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技術 電力効率のよい相互コンダクタンスアンプ装置及びシステム

出願人 日本テキサス・インスツルメンツ合同会社テキサスインスツルメンツインコーポレイテッド
発明者 チャールズパークハースト
出願日 2017年7月31日 (3年3ヶ月経過) 出願番号 2017-147379
公開日 2017年12月7日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-216729
状態 特許登録済
技術分野 DC‐DCコンバータ 増幅器一般
主要キーワード 電流注入回路 スイッチングロジック 例示実施 制御バイアス電圧 マルチプロセッサモジュール バイアス配置 サブ構成要素 バイアス要素
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

段間寄生静電容量に関連する周波数依存性緩和させる回路を含む2段ダイナミック電流源を提供する。

解決手段

ダイナミック電流源200が、差動入力信号140、142を受け取るようにロングテールペアとして配置される、正側205、217及び負側208、218の差動入力相互コンダクタンスデバイスを有する。正側位相依存電流源200が、差動入力信号がもはやダイナミック電流源の正側をアクティブにしない位相期間の間正側出力信号回復用の電流を提供するように、正側差動入力相互コンダクタンスデバイス205の出力263に通信可能に結合される。負側位相依存電流源200が、差動入力信号がもはやダイナミック電流源の負側をアクティブにしない位相期間の間負側出力信号回復用の電流を提供するように、負側差動入力相互コンダクタンスデバイス208の出力272に通信可能に結合される。

概要

背景

リニアアンプは、例えば、オーディオビデオ、及び電力供給を含めて様々な応用例で用いられる。アンプ入力信号と対応する出力信号との間にリニアリティがあれば、アンプ入力に提示されるアナログ情報忠実再生が可能になる。リニアリティ及びアンプの品質に関連する主要な数値スルーレートであり、これはボルト毎秒ミリボルトマイクロ秒など)で表現されることが多い。スルーレートは、アンプ内の特定の点における情報信号の変化の最大レート測定値である。スルーレートが低いと出力が歪むことがあり、これは、情報信号の高速に変化する部分が信号の他の部分に対して時間的に遅延するからである。

アンプのスルーレートが特に重要であり得る応用例の一つは、スイッチングDC−DC電圧コンバータ出力電圧レギュレートする応用例である。スイッチングDCダウンコンバータ当技術分野では「バックコンバータとして知られる)が、コンバータDCサプライ入力とエネルギー変換インダクタの間の回路経路の接続、切断を交互に行う。オン状態の間、インダクタは電流がインダクタを流れるときの磁場のエネルギー蓄積する。オフ状態の間、急速に減衰する磁場がコンバータ出力において電流を生成する。そのため、インダクタは、スイッチングされた波形を積分して、アクティブ状態にスイッチングされた波形のデューティサイクルに比例する出力電圧波形を生成する。典型的には、フィルタコンデンサを用いてコンバータ出力における電圧波形平滑化する。

負荷電流要求が変化してもDC−DCコンバータの出力における電圧設定点を維持するために、出力電圧レベルモニタリングされ得、スイッチングデューティサイクルを制御する回路フィードバックされ得る。DC−DCコンバータフィードバック回路のスルーレートは、厳密な電圧レギュレーションが必要とされる応用例において特に重要となり得る。例えば、最近のプロセッサは、典型的には、数億個のトランジスタを用いる。各トランジスタのオン/オフ状態は、DC電源に提示される全体的な瞬時電流負荷に寄与する。瞬時電流負荷は極めて大きいことがあり、実質的に数マイクロ秒以内で変化し得る。そして、昨今のマイクロプロセッサ技術に関連する低電圧動作により、小さな電源電圧変動でもプロセッサの動作電圧マージンのかなりの割合を占め得る場合には、DC電源レギュレーション要件に対するさらなる難題が生じ得る。

DC−DCコンバータにおける出力電圧制御フィードバックループに関連する構成要素のスルーレートは、コンバータのレギュレーション精度を制限することがある。誤差アンプ差動入力印加される信号は、典型的には、基準電圧と、コンバータ出力の電圧分割サンプルを含む。フィードバック誤差信号が、誤差アンプの出力に現れる。誤差アンプの中には、「ダイナミックバイアス電流回路を用い、可変電流源の形で誤差信号を提供するものがある。出力電流源の大きさは、基準電圧と、誤差アンプの差動入力に現れるコンバータ出力サンプル電圧との差の大きさに比例する。

概要

段間寄生静電容量に関連する周波数依存性緩和させる回路を含む2段ダイナミック電流源を提供する。ダイナミック電流源200が、差動入力信号140、142を受け取るようにロングテールペアとして配置される、正側205、217及び負側208、218の差動入力相互コンダクタンスデバイスを有する。正側位相依存電流源200が、差動入力信号がもはやダイナミック電流源の正側をアクティブにしない位相期間の間正側出力信号回復用の電流を提供するように、正側差動入力相互コンダクタンスデバイス205の出力263に通信可能に結合される。負側位相依存電流源200が、差動入力信号がもはやダイナミック電流源の負側をアクティブにしない位相期間の間負側出力信号回復用の電流を提供するように、負側差動入力相互コンダクタンスデバイス208の出力272に通信可能に結合される。

目的

誤差アンプの中には、「ダイナミックバイアス」電流回路を用い、可変電流源の形で誤差信号を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

ダイナミック電流源であって、差動入力信号を受け取るようにロングテールペアとして配置される、正側及び負側差動入力相互コンダクタンスデバイス、前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の正側をアクティブにしない位相期間の間正側出力信号回復用の電流を提供するように前記正側差動入力相互コンダクタンスデバイスの出力に通信可能に結合される正側位相依存電流源、及び前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の負側をアクティブにしない位相期間の間負側出力信号回復用の電流を提供するように前記負側差動入力相互コンダクタンスデバイスの出力に通信可能に結合される負側位相依存電流源、を含む、ダイナミック電流源。

請求項2

請求項1に記載のダイナミック電流源であって、前記正側位相依存電流源及び前記負側位相依存電流源が各々電流ミラーとして構成される、ダイナミック電流源。

請求項3

請求項2に記載のダイナミック電流源であって、前記正側差動入力相互コンダクタンスデバイスの前記出力にチャネル結合される前記正側電流ミラーに関連する出力相コンダクタンスデバイス、及び前記負側差動入力相互コンダクタンスデバイスの前記出力にチャネル結合される前記負側電流ミラーに関連する出力相互コンダクタンスデバイス、をさらに含む、ダイナミック電流源。

請求項4

請求項2に記載のダイナミック電流源であって、前記正側の電流ミラーに関連する入力相互コンダクタンスデバイスに通信可能に結合される正側回復相互コンダクタンスデバイス、及び前記負側電流ミラーに関連する入力相互コンダクタンスデバイスに通信可能に結合される負側回復相互コンダクタンスデバイスをさらに含み、前記正側回復相互コンダクタンスデバイスの入力要素が、前記負側差動入力相互コンダクタンスデバイスの入力要素に結合され、前記負側回復相互コンダクタンスデバイスの入力要素が、前記正側差動入力相互コンダクタンスデバイスの入力要素に結合される、ダイナミック電流源。

請求項5

請求項4に記載のダイナミック電流源であって、前記正側回復相互コンダクタンスデバイスの電流チャネル直列に結合される、前記正側電流ミラーに関連する前記入力相互コンダクタンスデバイスの電流チャネル、及び前記負側回復相互コンダクタンスデバイスの電流チャネルに直列に結合される、前記負側電流ミラーに関連する前記入力相互コンダクタンスデバイスの電流チャネル、をさらに含む、ダイナミック電流源。

請求項6

請求項5に記載のダイナミック電流源であって、前記差動入力相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネル、前記電流ミラー入力相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネル、又は前記回復相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネルの少なくとも1つが、金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFET)のソースドレインチャネルとして構成され、前記差動入力相互コンダクタンスデバイスに関連する入力要素又は前記回復相互コンダクタンスデバイスに関連する入力要素の少なくとも1つが、MOSFETゲートとして構成される、ダイナミック電流源。

請求項7

請求項1に記載のダイナミック電流源であって、前記差動入力信号に比例する電流を供給するようにロングテールペアとして配置される相互コンダクタンスデバイスの出力ペア、をさらに含み、相互コンダクタンスデバイスの前記出力ペアの各々の入力が、対応する差動入力相互コンダクタンスデバイスの出力に通信可能に結合される、ダイナミック電流源。

請求項8

請求項1に記載のダイナミック電流源であって、差動入力相互コンダクタンスデバイスの前記ペアバイアス電流を提供するように差動入力相互コンダクタンスデバイスの前記ペアに通信可能に結合されるマスター電流ミラー、及び前記マスター電流ミラーにルート電流を提供するように前記マスター電流ミラーに結合されるマスター電流源、をさらに含む、ダイナミック電流源。

請求項9

ダイナミック電流源であって、正側出力相互コンダクタンスデバイス及び負側出力相互コンダクタンスデバイス、前記正側出力相互コンダクタンスデバイスに関連する正側入力ノードに結合される正側バイアス回路、及び前記負側出力相互コンダクタンスデバイスに関連する負側入力ノードに結合される負側バイアス回路、を含み、前記出力相互コンダクタンスデバイスが、差動入力に現れる差動信号に比例する量の電流を前記ダイナミック電流源に供給するように、ロングテールペアとして配置され、前記正側バイアス回路が、前記正側入力ノードに現れる正側駆動信号を位相遅延させるように、及び前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の正側をアクティブにしないとき寄生静電容量によって前記正側入力ノードで保持される残余信号強制的に静止状態にするために前記位相遅延された正側駆動信号に比例する回復電流を前記正側入力ノードに注入するように構成され、前記負側バイアス回路が、前記負側入力ノードに現れる負側駆動信号を位相遅延させるように、及び前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の負側をアクティブにしないとき寄生静電容量によって前記負側入力ノードで保持される残余信号を強制的に静止状態にするために前記位相遅延された負側駆動信号に比例する回復電流を前記負側入力ノードに注入するように構成される、ダイナミック電流源。

請求項10

請求項9に記載のダイナミック電流源であって、前記正側バイアス回路又は前記負側バイアス回路の少なくとも一方がさらに、対応する入力ノードと接地される負のフィードバック抵抗との間でチャネル結合される第1のバイアス相互コンダクタンスデバイス、接地される前記フィードバック抵抗に直列に、及び、第3及び第4のバイアス相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネルにチャネル結合される第2のバイアス相互コンダクタンスデバイス、及び信号回復電流ミラーの出力側を形成するように、及び、前記対応する入力ノードに前記回復電流を注入するように前記第4のバイアス相互コンダクタンスデバイスに結合される第5のバイアス相互コンダクタンスデバイス、を含み、前記第1のバイアス相互コンダクタンスデバイスを介して、及び前記フィードバック抵抗を介して流れる電流が、対応する出力相互コンダクタンスデバイスが駆動されて導通すると減少し、その結果、前記フィードバック抵抗の両端間電圧降下が減少し、前記第2のバイアス相互コンダクタンスデバイスが、前記フィードバック抵抗の両端間の電圧降下の前記減少による前記第2のバイアス相互コンダクタンスデバイスにおける制御バイアス電圧の増加に応答して、前記第2、第3、及び、第4のバイアス相互コンダクタンスデバイスを介して流れるチャネル電流を増加させる、ダイナミック電流源。

請求項11

請求項10に記載のダイナミック電流源であって、前記正側バイアス回路又は前記負側バイアス回路の少なくとも一方がさらに、マスターバイアス相互コンダクタンスデバイスと前記第2のバイアス相互コンダクタンスデバイスとを含む第1の静止バイアス電流ミラー、及び前記第1及び第3のバイアス相互コンダクタンスデバイスを含む第2の静止バイアス電流ミラー、を含み、前記第3のバイアス相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネルが前記第2のバイアス相互コンダクタンスデバイスの電流チャネルに直列であり、前記第1のバイアス相互コンダクタンスデバイスが、第1の電圧レールから前記対応する入力ノードにバイアスを提供するように、前記対応する出力相互コンダクタンスデバイスの入力に結合される、ダイナミック電流源。

請求項12

請求項11に記載のダイナミック電流源であって、前記対応する入力ノードにおけるバイアスレベルを制御するように前記マスターバイアス相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネルに直列に配置される電流源、をさらに含む、ダイナミック電流源。

請求項13

請求項11に記載のダイナミック電流源であって、前記正側バイアス回路又は前記負側バイアス回路の少なくとも一方がさらに、前記第4及び第5のバイアス相互コンダクタンスデバイスを含む第3の静止バイアス電流ミラー、を含み、前記第4のバイアス相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネルが、前記第3のバイアス相互コンダクタンスデバイスに関連する前記電流チャネルに直列に構成され、前記第5のバイアス相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネルが、第2の電圧レールから前記対応する出力相互コンダクタンスデバイスに入力バイアス電圧を提供するように前記対応する入力ノードに結合される、ダイナミック電流源。

請求項14

請求項13に記載のダイナミック電流源であって、前記第3、第4、及び第5のバイアス相互コンダクタンスデバイスに関連する前記電流チャネルが、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)のソース−ドレインチャネルとして構成され、相互コンダクタンスデバイスの前記出力ペアの少なくとも一方に関連する入力要素がMOSFETゲートとして構成される、ダイナミック電流源。

請求項15

請求項8に記載のダイナミック電流源であって、前記差動入力信号を受け取るようにロングテールペアとして配置される差動入力相互コンダクタンスデバイスのペアをさらに含む、ダイナミック電流源。

請求項16

電力制御システムであって、ダイナミック電流源に関連し、差動入力信号を受け取るようにロングテールペアとして配置される、正側及び負側差動入力相互コンダクタンスデバイス、前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の正側をアクティブにしない位相期間の間正側出力信号回復用の電流を提供するように前記正側差動入力相互コンダクタンスデバイスの出力に通信可能に結合される正側位相依存電流源、前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の負側をアクティブにしない位相期間の間負側出力信号回復用の電流を提供するように前記負側差動入力相互コンダクタンスデバイスの出力に通信可能に結合される負側位相依存電流源、正側出力相互コンダクタンスデバイス及び負側出力相互コンダクタンスデバイス、前記正側出力相互コンダクタンスデバイスに対応する正側入力ノードに結合される正側バイアス回路、及び前記負側出力相互コンダクタンスデバイスに関連する負側入力ノードに結合される負側バイアス回路、を含み、前記出力相互コンダクタンスデバイスが、前記差動入力信号に比例する量の電流を前記ダイナミック電流源から調達するようにロングテールペアとして配置され、前記正側バイアス回路が、前記正側入力ノードに現れる正側駆動信号を位相遅延させるように、及び、前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の正側をアクティブにしないとき寄生静電容量によって前記正側入力ノードで保持される残余信号を強制的に静止状態にするために前記位相遅延された正側駆動信号に比例する回復電流を前記正側入力ノードに注入するように構成され、前記負側バイアス回路が、前記負側入力ノードに現れる負側駆動信号を位相遅延させるように、及び、前記差動入力信号がもはや前記ダイナミック電流源の負側をアクティブにしないとき寄生静電容量によって前記負側入力ノードで保持される残余信号を強制的に静止状態にするために前記位相遅延された負側駆動信号に比例する回復電流を前記負側入力ノードに注入するように構成される、電力制御システム。

請求項17

請求項16に記載の電力制御システムであって、2段ダイナミックバイアス電流源として構成される、電力制御システム。

請求項18

請求項16に記載の電力制御システムであって、前記差動入力信号に比例する量のダイナミックバイアス電流を受け取るように、相互コンダクタンスデバイスの前記入力ペアに、及び相互コンダクタンスデバイスの前記出力ペアに通信可能に結合される差動アンプ、をさらに含む、電力制御システム。

請求項19

請求項18に記載の電力制御システムであって、前記差動アンプが、電源内の電圧レギュレーションフィードバック要素として構成される、電力制御システム。

請求項20

請求項19に記載の電力制御システムであって、前記電源がDC−DCコンバータとして構成される、電力制御システム。

技術分野

0001

本明細書で説明する実施形態は、ダイナミック電流源に関連する構造及び方法を含めて、電子回路に関連する装置及び方法に関する。

背景技術

0002

リニアアンプは、例えば、オーディオビデオ、及び電力供給を含めて様々な応用例で用いられる。アンプ入力信号と対応する出力信号との間にリニアリティがあれば、アンプ入力に提示されるアナログ情報忠実再生が可能になる。リニアリティ及びアンプの品質に関連する主要な数値スルーレートであり、これはボルト毎秒ミリボルトマイクロ秒など)で表現されることが多い。スルーレートは、アンプ内の特定の点における情報信号の変化の最大レート測定値である。スルーレートが低いと出力が歪むことがあり、これは、情報信号の高速に変化する部分が信号の他の部分に対して時間的に遅延するからである。

0003

アンプのスルーレートが特に重要であり得る応用例の一つは、スイッチングDC−DC電圧コンバータ出力電圧レギュレートする応用例である。スイッチングDCダウンコンバータ当技術分野では「バックコンバータとして知られる)が、コンバータDCサプライ入力とエネルギー変換インダクタの間の回路経路の接続、切断を交互に行う。オン状態の間、インダクタは電流がインダクタを流れるときの磁場のエネルギー蓄積する。オフ状態の間、急速に減衰する磁場がコンバータ出力において電流を生成する。そのため、インダクタは、スイッチングされた波形を積分して、アクティブ状態にスイッチングされた波形のデューティサイクルに比例する出力電圧波形を生成する。典型的には、フィルタコンデンサを用いてコンバータ出力における電圧波形平滑化する。

0004

負荷電流要求が変化してもDC−DCコンバータの出力における電圧設定点を維持するために、出力電圧レベルモニタリングされ得、スイッチングデューティサイクルを制御する回路フィードバックされ得る。DC−DCコンバータフィードバック回路のスルーレートは、厳密な電圧レギュレーションが必要とされる応用例において特に重要となり得る。例えば、最近のプロセッサは、典型的には、数億個のトランジスタを用いる。各トランジスタのオン/オフ状態は、DC電源に提示される全体的な瞬時電流負荷に寄与する。瞬時電流負荷は極めて大きいことがあり、実質的に数マイクロ秒以内で変化し得る。そして、昨今のマイクロプロセッサ技術に関連する低電圧動作により、小さな電源電圧変動でもプロセッサの動作電圧マージンのかなりの割合を占め得る場合には、DC電源レギュレーション要件に対するさらなる難題が生じ得る。

0005

DC−DCコンバータにおける出力電圧制御フィードバックループに関連する構成要素のスルーレートは、コンバータのレギュレーション精度を制限することがある。誤差アンプ差動入力印加される信号は、典型的には、基準電圧と、コンバータ出力の電圧分割サンプルを含む。フィードバック誤差信号が、誤差アンプの出力に現れる。誤差アンプの中には、「ダイナミックバイアス電流回路を用い、可変電流源の形で誤差信号を提供するものがある。出力電流源の大きさは、基準電圧と、誤差アンプの差動入力に現れるコンバータ出力サンプル電圧との差の大きさに比例する。

0006

本明細書における実施形態及び方法は、AB級モードで動作する2段電圧制御電流源(すなわち、ダイナミック電流源)として動作する。差動入力信号が、相互コンダクタンスデバイスの第1段ペアの入力に印加される。この入力信号の2次複製が、差動入力信号が正の場合一方の第一段相互コンダクタンスデバイスの出力において生成され、差動入力信号が負の場合他方の第一段相互コンダクタンスデバイスの出力において生成される。この2次信号は、対応する第2段相互コンダクタンスデバイスの入力に提示される。この2次入力信号は、電流源としての第2段相互コンダクタンスデバイスの出力において比例して複製される。本明細書における実施形態では、位相遅延電流注入回路を用いて、AB級ダイナミック電流源のアクティブ側に関連する段間寄生静電容量を、この側がイナクティブになった後すぐに迅速に再充電する。これにより、そうでない場合にはゆっくりと減衰する残余駆動信号が迅速に消失される。この電流注入を行わないと、残余駆動信号が、出力段に、電流源の関連する側がイナクティブになった後も導通させ続けることがある。このような挙動により、電流消費が増加し、特により高周波数での動作の間、出力段の有害な動作を生じさせ得る。

0007

本明細書において用いるように、「相互コンダクタンスデバイス」という用語は、電子回路内で用いられるデバイスであって、そのデバイスに入力される電圧の関数として電流を制御するためのデバイスを意味する。このように、相互コンダクタンスデバイスは、ゲートソース、及びドレイン端子を備えた金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFET)、並びにベースコレクタ、及びエミッタ端子を備えたバイポーラ接合トランジスタなどの半導体デバイスを含み得る。相互コンダクタンスデバイスは、真空管デバイス、有機トランジスタ、及びその他の技術においても具現化され得る。本明細書において相互コンダクタンスデバイスとともに用いる「電流チャネル」という用語は、デバイスを通る経路であって、そのデバイスによって制御される電流が流れる経路(例えば、MOSFETではソースとドレインの間の経路、バイポーラ接合トランジスタベースではコレクタとエミッタの間の経路など)を意味する。「チャネル結合」という用語は、相互コンダクタンスデバイスに関連する電流チャネルが別のデバイスに結合されることを意味する。「入力要素」という用語は、MOSFETのゲート、バイポーラ接合トランジスタのベース、真空管のグリッドなどを意味する。

図面の簡単な説明

0008

様々な例示実施形態に従った差動入力リニアアンプ用のダイナミックバイアス源としての2段電圧制御電流源の例示の応用例を示す。

0009

様々な例示実施形態に従った2段ダイナミック電流源の概略図である。

0010

図2のダイナミック電流源によって供給される電流に関連する周波数依存性を示すグラフである。

0011

様々な例示実施形態に従った段間寄生静電容量に関連する周波数依存性を緩和させる回路を含む2段ダイナミック電流源の概略図である。

0012

様々な例示実施形態に従った段間寄生静電容量に関連する周波数依存性を緩和させる回路を含む2段ダイナミック電流源の概略図である。

0013

様々な例示実施形態に従ったダイナミック電流源605を含む電力制御システム600の概略図である。

0014

様々な例示実施形態に従った2段ダイナミック電流源における段間寄生静電容量を低減させる様々な方法の相対的な効力を示す一連のグラフである。

実施例

0015

図1は、様々な例示実施形態に従った差動入力リニアアンプ100用のダイナミックバイアスの供給源としての2段電圧制御電流源135の例示的応用例を示す。これらの開示の文脈における「リニアアンプ」という用語は、例えば、様々な回路におけるフィードバック機構の構成要素として用いられるオペアンプなどの、オペレーショナルアンプ(「オペアンプ」)を含む。

0016

差動信号が、それぞれ、MOSFET110及び115に対応する正及び負の入力104及び106に印加され得る。この入力信号を線形増幅した複製が、リニアアンプ100のシングルエンドの出力120に現れる。しかし、出力120におけるスルーレートが、補償コンデンサ125に関連する負荷効果により悪化することがあり、これを是正すべきである。より端的に言えば、この出力回路は補償コンデンサ125を充電するための電流源を必要とし、アンプのスルーレートは補償コンデンサ125が充電され得る速さの関数である。ダイナミック電流源135は、下記のように、補償コンデンサ125を充電するために必要に応じて電流を提供する。差動入力信号は、差動入力140及び142においてダイナミック電流源135で受け取られる。出力電流145が、このアンプを介して一連の電流ミラーによって搬送され、差動入力信号の極性に応じて補償コンデンサ125を充電又は放電するように導かれる。電流源150は、ダイナミック電流源135内の様々なノード分配されるルート電流源であり、後にさらに説明される。

0017

図2は、様々な例示実施形態に従った2段ダイナミック電流源200の概略図である。ダイナミック電流源200は、ロングテールペアとして配置される相互コンダクタンスデバイス205及び208を含む第1の増幅段215を含む。ロングテールペアとして配置される相互コンダクタンスデバイス217及び218を含む第2の増幅段220が、第1の増幅段215に通信可能に結合される。本明細書において用いられるように、「ロングテールペア」という用語は、共通電流チャネルノードとともに配置され、AB級モードで動作する相互コンダクタンスデバイスのペアを意味する。

0018

差動入力電圧が、差動入力端子140及び142において電流源200に提示される。この入力電圧共通ノード219に対して正の場合、この入力電圧は、相互コンダクタンスデバイス205及び217を導通させる。相互コンダクタンスデバイス205及び217を通る増幅経路は、本明細書では電流源200の「正側」と称する。この入力電圧が相互コンダクタンスデバイス205及び208に共通のノードに対して負の場合、この入力電圧は、相互コンダクタンスデバイス208及び218を導通させる。相互コンダクタンスデバイス208及び218を通る増幅経路は、本明細書では電流源200の「負側」と称する。そのため、第2段相互コンダクタンスデバイス217及び218は、差動入力信号に比例してダイナミック電流源200から電流を調達する。

0019

これらの開示において様々なバイアス配置企図されている。いくつかの実施形態では、例えば、ダイナミック電流源200は、差動入力相互コンダクタンスデバイス205及び208に通信可能に結合されるマスター電流ミラー264を含む。マスター電流ミラー264は、ルート電流源150に結合され、第1段差入力相コンダクタンスデバイス205及び208にバイアス電流を提供する。回路222及び235が、第2段220にバイアスを提供する。

0020

いくつかの実施形態では、バイアス構成及び他の因子により、それぞれ、段間ノード263及び272において段間寄生静電容量260及び270が生じ得る。これらの段間寄生静電容量により、望ましくない動作周波数依存性が生じ得る。段間静電容量は、それぞれ、第2段アンプ入力263及び272に現れる駆動信号を保持し得、そのため、これらの信号の減衰期間が増大され得る。いくつかの周波数では、駆動信号が次のサイクルまで持続し得、そのため、出力段の両方の側を通って連続的に電流が流れ得る。このような挙動により、ダイナミック電流源200は、AB級装置として設計どおりに動作せずに、A級動作になる傾向がある。その結果、出力電流が過剰になり得る。

0021

図3は、図2のダイナミック電流源200によって供給される電流に関連する周波数依存性を示すグラフ300である。差動入力電圧の振れの大きさは一定に保たれるが、差動入力周波数は変化する。グラフ300は、周波数の関数として急激に立ち上がる出力電流を示す。寄生静電容量260及び270によって保持される残余駆動信号の結果である過剰電流により、出力相互コンダクタンスデバイス217及び218はいずれもサイクルの前後半とも駆動され続ける。

0022

本明細書における実施形態は、AB級ダイナミック電流源のアクティブ側に関連する寄生静電容量を、この側がイナクティブになった後すぐに迅速に再充電するために位相遅延電流注入回路を用いる。これにより、イナクティブな出力段における関連する駆動信号を迅速に減衰させ得る。

0023

図4は、様々な例示実施形態に従った段間寄生静電容量に関連する周波数依存性を緩和させる回路を含む2段ダイナミック電流源400の概略図である。

0024

電流源400は、ロングテールペアとして配置される正側及び負側差動入力相互コンダクタンスデバイス205及び208を含む。電流源400は、図2に関連して前述したように、端子140及び142で差動入力信号を受け取る。

0025

ダイナミック電流源400は、正側差動入力相互コンダクタンスデバイス205の出力263に通信可能に結合される正側位相依存電流源402を含む。電流源400はさらに、負側差動入力相互コンダクタンスデバイス208の出力272に通信可能に結合される負側位相依存電流源404を含む。正側及び負側位相依存電流源402及び404は、それぞれ、差動入力信号がもはやダイナミック電流源400のそれぞれの側をアクティブにしない位相期間の間正側及び負側出力信号回復のための電流を提供する。

0026

いくつかの実施形態では、正側及び負側位相依存電流源は、電流ミラー(例えば、電流ミラー405及び407)として構成され得る。正側回復電流ミラー405は、ミラー入力相互コンダクタンスデバイス420A及びミラー出力相互コンダクタンスデバイス420Bを含む。同様に、負側回復電流ミラー407は、ミラー入力相互コンダクタンスデバイス410A及びミラー出力相互コンダクタンスデバイス410Bを含む。この例示の実施形態では、正側回復相互コンダクタンスデバイス425が、正側電流ミラー405に関連する入力相互コンダクタンスデバイス420Aに通信可能に結合される。具体的には、正側電流ミラー入力相互コンダクタンスデバイス420Aの電流チャネルは、正側回復相互コンダクタンスデバイス425の電流チャネルに直列に結合される。正側回復相互コンダクタンスデバイス425の入力要素426が、負側差動入力相互コンダクタンスデバイス208の入力要素427に結合される。

0027

正側電流ミラー出力相互コンダクタンスデバイス420Bに関連する電流チャネルは、正側差動入力相互コンダクタンスデバイス205の出力に結合される。ダイナミック電流源400の負側がアクティブのとき、負側差動入力相互コンダクタンスデバイス208が導通する。正側回復相互コンダクタンスデバイス425もこの時点で導通する。これは、後者は、通常、差動入力相互コンダクタンスデバイス208にゲート制御されるからである。得られた電流は、正側電流ミラー405を介して搬送され、正側出力ノード263に電流を注入する。注入された電流は、段間ノード263におけるいかなる残余駆動信号の減衰をも促進するために、寄生静電容量260を充電する。

0028

下記のように、対称な構造及びシーケンスが負側段間ノード272の回復に当てはまる。負側回復相互コンダクタンスデバイス428が、負側電流ミラー407に関連する入力相互コンダクタンスデバイス410Aに通信可能に結合される。具体的には、負側電流ミラー入力相互コンダクタンスデバイス410Aの電流チャネルは、負側回復相互コンダクタンスデバイス428の電流チャネルに直列に結合される。負側回復相互コンダクタンスデバイス428の入力要素430が、正側差動入力相互コンダクタンスデバイス205の入力要素435に結合される。

0029

負側電流ミラー出力相互コンダクタンスデバイス410Bに関連する電流チャネルは、負側差動入力相互コンダクタンスデバイス208の出力に結合される。ダイナミック電流源400の正側がアクティブのとき、正側差動入力相互コンダクタンスデバイス205が導通する。この時点で負側回復相互コンダクタンスデバイス428も導通する。これは、後者は、通常、差動入力相互コンダクタンスデバイス205にゲート制御されるからである。得られた電流は、負側電流ミラー407を介して搬送され、負側出力ノード272に電流を注入する。注入された電流は、段間ノード272におけるいかなる残余駆動信号の減衰をも促進するために、寄生静電容量270を充電する。

0030

図5は、様々な例示実施形態に従った段間寄生静電容量260及び270に関連する周波数依存性を緩和させる回路を含む2段ダイナミック電流源500の概略図である。図4を参照して説明した構造及び方法は、図2に示すような第1段バイアス要素改変している。それに対し、図5を参照して説明する構造及び方法は、図2に示すような第2段バイアス配置を改変している。

0031

ダイナミック電流源500は、差動入力相互コンダクタンスデバイス205及び208のペアを含む第1の増幅段を含む。入力相互コンダクタンスデバイス205及び208は、ロングテールペアとして配置されて、入力端子140及び142で差動入力信号を受け取る。

0032

電流源500はさらに、ロングテールペアとして配置される正側及び負側出力相互コンダクタンス217及び218を含む第2の増幅段を含む。出力相互コンダクタンス217及び218は、それぞれ、第1段相互コンダクタンスデバイス205及び208に通信可能に結合されて、入力140及び142で提示される差動入力信号に比例する量の電流を供給する。電流源500の正側は、第1段相互コンダクタンスデバイス205、第2段相互コンダクタンスデバイス217、及び関連する正側構成要素を含む。電流源500の負側は、第1段相互コンダクタンスデバイス208、第2段相互コンダクタンスデバイス218、及び関連する負側構成要素を含む。

0033

電流源500はさらに、第2段相互コンダクタンスデバイス217に結合される正側バイアス回路502、及び第2段相互コンダクタンスデバイス218に結合される負側バイアス回路503を含む。図5に示すように、差動入力AB級電流源500の正側及び負側は対称である。後述の正側バイアス回路502の詳細な説明は、負側バイアス回路503に等しく適用可能である。

0034

正側バイアス回路502は、正側出力相互コンダクタンスデバイス217に関連する入力ノード504に結合される。バイアス回路502は、入力ノード504に現れる駆動信号を位相遅延させるように構成される。バイアス回路502は、位相遅延された正側駆動信号に比例する回復電流506を入力ノード504に注入する。この回復電流は、差動入力信号がもはやダイナミック電流源500の正側をアクティブにしないとき、寄生静電容量260によって入力ノード504で保持されるいかなる残余信号強制的に静止状態にする。

0035

バイアス回路502は、第1のバイアス相互コンダクタンスデバイス515を含む。第1のバイアス相互コンダクタンスデバイス515に関連する電流チャネルが、入力ノード504と、接地される負のフィードバック抵抗520との間に結合される。入力ノード504における負の駆動信号により、出力相互コンダクタンスデバイス217が導通する。また、負の駆動信号は、第1のバイアス相互コンダクタンスデバイス515に関連する電流チャネルのバイアス電圧を減少させる。したがって、第1のバイアス相互コンダクタンスデバイス515及びフィードバック抵抗520を介して流れる電流が減少し、その結果、フィードバック抵抗520の両端間電圧降下が減少する。

0036

正側バイアス回路502はさらに、第2のバイアス相互コンダクタンスデバイス525を含む。第2のバイアス相互コンダクタンスデバイス525に関連する電流チャネルが、それぞれ、フィードバック抵抗520に直列に、並びに、第3及び第4のバイアス相互コンダクタンスデバイス530及び535に関連する電流チャネルに直列に結合される。フィードバック抵抗520の両端間の電圧降下が減少すると、第2のバイアス相互コンダクタンスデバイス525に関連するゲート−ソース電圧が増加し、デバイス525は一層順方向にバイアスされる。その結果、第2、第3、及び第4のバイアス相互コンダクタンスデバイス525、530、及び535を介して流れる電流が増加する。

0037

正側バイアス回路502はさらに、信号回復電流ミラー560の出力側を形成するように、第4のバイアス相互コンダクタンスデバイス535に結合される第5のバイアス相互コンダクタンスデバイス540を含む。第5のバイアス相互コンダクタンスデバイス540は、段間寄生静電容量260を充電するために、回復電流506を入力ノード504に注入する。これにより、差動入力信号がもはやダイナミック電流源500の正側をアクティブにしないとき、寄生静電容量260によって入力ノード504で保持されるいかなる残余信号も強制的に静止状態になる。

0038

ここで、正側バイアス回路502を、電流源500の正側がイナクティブの場合の出力相互コンダクタンス217用の受動バイアス源として、構造的及び機能的な説明をする。

0039

正側バイアス回路502は、第1の静止バイアス電流ミラー542を含む。第1の静止バイアス電流ミラー542は、マスターバイアス相互コンダクタンスデバイス555及び第2のバイアス相互コンダクタンスデバイス525を含む。正側バイアス回路502はさらに電流源550を含む。電流源550は、マスターバイアス相互コンダクタンスデバイス555に関連する電流チャネルに直列に結合されて、正側入力ノード504におけるバイアスレベルを制御する。

0040

正側バイアス回路502はさらに、第2の静止バイアス電流ミラー556を含む。第2の静止バイアス電流ミラー556は、それぞれ、第1及び第3のバイアス相互コンダクタンスデバイス515及び530を含む。第3のバイアス相互コンダクタンスデバイス530に関連する電流チャネルが、前述したように、第2のバイアス相互コンダクタンスデバイス525に関連する電流チャネルに直列に結合される。第1のバイアス相互コンダクタンスデバイス515は入力ノード504に結合されて、第1の電圧レール557から正側出力相互コンダクタンス217に入力にバイアスを提供する。

0041

正側バイアス回路502はさらに、第3の静止バイアス電流ミラー560を含む。第3の静止バイアス電流ミラー560は、それぞれ、第4及び第5のバイアス相互コンダクタンスデバイス535及び540を含む。第4のバイアス相互コンダクタンスデバイス535に関連する電流チャネルは、前述したように、第3のバイアス相互コンダクタンス530に関連する電流チャネルに直列に構成される。第5のバイアス相互コンダクタンスデバイス540に関連する電流チャネルが入力ノード504に結合されて、第2の電圧レール562から出力相互コンダクタンス217にバイアスを提供する。

0042

前述したように、電流源500はさらに負側バイアス回路503を含む。負側バイアス回路503は、負側出力相互コンダクタンスデバイス218に関連する入力ノード570に結合される。バイアス回路503は、入力ノード570に現れる負側駆動信号を位相遅延させるように構成される。バイアス回路503は、位相遅延された負側駆動信号に比例する回復電流572を入力ノード570に注入する。回復電流572は、差動入力信号がもはやダイナミック電流源500の負側をアクティブにしないとき、寄生静電容量270によって入力ノード570で保持されるいかなる残余信号も強制的に静止状態にする。本明細書では、負側バイアス回路503が正側バイアス回路502と対称であるとして、簡単のため繰返し構成要素ベルの説明を省略する。

0043

図6は、様々な例示実施形態に従ったダイナミック電流源605を含む電力制御システム600の概略図である。ダイナミック電流源605は、様々な例示実施形態に従った、段間寄生静電容量に関連する周波数依存性を緩和させる回路を含む。いくつかの例示実施形態では、ダイナミック電流源605は、正側及び負側の入力及び出力段相互コンダクタンスデバイス205、208、及び217、218を含む。相互コンダクタンスデバイスの入力ペア205、208及び出力ペア217、218は、各々、前述したようにロングテールペアとして配置される。ダイナミック電流源605はさらに、正側及び負側位相依存電流源405、407、502、及び503を含む。電流源405、407、502、及び503は、前述したように、段間信号回復用の注入電流を提供する。

0044

いくつかの実施形態では、ダイナミック電流源605は、リニアアンプ100に結合される2段ダイナミックバイアス電流源として構成され得る。いくつかの実施形態では、ダイナミック電流源605はリニアアンプ100内に組み込まれ得る。リニアアンプ100は、AB級差動アンプとして動作するように構成され得る。リニアアンプ100は、入力端子140及び142で相互コンダクタンスデバイスの入力ペア205、208に通信可能に結合される。リニアアンプ100はまた、出力端子606で相互コンダクタンスデバイスの出力ペア217、218に通信可能に結合される。リニアアンプ100は、電流源605から差動入力信号に比例する量のダイナミックバイアス電流を受け取る。

0045

いくつかの実施形態では、AB級差動アンプ100は、電源610における電圧レギュレーションフィードバック要素として構成され得る。電源610は、例えば、DC−DCコンバータとして構成され得る。電源610はまた、電流コンパレータ及びスイッチングロジック615、ドライバ段620、及び電力スイッチング段630を含み得る。

0046

図7は、様々な例示実施形態に従った、ダイナミック電流源における対抗する段間寄生静電容量を低減させる様々な方法の相対的な効力を示す一連のグラフである。曲線300は、本明細書において説明した補償装置を用いない出力電流の周波数依存性を示す。曲線710は、図4に示す位相遅延第1段バイアス回路を用いて低減された周波数依存性を示す。曲線720は、図5に示す位相遅延第2段バイアス回路を用いて低減された周波数依存性を示す。曲線730は、図6に示すような第1段及び第2段位相遅延バイアス回路の組合せを用いて低減された周波数依存性を示す。

0047

本明細書において説明した装置及びシステムは、ダイナミック電流源における段間ノードに逆位相電流を注入して段間寄生静電容量の影響を緩和させる以外の応用例においても有用となり得る。図4図5、及び図6の2段ダイナミック電流源の例は、様々な実施形態の構造を概略理解することを意図して提供されたものである。これらは、これらの構造を利用し得る装置及びシステムのすべての要素及び特徴を完全に説明することは意図されていない。

0048

これら様々な実施形態は、とりわけ、コンピュータ、通信及び信号処理回路要素、シングルプロセッサ又はマルチプロセッサモジュール、単一又は複数埋込みプロセッサマルチコアプロセッサデータスイッチ、及び多層マルチチップモジュールを含む特定用途向けモジュールにおいて用いられる電子回路要素に組み込まれ得る。このような装置及びシステムはさらに、例えば、テレビ携帯電話パーソナルコンピュータ(例えば、ラップトップコンピュータデスクトップコンピュータハンドヘルドコンピュータタブレットコンピュータなど)、ワークステーションラジオビデオプレーヤオーディオプレーヤ(例えば、MP3(Motion picture Experts Group, Audio Layer 3)プレーヤ)、車両、医療機器(例えば、心臓モニタ血圧モニタなど)、セットトップボックスなどの様々な電子システム内のサブ構成要素として含まれ得る。

0049

本明細書において説明した装置及び方法は、位相遅延電流注入回路を用いて、AB級ダイナミック電流源のアクティブ側に関連する段間寄生静電容量を、この側がイナクティブになった後すぐに迅速に再充電する。これにより、そうでない場合にはゆっくりと減衰する残余駆動信号が迅速に消失され、電流源の関連する側がイナクティブになった後、出力段が導通し続けないように動作する。その結果、過剰な電流消費及び出力段の起こり得る有害動作が低減され得る。

0050

添付の図は、本願主題が実施され得る特定の実施形態を例として示すが、添付の図は限定するためのものではない。接続線の一端又は両端の矢印は、電流フローデータフロー論理フローなどの一般的な方向を示すことが意図されていることに留意されたい。接続線の矢印は、このようなフローを、反対方向への任意のフローを除外するなど、特定の方向に限定することは意図されていない。説明された実施形態は、本明細書において開示された教示を当業者が実施し得るために充分に詳細に記載されている。本開示の範囲から逸脱することなく構造上及び論理上の置換及び変更がなされ得るように、他の実施形態を用いることもでき、上記実施形態から他の実施形態を導出することもできる。したがって、この詳細な説明は限定的な意味でとらえるべきではない。様々の実施形態の幅は、添付の特許請求の範囲及びこのような特許請求の範囲が当てはまる均等物の全範囲によって定義される。

0051

本開示に関係する当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した実装形態に改変をなし得ること、及び多くの他の実施形態が可能であることが理解されよう。

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