)晶体管，其例如具有典型的双极型晶体管电流增益的约50至约100倍的电流增益(β)。在另一实施例中，第一和第二NPN输入晶体管1，2和第二NPN尾电流晶体管4包括双极晶体管。在另一实施例中，第一和第二NPN输入晶体管1，2和第二NPN尾电流晶体管4包括相同类型的晶体管。
除以2之后，实施例镜像尾电流源电路102的基极电流返回到放大器电路100的输入端VIN+，VIN-，以提供对第一和第二NPN输入晶体管1，2的基极电流或补偿电流。因此，从放大器电路100的外部看去，不存在偏置输入电流IIN+，IIN-。
在第一NPN尾电流晶体管3的集电极处，尾电流源电路102提供尾电流ITAIL到差分输入晶体管对1，2。第一NPN尾电流晶体管3还包括电连接到第一电压源21的第一端子的基极。第一电压源21的第二端子电连接到第一电源电压VEE，其可以是例如接地或低电源。在实施例中，第一电压源21与第一NPN尾电流晶体管3将第二NPN尾电流晶体管4与输入共模电压的变化隔离开，即VIN+和VIN-连接在一起并增加或降低电压。第一NPN尾电流晶体管3还包括电连接到第二NPN尾电流晶体管4的集电极的发射极。第二NPN尾电流晶体管4还包括电连接到负反馈电阻19的第一端子的发射极，负反馈电阻器19的第二端子电连接到第一电源电压VEE。
本地放大电路105循环尾电流晶体管的基极电流。在实施例中，局部放大器电路105被配置为将尾电流源102的电流值调节为用户期望的那样。此外，局部放大器电路105提供对当前缓冲电路103中的第三NPN电流缓冲晶体管7的偏置。
例如，如果局部放大器电路105不提供到尾电流源电路102的反馈，并且被替换为将第三NPN电流缓冲晶体管7的基极耦合到第一电源电压VEE的DC电压源，则尾电流将是不受控制的并且依赖于第二NPN尾电流晶体管4的电流增益(β)。在这种情况下，偏置补偿将是不受控制的。
局部放大器40的正输入端被设置到所期望的电压，负输入端电连接到尾电流源电路102的负反馈电阻器19。局部放大器的输出端电连接到操作为共基极级的第三NPN电流缓冲晶体管7的基极，第三NPN电流缓冲晶体管7的发射极电连接到第二NPN尾电流晶体管4的基极。操作为共基极级的第三NPN电流缓冲晶体管7的发射极包括大约两倍的补偿电流。
局部放大器40包括负输入端，其电连接到形成在第二NPN尾电流晶体管4的发射极和负反馈电阻19的第一端子之间的节点，并且还包括正输入端，其电连接到第四电压源24的第一端子。第四电压源24的第二端子电连接到第一电源电压VEE。局部放大器40还包括输出端，其电连接到第三NPN电流缓冲晶体管7的基极。在实施例中，第四电压源24是负反馈电阻19两端的电压，并且由用户选择。在实施例中，它可以为低，使整个放大器的输入端更接近负电源电压VEE。例如，当电压是约50mV时，负反馈电阻19的值大约是50mV/ITAIL以提供所需的尾电流来实现输入电压噪声目标。
电流缓冲电路103被配置为接收和缓冲第三补偿电流，其大约是在第三NPN电流缓冲晶体管7的发射极处提供的第一和第二补偿电流的两倍(2ICOMP)。电流缓冲电路103被进一步配置为作为共基极级，这迫使所需的差分对1，2的尾电流通过尾电流源电路102。期望的尾电流包括每个输入晶体管1，2的期望发射极电流之和。因此，电流缓冲电路103提供到电流镜电路104的补偿电流包括大约两倍的对于第一和第二NPN输入晶体管1,2中的每一个的补偿电流。
第三NPN电流缓冲晶体管7还包括电连接到第二NPN尾电流晶体管4的基极的发射极，并且还包括电连接到第四NPN电流缓冲晶体管8的发射极的集电极。第四NPN电流缓冲晶体管8还包括电连接到第五电压源25的第一端子的基极，第五电压源25的第二端子电连接到第一电源电压VEE。第四NPN电流缓冲晶体管8还包括电连接到电流镜电路104的集电极。在实施例中，第五电压源25和第四电流缓冲晶体管8有助于防止补偿电流ICOMP取决于电源电压VCC，VEE。
电流镜电路104被配置为镜像从当前缓冲电路103接收到的大约两倍的补偿电流(2ICOMP)。电流镜104进一步配置为将镜像的补偿电流除以大约2。电流镜电路104包括三个晶体管9，10，11。在实施例中，每个第二和第三PNP电流镜晶体管10，11的面积是第一PNP电流镜晶体管9的面积的1/2。在另一个实施例中，第二和第三PNP电流镜晶体管10，11中的每一个的纵横比(宽度/长度)是第一PNP电流镜晶体管9的纵横比的约1/2。因此，在每个第二和第三PNP电流镜晶体管10，11中镜像的电流是从第一PNP电流镜晶体管9的电流的约一半，或者换句话说，约1/2(2ICOMP)。
第一PNP电流镜晶体管9被配置为二极管，其包括电连接到第一PNP电流镜晶体管9的集电极的基极，并且可以被称为电流镜二极管9。电流镜晶体管9的基极/集电极或电流镜二极管9的阴极进一步电连接到第四NPN电流缓冲晶体管8的集电极、第二PNP电流镜晶体管10的基极，以及第三PNP电流镜晶体管11的基极。各第一，第二和第三PNP电流镜晶体管9，10，11进一步包括电连接到第二电源电压VCC的发射极，VCC可以是例如高电源。第二PNP电流镜晶体管10还包括电连接到第一PNP电流缓冲晶体管12的发射极的集电极，第三PNP电流镜晶体管11还包括电连接到第二PNP电流缓冲晶体管13的发射极的集电极。第一电流镜晶体管9从电流缓冲电路103接收大约两倍的补偿电流(2ICOMP)。
第一和第二PNP电流缓冲晶体管12，13被配置为从电流镜电路104缓冲补偿电流分别返回到第一和第二NPN输入晶体管1，2。
第一PNP电流缓冲晶体管12还包括电连接至第二PNP电流缓冲晶体管13的基极和第二电压源22的第一端子的基极。第二电压源22的第二端子电连接到第二电源电压VCC。在实施例中，第二电压源22与第一和第二PNP电流缓冲晶体管12和13将第二和第三PNP电流镜晶体管10，11与共模输入隔离开。第一PNP电流缓冲晶体管12还包括在VIN+端子处电连接到第一NPN输入晶体管1的集电极，第二PNP电流缓冲晶体管13还包括在VIN-端子处电连接到第二NPN输入晶体管2的基极的集电极。
参照图1，
2ICOMP/VDEGEN＝[(Aβ7/RIN)/[1+(Aβ4β7RDEGEN/RIN)]≈1/β4RDEGEN|A→∞；因此
ICOMP＝VDEGEN/2β4RDEGEN
ITAIL/VDEGEN＝(AP4β7/RIN)/[1+(Aβ4β7RDEGEN/RIN)]≈1/RDEGEN|A→∞；因此
ITAIL＝VDEGEN/RDEGEN；
因此 2ICOMP＝ITAL/β4.
其中：
ICOMP是提供给每个输入晶体管1,2的补偿电流；
VDEGEN是负反馈电阻19两端的电压；
A是局部放大器40的增益；
β7是第三NPN电流缓冲晶体管7的电流增益；
RIN是从晶体管7的基极看进去的电阻；
β4是第二NPN电流晶体管4的电流增益；
RDEGEN是负反馈电阻19的电阻值；和
ITAIL是流过第二NPN电流晶体管4的尾电流。
虽然图1示出了本文中所描述的根据低噪声低功率输入偏置补偿方案的一种实施方式，但是本文的教导也适用于放大器的其它配置。例如，本文的教导也适用于包括各部件的不同配置和/或更多或更少的部件的放大器。此外，尽管图1在局部放大器的上下文中示出了偏置补偿电路，但是其他配置也是可能的。例如，本文的教导适用于局部放大器和互补电路配置和/或使用其它类型的晶体管配置的其他实施方式。
图2是示例性的放大器电路200的示意图。在实施例中，放大器电路200包括具有低功率低噪声输入偏置电流补偿的放大器输入级。放大器电路200被配置为接收差分输入信号VIN+，VIN-，其包括由输入偏置电流信号VIN+，VIN-引起的误差电压，并且被配置为生成差分输出信号VOUT+，VOUT-，其包括对于输入偏置电流信号的IIN+，IIN-的补偿。差分输入信号VIN+，VIN-可以传递作为第一或非反相输入信号VIN+和第二或反向输入信号VIN-之间的差的信息。此外，差分输入信号VIN+和VIN-可以包括由输入偏置电流IB+、IB-导致的误差电压。差分输出信号VOUT+，VOUT-可以传递作为第一或非反相输出信号VOUT+和第二或反向输出信号VOUT-之间的差的信息，其中差分输出信号VOUT+，VOUT-包括对输入偏置电流IB+，IB-引起的误差电压的补偿，如上文相对于图1所描述的。放大器电路200包括放大电路101，尾电流源电路102，电流缓冲电路103，电流镜电路104，第一电压源21，第二电压源22，第三电压源23，其可以参考前文。
放大器电路200还包括局部放大器电路205，第一电流源29，第二电流源30和第一二极管配置的晶体管18。本地放大电路205包括简单的放大器，其包括第一PNP放大器晶体管14，第二NPN放大器晶体管15，第三NPN放大器晶体管16和第四PNP放大器晶体管17。第四PNP放大器晶体管17可以是二极管配置的晶体管17。放大器晶体管14-17形成跨导线性环，并在其他实施例中，在局部放大器电路205中有多于或少于四个放大器晶体管——只要放大器晶体管的数目是偶数。在实施例中，第一PNP放大器晶体管14和第二NPN放大器晶体管15中的每一个的面积为第三NPN放大器晶体管16和第四PNP放大器晶体管17的中的每一个的面积的m倍。在另一实施例中，每个第一PNP放大器晶体管14和第二NPN放大器晶体管15的纵横比(宽度/长度)为第三NPN放大器晶体管16和第四PNP放大器晶体管17中的每一个的m倍。在一个实施例中m＝16。在其它实施例中，m<16。在进一步的实施例中，m>16。
第一PNP放大器晶体管14包括基极，其电连接到在第二NPN尾电流晶体管4的发射极和负反馈电阻器19的第一端子之间形成的节点。第一PNP放大器晶体管14还包括发射极，其电连接到第二NPN放大器晶体管15的发射极，以及还包括电连接到第一电源电压VEE的集电极。第二NPN放大器晶体管15包括集电极，其电连接到第二NPN放大器晶体管15的基极、第三NPN放大器晶体管16的基极和第一电流源29的第一端子。第三NPN放大器晶体管16包括发射极，其电连接到第四PNP放大器晶体管17的发射极。第三NPN放大器晶体管16还包括集电极，其电连接到第三NPN电流缓冲晶体管7的基极和第一二极管配置的晶体管18的发射极。第一二极管配置的晶体管18还包括集电极，其电连接到第一二极管配置的晶体管18的基极，第四NPN电流缓冲晶体管8的基极和第二电流源30的第一端子。第一和第二电流源29，30的第二端子电连接到第二电源电压VCC。第四PNP放大器晶体管17还包括基极，其电连接到第四PNP放大器晶体管17的集电极和第一电源电压VEE。
放大器晶体管14，15，16，17的面积或纵横比被用于确定通过尾电流源电路102的负反馈电阻器19的期望尾电流ITAIL。如上所指出的，对各第一PNP放大器晶体管14和第二NPN放大器晶体管15与各第三NPN放大器晶体管16和第四PNP放大器晶体管17的纵横比或晶体管面积中的至少一个的比为m。在实施例中，负反馈电阻19两端的电压通过查看由放大器晶体管14-17构成的跨导线性环并假设第一和第二电流源29，30大致相等来实现。负反馈电阻19两端的电压至少部分由放大器晶体管14-17的选定面积/纵横比来控制，并且由下式给出：
V＝2*(kT/q)*In(m),,其中
k＝玻尔兹曼常数；
T＝开氏温度；
q＝电子的电荷；
m＝放大器晶体管14,15与放大器晶体管16，17的面积和/或纵横比的比值；和
ln＝自然对数。
在图1中所示的实施例中，本地放大电路105在尾电流源电路102处调节期望的尾电流，并且通过使用在电压源24，25处设置的电压，通过电流缓冲电路103提供补偿电流到电流镜电路104。在图2中所示的实施例中，电压[2*(kT/q)*In(m)]类似于第四电压源24，因为每个电压是负反馈电阻19两端的电压。图1中的第四电压源24是离散电压源，而在图2中，电压源已经被集成到局部放大器电路205中。
在图2中，负反馈电阻19两端的电压[2*(kT/q)*In(m)],第二NPN尾电流晶体管4的基极-发射极电压，第三NPN电流缓冲晶体管7的基极-发射极电压和第一二极管配置的晶体管18的基极-发射极电压的总和类似于第五电压源25。
类似于上面相对于图1描述的，第四NPN电流缓冲晶体管8的集电极提供大约两倍的补偿电流(2ICOMP)到电流镜电路104。第二PNP电流镜晶体管10提供通过第一PNP电流缓冲晶体管12提供大约两倍的补偿电流的大约一半或表示为方程1/2(2ICOMP)到第一NPN晶体管输入1，第三PNP电流镜晶体管经由第二PNP电流缓冲晶体管13提供大约两倍的补偿电流的大约一半或表示为方程1/2(2ICOMP)到第二NPN输入晶体管2。因此，该电路200通过使用局部放大器电路205来产生补偿电流，通过循环尾电流源电路102的基极电流来补偿差分对晶体管1，2处的输入偏置电流。
上述实施例通过循环差分放大晶体管的尾电流来提供低功率低噪声输入偏置补偿。由于尾电流循环，与在不循环电流的情况下提供偏置补偿的电路中所使用的相比，在偏置电路中使用更低的功率提供输入偏置补偿。在其它实施例中，低功率低噪声偏置补偿是通过循环来自差分放大器中的其它位置的电流来提供的。在一个实施例中，类似于输入晶体管的共源共栅晶体管(一个或多个)被添加到放大器的第二级。这些附加的晶体管的基极电流被用于补偿输入偏置电流。
图1和图2示出了具有低功率低噪声输入偏置电流补偿的示例性放大器电路100，200。在其它实施例中，放大器电路100，200可以以各种方式修改。例如，放大器电路100，200可以利用互补结构，其可以使用相反极性类型的晶体管来实现，并且在电源中做相应的调整。但可以理解的是，参照NPN双极型晶体管描述的特征的任何组合都可以替代地或附加结合PNP双极型晶体管实现，并且类似地，与参照PNP双极型晶体管描述的特征的任何组合都可以替代地或附加地参考NPN双极型晶体管来实现。因此，所示的电路是为了说明的目的，而并非旨在限制实施例到特定的电路。
电压源21-25可以生成任何合适的电压电平。在一些配置中，可以使用电流源和二极管连接的晶体管来产生电压源21-25的电压中的每一个。此外，如本文所用的，电流源可以指电流源或电流沉。
上述的方法，系统和/或装置可以被实现在各种电子设备中。
电子设备的示例可以包括，但不限于，消费类电子产品，消费类电子产品的部件，电子测试设备等。消费类电子产品的部件的例子可以包括放大器，整流器，可编程滤波器，衰减器，可变频电路等。电子设备的例子还可以包括存储器芯片，存储器模块，光网络或其它通信网络的电路，以及磁盘驱动器电路。消费类电子产品可包括，但不限于，无线设备，移动电话(例如，智能电话)，蜂窝基站，电话，电视，计算机监视器，计算机，手持式计算机，平板电脑，个人数字助理(PDA)，微波炉，冰箱，音响系统，盒式录音机或播放器，DVD播放器，CD播放器，数字视频录像机(DVR)，VCR，MP3播放机，收音机，摄像机，照相机，数码相机，便携式存储器芯片，洗衣机，干燥机，洗衣机/干衣机，复印机，传真机，扫描仪，多功能外围装置，手腕手表，时钟等。此外，该电子设备可包括未完成的产品。
除非上下文清楚地要求，否则遍及说明书和权利要求书，词语“包括”，“包含”，“含有”，“具有”等将被解释为包括的意义，而不是排他或穷举的意义；也就是说“包括但不限于”的意思。通常所用的词语“耦合”或“连接”是指两个或更多元素可以直接连接或者通过多个中间元件连接。此外，词语“在本文中”、“以上”、“以下”以及类似含义的词语，在本申请中使用时，应指本申请的整体而非本申请的任何特定部分。如文义许可，使用单数或复数的详细说明的词语也可以分别包括复数或单数。引用两个或更多个项目的列表的词语“或”意在覆盖词语的如下解释中的全部：列表中的任何项目，列表中的所有项目，以及列表中的项目的任意组合。
此外，本文所使用的条件语言，除其他之外，如“可以”，“可能”，“也许”，“可能”，“例如”，“诸如”，“如”之类的，除非特别说明或在所用的上下文中理解的，通常旨在传达某些实施例包括，而其它实施例不包括某些特征，元件和/或状态。因此，这样的条件语言一般不意在暗示特征，元件和/或状态是以任何方式被一个或多个实施例所需要，或者一个或多个实施例一定包括用于判定的逻辑，有或没有作者输入或提示，无论这些特征，元件和/或状态被包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中被实现。
本文提供的本发明的教导可以应用于其它系统，而不一定是上述系统。上面描述的各种实施例的元素和动作可以被组合以提供进一步的实施例。
尽管本发明的某些实施例已被描述，但是这些实施例仅通过举例方式被给出，而不旨在限制本公开的范围。事实上，本文的新颖方法和系统可以体现在其他各种形式中。此外，以本文所描述的系统和方法的形式，可以做出各种省略，替代和改变而不背离本发明的精神。所附权利要求及其等同物旨在覆盖将落入本发明的范围和精神之内的这些形式或修改。因此，本发明的范围仅通过参考所附权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种放大器，包括：
输入电路，包括发射极耦合的差分晶体管对，被配置为在第一输入端处接收第一输入信号和第一补偿电流和在第二输入端处接收第二输入信号和第二补偿电流；
第一电流源晶体管，包括电耦合至发射极耦合的差分对晶体管的发射极的集电极和电连接到电阻器的第一端子的发射极；
局部放大器，包括第一输入端，其电连接到电阻器的第一端子，和第二输入端，其接收第一电压；
第一电流缓冲晶体管，包括电连接到局部放大器的输出端的基极，电连接到电流源晶体管的基极的发射极，以及被配置为提供第三补偿电流的集电极；和
电流镜，其被配置为接收第三补偿电流，并提供第一补偿电流与第二补偿电流。
2.如权利要求1的放大器，其中发射极耦合的差分晶体管对包括第一输入晶体管和第二输入晶体管，第一输入晶体管包括电连接到第二输入晶体管的发射极的发射极，和被配置为接收第一输入信号和第一补偿电流的基极，第二输入晶体管包括被配置为接收第二输入信号和第二补偿电流的基极。
3.如权利要求1的放大器，其中电流镜包括第一电流镜晶体管，其包括电连接到电流缓冲晶体管的集电极的集电极，第二电流镜晶体管，其包括被配置为提供补偿电流的至少一部分且电连接到第一输入晶体管的基极的集电极，以及第三电流镜晶体管，包括被配置为提供补偿电流的至少另一部分且电连接到第二输入晶体管的基极的集电极，第三电流镜晶体管还包括电连接到第二电流镜晶体管的基极和第一电流镜晶体管的基极的基极。
4.如权利要求1的放大器，其中第一输入晶体管的电流增益(β)，第二输入晶体管的电流增益和电流源晶体管的电流增益近似相同。
5.如权利要求4的放大器，其中第一输入晶体管，第二输入晶体管和电流源晶体管包括超-β晶体管。
6.如权利要求1的放大器，还包括第二电流缓冲晶体管，包括电连接到第一电流缓冲晶体管的集电极的发射极，电连接到第一电流镜晶体管的集电极的集电极和被配置为接收第二电压的基极。
7.如权利要求1的放大器，还包括第二电流源晶体管，其包括耦合到第一和第二输入晶体管的发射极的集电极，电耦合到第一电流源晶体管的集电极的发射极和被配置为接收第三电压的基极。
8.如权利要求1的放大器，还包括第一共源共栅晶体管和第二共源共栅晶体管，第一共源共栅晶体管包括电连接到第一输入晶体管的集电极的发射极，被配置为接收第四电压且电连接到第二共源共栅晶体管的基极的基极，以及被配置为提供包括输入偏置电流补偿的第一输出信号的集电极，第二共源共栅晶体管包括电连接到第二输入晶体管的集电极的发射极，以及被配置为提供包括输入偏置电流补偿的第二输出信号的集电极。
9.一种放大器，包括：
输入电路，包括发射极耦合的差分晶体管对，其被配置为在第一输入端处接收第一输入信号和第一补偿电流和在第二输入端处接收第二输入信号和第二补偿电流；
电流源，被配置为提供发射极耦合的差分晶体管对的尾电流，并且包括电流源晶体管和电阻器，电流源晶体管包括电连接到第一和第二输入晶体管的发射极的集电极和电连接到电阻器的第一端子的发射极；
局部放大器，包括第一放大器晶体管，第二放大器晶体管，第三放大器晶体管和第四放大器晶体管，第一放大器晶体管包括电连接到电阻器的第一端子的基极和电耦合到第二放大器晶体管的发射极的发射极，第二放大器晶体管包括电连接到第三放大器晶体管的基极和电流源的第一端子的集电极和基极，第四放大器晶体管包括电连接到第三放大器晶体管的发射极的发射极和被配置为接收电源电压且电连接到第四放大器晶体管的集电极的基极；
第一电流缓冲晶体管，包括电连接到第三放大器晶体管的集电极的基极和电连接到电流源晶体管的基极的发射极；和
电流镜，被配置为接收第三补偿电流，并提供第一补偿电流和第二补偿电流。
10.如权利要求9的放大器，其中发射极耦合的差分晶体管对包括第一输入晶体管和第二输入晶体管，第一输入晶体管包括电连接到第二输入晶体管的发射极的发射极和被配置为接收第一输入信号和第一补偿电流的基极，第二输入晶体管包括被配置为接收第二输入信号和第二补偿电流的基极。
11.如权利要求9的放大器，其中电流镜包括第一电流镜晶体管，其包括电连接到电流缓冲晶体管的集电极的集电极，第二电流镜晶体管，其包括被配置为提供补偿电流的至少一部分且电连接到第一输入晶体管的基极的集电极，以及第三电流镜晶体管，包括被配置为提供补偿电流的至少另一部分且电连接到第二输入晶体管的基极的集电极，第三电流镜晶体管还包括电连接到第二电流镜晶体管的基极和第一电流镜晶体管的基极和集电极的基极。
12.如权利要求9的放大器，其中第一输入晶体管，第二输入晶体管和电流源晶体管包括具有类似的电流增益(β)值的超-β晶体管。
13.如权利要求9的放大器，其中所述电阻器两端的电压至少部分地基于第一、第二、第三和第四放大器晶体管的面积比。
14.如权利要求9的放大器，其中所述电阻器两端的电压至少部分地基于第一、第二、第三和第四放大器晶体管的纵横比的比。
15.如权利要求9的放大器，还包括：
二极管配置的晶体管，包括被配置为接收来自第一电流源的电流且电连接到二极管配置的晶体管的基极的集电极，和电连接到第三放大器晶体管的集电极和第一电流缓冲晶体管的基极的发射极；和
第二电流缓冲晶体管，包括电连接到二极管配置的晶体管的基极的基极，电连接到第一电流缓冲晶体管的集电极的发射极，以及电连接到第一电流镜晶体管的集电极的集电极。
16.一种补偿放大器输入偏置电流的方法，该方法包括：
在放大器的发射极耦合的差分输入晶体管对的第一输入端接收第一补偿电流和在其第二输入端接收第二补偿电流；
从包括电流源晶体管和负反馈电阻的电流源提供发射极耦合的差分输入晶体管对的尾电流，电流源晶体管的集电极被配置用于提供所述尾电流；
通过将局部放大器的正输入端设定到一电压来调节通过负反馈电阻器的尾电流，将局部放大器的负输入端电连接到负反馈电阻器的第一端子和电流源晶体管的发射极之间形成的节点，以及将局部放大器的输出端电连接到电流源晶体管的基极，共基极晶体管的集电极被配置为提供第三补偿电流到电流镜；和
使用电流镜将第三补偿电流镜像为大约一半至发射极耦合的差分输入晶体管对的第一和第二输入端中的每一个，以提供第一和第二补偿电流。
17.如权利要求16的方法，其中所述电压包括通过负反馈电阻器的期望尾电流。
18.如权利要求16的方法，其中发射极耦合的差分输入晶体管对和电流源晶体管包括多个超-β晶体管，其具有近似相同的电流增益(β)值。
19.如权利要求16的方法，进一步包括偏置所述电流源。
20.如权利要求16的方法，其中补偿电流至少部分基于电流源晶体管的电流增益(β)。
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