放大器輸入保護的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及電子系統(tǒng)，更具體地涉及用于放大器的輸入保護電路。
【背景技術(shù)】
[0002]放大器(諸如，運算放大器或儀表放大器)可以包括輸入保護電路，用于保護所述放大器避免較大的輸入信號。如果缺少保護，較大的輸入信號可導(dǎo)致過電壓條件和/或高水平的功耗，這可導(dǎo)致放大器的損壞，諸如金屬線中的半導(dǎo)體結(jié)和/或電迀移的損害。
[0003]當(dāng)輸入電壓信號是一種安全的電壓范圍內(nèi)時，輸入保護電路可用于提供輸入信號到放大器的放大電路，使得該放大器能夠放大輸入信號。例如，在一個示例中，當(dāng)放大器輸入的電壓電平是在放大器的電源軌的一定電壓范圍內(nèi)時，該輸入保護電路可以向放大電路提供輸入信號。然而，當(dāng)輸入信號較大并落在安全范圍之外時，輸入保護電路可用于阻止或以其他方式阻止輸入信號到達(dá)放大器的放大電路，從而保護放大器免受損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個方面，公開一種放大器的輸入保護電路。放大器的輸入保護電路包括:第一場效應(yīng)晶體管(FET)，其包括電氣地連接到第一輸入端的源極，以及電連接到第一輸出的漏極；第二 FET，包括電氣地連接到第二輸入端的源極和電連接到第二輸出端的漏極；第三FET，包括電連接到第一 FET的柵極的柵極和源極，以及電連接到第一輸入的漏極；和第四FET，包括電連接到第二 FET的柵極的柵極和源極，以及電連接到第二輸入的漏極。放大器輸入保護電路進一步包括第一夾鉗，電連接到所述第一輸出并且被配置為激活以響應(yīng)于第一過壓狀態(tài)而產(chǎn)生第一鉗位電流。放大器輸入保護電路進一步包括第一電流鏡，被配置為鏡像第一鉗位電流以產(chǎn)生第一鏡像電流，并向第三FET的源極提供所述第一鏡像電流。放大器輸入保護電路進一步包括第二夾鉗，電連接到所述第二輸出，并配置為激活以響應(yīng)于第二過壓狀態(tài)而產(chǎn)生第二鉗位電流。放大器輸入保護電路進一步包括第二電流鏡，被配置為鏡像所述第二鉗位電流，以產(chǎn)生第二鏡像電流并向第四FET的源極提供第二電流鏡像。
[0005]在另一個方面，提供一種放大器。該放大器包括非反相輸入端和反相輸入端，包括非反相輸入端和反相輸入端的放大電路，以及輸入保護電路。輸入保護電路包括:電連接到非反相輸入端的第一輸入端，電連接到反相輸入端的第二輸入端，電連接到所述放大電路的非反相輸入端的第一輸出，以及電連接到所述放大電路的反相輸入端的第二輸出。輸入保護電路進一步包括:第一 FET，包括電連接到第一輸入端的源極和電連接到第一輸出的漏極；第二 FET，包括電連接到第二輸入端的源極和電連接到第二輸出的漏極；第一夾鉗，電連接到所述第一輸出并且被配置來激活以響應(yīng)于第一過電壓狀態(tài)而產(chǎn)生第一鉗位電流；第一電流鏡，配置成鏡像第一鉗位電流以產(chǎn)生第一鏡像電流；第三FET，電連接在第一 FET的柵極和源極之間和配置為接收所述第一鏡像電流；第二夾鉗，電連接到所述第二輸出，并配置為激活以響應(yīng)第二過壓狀態(tài)而產(chǎn)生第二鉗位電流；第二電流鏡，被配置為鏡像第二鉗位電流以產(chǎn)生第二鏡像電流；和第四FET，電連接在第二 FET的柵極和源極之間，并配置成接收所述第二鏡像電流。
[0006]在另一個方面，提供一種保護放大電路的方法。所述放大電路包括:第一輸入，經(jīng)由第一 FET的溝道電連接到第一輸入端；以及第二輸入，并通過第二 FET的溝道第電連接到二輸入端。該方法包括:響應(yīng)于第一過電壓狀態(tài)，激活第一夾鉗，通過第一電流鏡鏡像通過第一夾鉗的第一鉗位電流，以產(chǎn)生第一鏡像電流；使用第三FET響應(yīng)于所述第一鏡像電流增加第一 FET的溝道阻抗；響應(yīng)于第二過壓狀態(tài)激活第二夾鉗；利用第二電流鏡鏡像通過第二夾鉗的第二鉗位電流，以產(chǎn)生第二鏡像電流；并使用第四FET，響應(yīng)于第二鏡像電流，增加所述第二 FET的溝道阻抗。
【附圖說明】
[0007]圖1A示出放大器的一個例子。
[0008]圖1B示出連接在緩沖器構(gòu)造中的圖1A的放大器。
[0009]圖2示出輸入保護電路的實施例。
[0010]圖3A示出輸入保護電路的另一個實施例。
[0011]圖3B示出輸入保護電路的另一個實施例。
[0012]圖4示出輸入保護電路的另一個實施例。
[0013]圖5示出輸入保護電路的另一個實施例。
【具體實施方式】
[0014]某些實施例的以下詳細(xì)描述提出了本發(fā)明的具體實施例的各種描述。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)在許多不同的方式，例如，如權(quán)利要求書所定義和涵蓋的。在本說明書中，參考附圖，其中類似的附圖標(biāo)記可以指示相同或功能相似的元件。
[0015]圖1A示出放大器10的一個例子。圖1B示出連接在緩沖器20的配置中的圖1A的放大器10。
[0016]該放大器10包括第一或非反相輸入電壓端的VIP，第二或反相輸入電壓端子VIN，輸出電壓端V0UT，放大電路1，以及輸入保護電路2。放大電路I包括第一或非反相輸入端、第二或反相輸入和輸出。輸入保護電路2包括第一輸入保護構(gòu)件3a、第二輸入保護部件3b和夾鉗部件4。
[0017]如圖1A所示，第一輸入保護部件3a電連接在放大電路I的非反相輸入端電壓VIP和非反相輸入端之間，而第二輸入保護構(gòu)件3b電連接在放大電路I的反相輸入電壓端子VIN和反相輸入之間。另外，夾鉗部件4電連接在放大電路I的非反相和反相輸入之間。此夕卜，放大電路I的輸出電連接到輸出端子V0UT。在圖1B所示的結(jié)構(gòu)中，輸出端VOUT已電連接到反相輸入端子VIN以操作放大器10作為單位增益緩沖器。
[0018]該輸入保護電路2可用于避免放大電路I從非反相和反相輸入電壓端子的VIP、VIN接收的較大輸入信號。例如，第一輸入保護構(gòu)件3a可以限制電流從非反相輸入端子VIP流向放大電路I的非反相輸入端，和第二輸入保護部件3b可以限制電流從反相輸入端子VIN流向放大電路I的反相輸入端。另外，當(dāng)放大電路的非反相和反相輸入端之間的電壓差足夠大時，夾鉗部件4可以激活，從而限制放大電路I的非反相和反相輸入端之間的最大電壓差。
[0019]輸入保護電路2的某些實施方式可以受到噪聲和故障電流之間的權(quán)衡，這兩者是不希望的。例如，噪聲可以通過降低放大器的信噪比(SNR)而影響放大器10的性能，同時故障電流可導(dǎo)致響應(yīng)于觸發(fā)故障狀態(tài)的比較快的步驟輸入而增加放大器的穩(wěn)定時間。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，當(dāng)放大器的輸入保護電路響應(yīng)于過壓或故障條件激活時，故障電流可以指放大器的輸入電流。
[0020]例如，在一個輸入保護方案中，第一和第二輸入保護元件3a、3b可以被實施為電阻器，以及夾鉗部件4可使用二極管鉗位來實現(xiàn)。為了防止電阻過度影響放大器10的噪聲性能，電阻器的電阻應(yīng)該比較小，以提供比較小的輸入?yún)⒖荚肼?。然而，在輸入保護元件3a、3b中使用小的電阻會導(dǎo)致相對大的故障電流，它可以具有隨著差分輸入信號的幅度改變的幅度。當(dāng)放大器使用負(fù)反饋操作時，諸如圖1b所示的緩沖器結(jié)構(gòu)20，電流可從非反相輸入端子VIP通過輸入保護電路2流到放大電路I的輸出，從而響應(yīng)于觸發(fā)故障狀態(tài)的相對快步輸入而增加放大器的建立安置。
[0021]在另一個輸入保護方案中，第一和第二輸入保護元件3A、3B被實現(xiàn)為結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET的)。在這樣的配置中，當(dāng)差分輸入信號足夠大時，故障電流可以基本上獨立于差分輸入信號的幅度。為了對放大器的噪聲性能提供相對較小的影響，該方案可以使用相對大的寬度JFET，以提供低溝道電阻，以及從而低噪聲。然而，當(dāng)夾鉗元件4是有源和夾緊時，大寬度JFET可導(dǎo)通大故障電流。
[0022]本文中所提供的是放大器輸入保護的裝置和方法。在本文的某些實施方式中，輸入保護電路包括:第一 JFET，電連接在輸入保護電路的第一輸入和第一輸出之間，和第二JFET,電連接在輸入保護電路的第二輸入和第二輸出之間。輸入保護電路進一步包括:第一夾鉗，電連接到第一輸出用于提供避免第一過壓條件，以及第二夾鉗，電連接到第二輸出用于提供避免第二過壓情況。此外，該保護電路可包括第一電流鏡，其鏡像通過所述第一夾鉗的電流，并向第三JFET提供鏡像電流，第三JFET電連接到第一 JFET的