[发明专利]一种低功耗大摆率低失真输出级电路

说明书

一种低功耗大摆率低失真输出级电路，属于集成电路领域。包括射极跟随器、偏置电流源、甲乙类输出级电路、驱动管偏置电流正反馈电路、电容耦合电路、集电极电压同步跟踪电路；驱动管偏置电流正反馈电路对输出级电流进行采样和正反馈，电容耦合电路位于输出器件的基极间，集电极电压同步跟踪电路将射极跟随器的集电极与甲乙类输出级电路的发射极连接，使射极跟随器的集电极电压和甲乙类输出级电路发射极电压同步变化。解决了现有甲乙类输出级电路功耗低、摆率低、失真大的问题。通过驱动管偏置电流正反馈、电容耦合、集电极电压同步跟踪等技术方案，达到了低静态电流、大摆率、低失真的目的。广泛应用于低功耗、大摆率、低失真输出级电路中。

技术领域

本发明属于集成电路领域，进一步来说涉及一种低功耗大摆率低失真输出级电路。

背景技术

在晶体管放大器中，甲乙类输出级电路以其兼具较低的静态电流和较小的交越失真而应 用广泛。静态电流、摆率和失真是甲乙类输出级电路的重要指标。

如图1所示是一种传统的甲乙类输出级电路结构。PNP器件P1和NPN器件N1分别构成射极跟随器。和电流源I1为P1提供偏置电流，电流源I2为N1提供偏置电流。NPN器件 N2和PNP器件P2为输出器件，可为负载提供大电流。R1和R2为发射极退化电阻，用以使 N2和P2的电流更加均匀，避免电流集中。N2与R1构成的输出电路结构，以及P2与R2构 成的输出电路结构。

如图1所示，为避免额外的功耗，并尽可能增加输出摆幅，R1和R2取值尽可能小。当空载时，N2与P2的的发射极电流相等，且该电流很小，因此R1和R2上的电压可以忽略。

如图1所示，P1和N1的发射极电流分别为I1和I2。设P2与P1的发射极面积之比为kp，N2与N1的发射极面积之比为kn。N2和P2的发射极电流相等，设此电流为I0。忽略 R1与R2上的电压，出于匹配性考虑，一般会设计：

I₀＝I₁k_p＝I₂k_n。

出于输出大电流的考虑，一般输出级的设计会零kp和kn均远大于1。可以看出I0的甲 乙类输出级电路静态电流的最主要来源。

设极限电流情况下，N2和P2的电流增益分别为βn2和βp2，则上拉最大电流为：

I_H＝I₁β_N2。

下拉最大电流为：

I_L＝I₂β_P2。

从以上三式可以看出输出最大电流与静态功耗存在矛盾。为了减小静态电流，需要减小 I0，故需要要么减小I1和I2，要么减小k_p和k_n。减小I1和I2会直接导致输出最大电流减小。 减小kp和kn会导致N2和P2的驱动能力减小，极限电流下β_n2和β_p2衰减，从而导致输出最 大电流减小。

如图1所示，当输入信号发生突变时，由于固定电流给输出器件的基极电容充电，会导 致摆率下降。以输入信号突升为例，此时P1的发射极电流突变为0，则I1给N2的基极电容 充电。设不考虑输出级延迟时系统摆率为SR，N2的基极到地的全部电容之和为C_BN2，由于I2为固定电流，当时，输出级延迟会限制系统的摆率。当输入信号突降时也会有同样的问题。

如图1所示，由于N1和P1为射极跟随器，则其线性度会受到厄利电压的影响。