[发明专利]适合于安装到衬底上的运算放大器输出级及其放大方法

说明书

本发明一般涉及放大器，特别涉及运算放大器的输出级。

一般说来，在很多应用场合，包括无线电电话但又不仅限于无线电电话，下使用运算放大器(运放)。事实上，为了提高接收机和发射机的信号功率，当今的无线电电话包括多个运放。这些运放一般与其他电路一起安装在一个集成电路(IC)的衬底上。随着无线电电话变得更小型和更便携，对运放有效地工作在低电源电压下提出不断增长的需求。

运放由一个输入级，一个中间级和一个输出级组成。因此，当运放被装在集成电路的信号输出处时，对于运放的输出级来说，需要提供低阻抗输出。低阻抗输出可防止安装在此集成电路上的其余的电路不稳定，这种不稳定是由于其他直接连接的集成电路或其他元件产生的大量的电容引起的。遗憾的是，目前的许多运放输出级，包括那些摆幅能在两电源电压电平之间的输出级都呈现高输出阻抗。

图1是以简图形式对一个已知的低阻抗输出级的运放的说明，动放包括一个发射极(或源极)跟随缓冲器100。此缓冲器100由第一电源电压(+V_BB)102和第二电源电压104供电。此缓冲器100包括一个用于接收输入电压105的输入端106。输入端106分别通过第一和第二偏置装置112，114而接到第一和第二缓冲装置108，110上。响应输入电压105，第一级和第二级缓冲装置108，110在输出端116上提供输出电压115和输出电流117，合起来是输出信号。此输出信号可以驱动负载，例如其他的集成电路(未画出)，这个集成电路联接到输出端116上，并同样由第一和第二电源电压供电。

图2是用曲线形式对图1的缓冲器100的已知电压转换特性200的说明。第一和第二缓冲装置108，110响应输入电压105交替工作，以便提供输出信号。当输入电压105如转换特性200上的部分202指出的超过+V_BB/2时，输出电流117主要由第一级缓冲装置108流到图1的输出端116上。当输入电压105如转换特性200的部分204指出的降到低于+V_BB/2时，输出电流117主要由第二级缓冲装置110由输出端116吸收去。当输入电压105如转换特性200的点206指出的约等于或通过+V_BB/2时，第一和第二偏置装置112，114保证第一和第二缓冲装置108、110分别保持导通，以避免交叉畸变。

由于包括第一和第二偏置装置108，110的双极结型晶体管的基极-发射极结的电的限制，缓冲器100不能在最大电压范围208内提供输出信号和驱动负载。最大电压范围208由第一和第二电源电压102，104之间的差值决定，如标明的为0V至+V_BB。事实上，当输入电压105落在距第一或第二电源电压电平102，104一个二极管压降之内时，缓冲器100不能提供输出信号。二极管压降即人所共知的双极结型晶体管的基极和发射极之间的电压降。因此，缓冲器100实际上被限制在缓冲器电压范围210之内工作，此范围由第一电源电压电平102减去一个二极管压降和第二电源电压电平104减去另一个二极管压降之间的电压差值来决定。假设二极管压降约为0.8V，如图2中描绘的那样，缓冲器电压范围即为大约0.8V到大约+V_BB-0.8V。

在低电源电压下工作时，由于二个二极管压降产生的工作范围的损失，或者说在两电源电压电平之间摆动能力的不足，造成了实质性的局限。例如，如图所示的第一电源电压电平102为3V，第二电源电压电平104为0V，如图所示，最大电压范围208则为3V，而缓冲器电压范围210则大约为1.4V。在这种情况下，缓冲器100就不能提供大于最大电压范围3V 208的一半(大约1.6V)的输出信号和驱动负载。

因此，就需要这样一种运放输出级，它具有摆幅在两电源电压电平之间的能力，以适合于应用在低电压下，并且它还具有低输出阻抗，以便适合于安装在IC的输出端上。

本发明的一个目的是提供一种低阻抗的放大器输出级，并且其摆幅在电源电压范围之间。

图1是以简图形式对已知的运算放大器输出级的说明；

图2是以曲线形式对图1的输出极的已知的电压转换特性的说明；

图3是以方框图形式对一个使用无线电电话的射频通信系统的说明；

图4是以方框图形式简要地对图3的无线电电话的合成器的说明，合成器使用一个运算放大器。

图5是以简图形式对图4的运算放大器输出级的说明；

图6是用曲线形式对图5的输出级的电压转换特性的说明；