放大器的输入级和相应的放大器 |
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| 申请号 | CN201580044853.8 | 申请日 | 2015-07-23 | 公开(公告)号 | CN106575948A | 公开(公告)日 | 2017-04-19 |
| 申请人 | 帝瓦雷公司; | 发明人 | 皮埃尔-埃马纽埃尔·卡莫; 亚历山大·胡夫努斯; | ||||
| 摘要 | 用于高线性、低失真率的高保真 放大器 (10)的输入级(16)包括：输入端(12)，其用于待转换的数字 信号 ； 电压 输出端(26)，其用于经转换的电压；数‑模转换器(20)，所述数‑模转换器的输入端形成用于待转换的 数字信号 的所述输入端(12)，所述数‑模转换器(20)可使用信号 端子 (24)；电压 电流 转换 电阻 器 (36)，所述 电阻器 设置在所述电压输出端(26)和参考电势之间；以及电流/电压转换器(22)，其具有电压输出端并且设置在所述信号端子(24)和所述电压输出端(26)之间。所述电流/电压转换器(22)包括晶体管(46)。所述晶体管(46)的源极仅连接到所述数/模转换器(20)的所述信号端子(24)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于放大器(10)的输入级(16)，包括： |
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| 说明书全文 | 放大器的输入级和相应的放大器技术领域[0001] 本发明涉及一种用于具有高线性、低失真率的高保真放大器的输入级，该输入级包括： [0006] -电流-电压转换器，其具有电压输出端，该电流-电压转换器被布置在信号端子和电压输出端之间，电流-电压转换器包括晶体管，以使得晶体管的栅极连接到一电压源，晶体管的漏极连接到一电流源，并且晶体管的源极连接到数-模转换器，该电流源生成直流电流。 背景技术[0007] 这样的输入级特别地应用于高线性的高保证放大器中。 [0008] 在该放大器中，通常在输入端处使用诸如德州仪器(Texas Instruments)的PCM 1792组件之类的数-模转换器(convertisseur numérique-analogique，CNA)。该数-模转换器具有电流输出，以使得对模拟信号的强度进行调制。 [0009] 严格来说，在位于下游的放大级在输入端处使用调制电压的情况下，应当在数-模转换器和放大级之间放置电流-电压转换器。 [0010] 由于能够达到极低的谐波失真率，具有电流输出的数-模转换器特别受到关注。难点在于，通过电流-电压转换级来使用该数-模转换器的特性，其中该电流-电压转换级对于数-模转换器的性能没有影响。 [0011] 该数-模转换器中能够包含的电流源连接到一个或多个输出端，该一个或多个输出端连接到虚拟接地、又或者连接在接地和连接到虚拟接地上的一个或多个输出端之间。这样的连接通常通过运算放大器电路来实现。 [0012] 虚拟接地是固定电势。 [0013] 以此方式，数-模转换器的全部晶体管以恒定电流和恒定电压工作，因而最优地，与输出信号的调制无关。 [0014] 为了保持该无失真，在与运算放大器电路不同的实施方式中，置于下游的电流-电压转换器还可以包括基于MOSFET晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors，金属氧化物半导体场效应晶体管)的“共栅极”的特定级，或者基于双极型晶体管的“共基极”的特定级。这些具有共栅极或共基极的级工作在开环下。 [0015] 文献WO 2011/107671中描述了包括具有共基极或共栅极的晶体管(更普遍地称为“共源共栅”晶体管)的此类型的电路。在该文献中，具有共基极或共栅极的级的晶体管在其源极处连接到电流源。 [0016] 电流源中的至少一个能够施加偏置电流(courant de polarisation)。其它电流源特别地能够从数-模转换器抵消掉直流分量，以使得电流-电压转换器仅将来自数-模转换器的可变分量转换为电压。 [0017] 共源共栅(cascode)级使得可以保证当电流-电压转换器的电压输出端处的电压变化、甚至当该电压变化数十伏时，电流源在其端子处不具有电压变化。 [0018] 进一步地，该共源共栅级在数-模转换器的电流输出端处施加恒定电势，而与电流-电压转换器的电压输出端处的电压无关。 [0019] 因而，当来自数-模转换器的电流被电阻器转换为电压时，该电流中包含的信息的质量得到保留。 [0020] 然而，这些电流源特别地在大电流消耗的源头以及在输入级发热的源头。 发明内容[0021] 本发明的一个目的在于提出一种使得输入级的发热最小化的解决方案。 [0022] 为此，本发明的目的在于一种前述类型的用于具有高线性和低失真率的高保真放大器的输入级，其中，晶体管的源极仅连接到数-模转换器的信号端子。 [0023] 根据特定实施例，转换器包括以下特征中的一个或多个： [0024] -数-模转换器能够生成包括直流分量和固定分量(composante fixe)的电流，并且电流源能够提供与数-模转换器生成的电流的直流分量相等的电流； [0025] -数-模转换器用于吸收电流； [0026] -输入级被实现在集成电路上。 [0028] 通过阅读以下参照附图并仅以示例形式给出的说明将更好地理解本发明。在附图中： [0029] 图1为根据本发明的包括输入级的高保真放大器的示意图； [0030] 图2为图1中放大器的根据本发明的输入级的电气图。 具体实施方式[0031] 图1中示意性示出的放大器10包括高保真放大器，该高保真放大器能够在输入端12处接收数字信号并且在输出端14处产生经放大的模拟信号。 [0032] 众所周知，放大器10包括输入级16和放大级18。输入级16确保将数字输入信号转换为在电压中调制的模拟输出信号。放大级18确保为置于下游的负载(即一个或多个扬声器)提供足够的功率。较优地，放大级18为A类放大级。 [0033] 输入级16包括数-模转换器20，数-模转换器20的输入端连接到放大器的输入端12以用于接收数字信号I数字。该数-模转换器能够提供电流调制模拟信号I调制。该数-模转换器例如为德州仪器的PCM 1792。 [0034] 电流I调制包括可变分量和固定分量。 [0035] 根据本发明，数-模转换器20的输出端连接到电流-电压转换器22。 [0036] 该电流-电压转换器22能够根据由数-模转换器20产生的调制电流I调制来提供具有电压增益的调制电压V调制。 [0037] 众所周知，电流-电压转换器22的输出端连接到放大级18的输入端。 [0038] 图2示出了图1的放大器的输入级16。 [0039] 在该附图2中，数-模转换器20的输入端连接到放大器10的输入端12并且具有用于生成电流I调制的信号端子24。电流I调制包括直流分量和固定分量。数-模转换器20还连接到接地。 [0040] 电流-电压转换器22连接到数-模转换器20的信号端子24并且具有电压输出端26。电压输出端26能够直接连接到放大级18。 [0041] 在图2中将数-模转换器20简要表示为两个电流源28和30。更具体地，第一电流源28能够在数-模转换器20的输出端处生成电流I调制的直流分量。第二电流源30能够在数-模转换器20的输出端处生成电流I调制的可变分量。 [0042] 在图2中，数-模转换器20用于吸收电流并且形成电流吸收器，通常被认为是“吸收器(sink)”。“吸收电流”指的是数-模转换器20的信号端子24处的电流I调制被吸收，即如果图2中示出电流I调制的箭头所示的电流的常规方向被指向晶体管46而不是指向数-模转换器 20，则电流I调制始终为负的。 [0043] 数-模转换器20例如为亚德诺半导体(Analog Devices)的AD 1955转换器。 [0044] 电流-电压转换器22包括转换电阻器36。转换电阻器36的一个端子连接到电压输出端26，并且转换电阻器36的另一端子连接至参考电势。 [0045] 电阻器36能够将数-模转换器20的输出端处的电流I调制转换为电压V调制。 [0046] 电流-电压转换器22还包括至少一个晶体管46。该晶体管46的源极连接到数-模转换器22。在图2中仅示出了一个晶体管46。然而，电流-电压转换器22可以包括多个晶体管46。 [0047] 晶体管46形成形成为输入级16的共栅级或共基级、或者共源共栅级。 [0048] 晶体管46例如是MOSFET晶体管。 [0049] 电流-电压转换器22还包括电压源42。电压源42连接到图2中的晶体管46的栅极。 [0050] 电流-电压转换器22还包括连接到晶体管46的漏极上的第三电流源50。 [0051] 第三电流源50能够生成输入级16的电路中的直流偏置电流。 [0052] 正如在图2中所见，电流-电压转换器22包括单个电流源50，并且晶体管46的源极直接仅仅连接到数-模转换器20的电流输出端。特别地，在晶体管46和数-模转换器20之间没有连接电流源。 [0053] 电流源50使得由电流源50生成的电流等于由数-模转换器20的电流源28生成的电流，因而等于电流I调制的直流分量，从而在晶体管46中具有非零电流，而与数字输入信号的值无关。实际上，电流I调制的可变分量的绝对值总是小于电流I调制的直流分量，以使得电流I调制的值总是具有相同的符号。 [0054] 例如，如果电流I调制的直流分量等于3mA并且该电流I调制的可变分量为2mA，则电流源50生成的电流被固定为3mA。 [0055] 数-模转换器20和电流-电压转换器22被实现在同一个集成电路上。该集成电路包括例如基于硅的半导体衬底。集成电路例如是ASIC(Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路)类型的。 [0056] 因此，放大器的该输入级16使得可以通过利用数-模转换器20的特性来减少电流-电压转换器22的电流源的数量。 [0057] 因此，该电路包括更少的组件，并且因而以更加紧凑的形式制作在集成电路上，且因而更加便宜。 |
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