[发明专利]电流缓冲器

说明书

背景

缓冲放大器（又称缓冲器）是提供从一个电路到另一个电路的电阻抗变换的电子器件。存在两种主要类型的缓冲器：电压缓冲器和电流缓冲器。通常情况下，电流缓冲放大器被用来将来自具有低输出阻抗级的第一电路的电流传递到具有高输入阻抗级的第二电路。居间的缓冲放大器禁止第二电路不可接受地对第一电路造成负载并干扰其期望操作。

在理想的电流缓冲器中，输入电阻为零，而输出电阻为无限大（理想电流源的电阻为无限大）。理想缓冲器的其他属性通常包括完美线性（不管信号振幅如何）、和即时输出响应（不管输入信号速度如何）。对于电流缓冲放大器而言，如果电流被无改变地传递（电流增益为1），则该放大器被称为单位增益缓冲器或电流跟随器，这是因为输出电流“跟随”或跟踪输入电流。电流缓冲放大器的电流增益为（大致为）一。现有的电流缓冲放大器在提供电流缓冲的同时并不提供电流滤波。另外，现有的电流缓冲放大器一般在输出处并不提供接近完美的线性。

图1解说了常规的电流缓冲放大器100，其包括单极晶体管102、104、112、114、116、和118（例如，FET共栅极连接晶体管）、差分放大器106和110、相移放大器108、以及电阻器120和122。差分放大器106和110是被用来抑制共模信号的共模反馈（CMFB）放大器。如图1中所示，晶体管112和114的漏极连接到放大器106和108的输入。缓冲放大器的两个输入端口分别连接到晶体管112和114的漏极。正输入端口连接到放大器108的负输入端口、晶体管102的源极、以及放大器106的负输入端口。负输入端口连接到放大器108的正输入端口、晶体管106的源极、以及放大器106的正输入端口。输入电流i_in是来自第一电路（未示出）的输出电流，其作为电流缓冲放大器100的输出电流i_out被传递到第二电路（未示出）。当施加i_in+和i_in-两者时，CMFB放大器106将放大i_in输入信号并且FET晶体管102、104、112、114将使信号反相（180°相位）并减去共信号。对于差分信号，CMFB将不起作用。在此情形中，输入电流I_in将通过。因此，输入阻抗g_m1保持为低，并且输出阻抗g_m2保持为高。

理想地，电流缓冲放大器是完美线性的，其中输出信号强度与输入信号强度成正比地变化。在线性器件中，输出-输入信号振幅比总是相同的，不论输入信号的强度是多少。图2中的曲线图200解说了作为频率函数的理想电流传递增益。

然而，事实上，图2中所解说的理想线性类型是难以实现的。即使放大器在正常条件下展现出线性，但如果输入信号因过驱动而太强，则放大器将变成非线性的。当输入信号振幅增加到超过临界点时，放大曲线弯向水平坡度，由此产生输出失真。在模拟应用中，诸如在振幅调制（AM）、无线传输和hi-fi（高保真）音频中，线性是重要的。这些应用中的非线性导致信号失真，这是因为增益波动会影响模拟输出波形相对于模拟输入波形的形状。相应地，当电流在输出处被转换成电压时，图1中所解说的电流缓冲放大器中可能产生线性问题。

概述

电流滤波电流缓冲放大器的示例包括：配置成耦合至输入电流并接收该输入电流的第一端口和第二输入端口；配置成耦合至负载并向该负载提供电流的第一输出端口和第二输出端口；配置成将所接收到的输入电流传递至第一输出端口和第二输出端口作为输出电流的缓冲器，该缓冲器具有输入阻抗和输出阻抗，其中该输出阻抗高于该输入阻抗，该缓冲器包括第一放大器和第二放大器，第一放大器是共模反馈放大器；以及耦合至第一输入端口和第二输入端口并耦合至第一放大器和第二放大器的滤波器，该滤波器具有复阻抗并被配置成对所接收到的输入电流进行陷波滤波。