全差分电流放大电路制造技术

本申请提出一种全差分电流放大电路，包括：电流增益电路，通过相同的两个跨导线性环路，被构造为用于对两路差分输入电流分别进行预设增益的放大或缩小；与所述电流增益电路连接的差分输出电路，通过对称设置的电流复制电路和电流镜，被构造为用于对放大或缩小后的所述差分输入电流进行平分再作差，输出消除背景电流的差分电流。该全差分电流放大电路能够直接对微弱的电流信号进行处理，结构简单；整个系统工作在亚阈区，电源电压和工作电流很低，大大降低了功耗；采用全差分结构，可以很好地抑制共模噪声；输出端抵消掉了背景电流，只输出纯净的信号电流，级联更方便；采用亚阈区MOS器件，更易集成；可通过外偏置电流实现增益的线性调节。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及全差分电流放大电路
，尤其涉及一种全差分电流放大电路。
技术介绍
近年来，工作于亚阈区的MOS管由于其在低电压低功耗领域的巨大潜力，已经逐渐受到了人们的关注。然而由于工作于亚阈区的电路处理的信号小、转换速度慢，一直以来在高频信号领域未能得到很好的重用。可在生物医学领域，由于生物电信号的频率低、幅度小，例如PPG信号的电流幅度是nA量级，频率为几赫兹,从而使得工作在亚阈区的MOS管可发挥出其巨大优势。此外，工作在亚阈区的MOS管具有指数特性，与BJT双极型晶体管类似，使得电流领域里的跨导线性原理可以移植到MOS管中，进而可以非常容易的实现电流的倍乘运算，只需控制比例电流的值即可实现电流的放大和缩小，使设计的电流放大器电路拓扑结构更加简单。所谓跨导线性原理，是指在含有偶数个正偏发射结，且顺时针方向结的数目与反时针方向结的数目相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度之积等与反时针方向发射极电流密度之积，从而使得环路中各晶体管的电流存在着一定的约束关系。当MOS管工作于亚阈区时，与晶体管一样满足指数关系，其电流也可近似满足跨导线性原理的约束。目前对电流放大的主要实现方法有：(1)采用跨阻放大器将电流信号转换为电压信号，再采用电压模式电路进行处理，参见文献：杨仕强,方健,张波,等.一种高增益宽带共栅CMOS电流模跨阻放大器[J].微电子学,2005,35(3):308-310；(2)采用BJT双极型晶体管电路，利用跨导线性原理实现电流的倍乘，参见文献：董尚斌,王敏.跨导线性环电流放大器[J].实验技术与管理,2007,24(3):52-54；(3)近年来出现了采用AB类结构电流放大器，通过两项平方做差得到电流的放大，参见文献KaewdangK,SurakampontornW.ClassABdifferentialinput/outputcurrent-controlledcurrentamplifier[C]//IntelligentSignalProcessingandCommunicationsSystems(ISPACS),2013InternationalSymposiumon.IEEE,2013:666-669；(4)采用平方根、平方电路实现电流的倍乘放大的电流放大器电路，参见文献：解鸿国，宋树祥.新型高频高线性CMOS跨导线性电流模乘/除法器设计[J].广西师范大学学报：自然科学版,2012,30(2):12-16。上述实现方案的问题在于：(1)跨阻放大器输出电压信号，必然存在输出摆幅与电源电压的矛盾关系，不能用在低电压设计，功耗较大；而且在跨阻电路本身的噪声影响下，小的电流信号不容易传输，这就对跨阻放大器的噪声要求非常高。此外，该方法是间接实现电流放大，增加了电路系统的复杂性。(2)BJT双极型晶体管相对于MOS管而言，不宜集成，而且由于其速度快的特点，更适合在高频信号领域使用。同时，该电路的输出信号含有背景电流，该背景电流作为电流增益的控制因子，会在电路级联对电路性能产生很大的影响。此外，该电路的电流增益不能实现线性调节，只是实现电可控。(3)采用AB类电流单元实现的电流放大，其增益控制电流的改变会影响输入电流的动态范围，且电流增益的提高借助了较大的电流镜传输比值。(4)电路采用先开方后平方的方法，使电路结构十分复杂，同时也增大了功耗。
技术实现思路
为解决现有技术中的上述问题，本申请的一个目的在于提出一种全差分电流放大电路，可以直接对微弱的电流信号进行处理，输出端抵消掉了背景电流，只输出纯净的信号电流，级联更方便。为达到上述目的，本申请实施例提出的全差分电流放大电路，包括：电流增益电路，通过相同的两个跨导线性环路，被构造为用于对两路差分输入电流分别进行预设增益的放大或缩小；与所述电流增益电路连接的差分输出电路，通过对称设置的电流复制电路和电流镜，被构造为用于对放大或缩小后的所述差分输入电流进行平分再作差，输出消除背景电流的差分电流。本专利技术实施例的全差分电流放大电路可直接对微弱的电流信号进行处理，不需要跨阻放大器的电流电压转换，结构简单；整个系统工作在亚阈区，电源电压和工作电流很低，大大降低了功耗；采用全差分结构，可以很好地抑制共模噪声；输出端抵消掉了背景电流，只输出纯净的信号电流，级联更方便；采用亚阈区MOS管代替BJT双极型晶体管，更易集成；可通过外偏置电流实现增益的线性调节。本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请一实施例提出的全差分电流放大电路的结构示意图；图2是本申请一具体实施例的全差分电流放大电路的示意图；图3是本申请一实施例的PMOS管构成的跨导线性环路的结构示意图；图4是本申请另一实施例的NMOS管构成的跨导线性环路的结构示意图；图5是本申请一实施例的差分输出电路的结构示意图。具体实施方式本申请实施例提供一种全差分电流放大电路。为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。图1是本申请一实施例提出的全差分电流放大电路的结构示意图。如图1所示，本实施例的全差分电流放大电路，包括：电流增益电路10，通过相同的两个跨导线性环路11，被构造为用于对两路差分输入电流分别进行预设增益的放大或缩小；与所述电流增益电路连接的差分输出电路20，通过对称设置的电流复制电路和电流镜，被构造为用于对放大或缩小后的所述差分输入电流进行平分再作差，输出消除背景电流的差分电流。如图1所示，两路差分输入电流ip、in经过同样的跨导线性环路(Translinearloop，简称TL环路)，在同样的增益控制电流IQ下得到放大(或缩小)了的电流A·ip和A·in，其中A为电流增益。然后将得到的电流A·ip和A·in送到差分输出电路，完成差分运算并得到差分输出电流，并且在该差分输出电路中抵消掉背景电流，得到纯净的电流信号输出。根据本申请的一个实施例，所述电流增益电路包括至少两组相同的由偶数个MOS器件构成的跨导线性环路，被构造为用于根据相同的增益控制电流对所述两路差分输入电流进行相同增益的放大或缩小；所述差分输出电路包括至少一对由两个MOS器件构成的电流镜和至少一对用于构成所述电流复制电路的MOS器件，被构造为用于对放大或缩小后的所述两路差分输入电流进行平分再作差运算。图2所示是本申请一个具体实施例的全差分电流放大电路的示意图，如图2所示，所述电流增益电路包括：第一MOS器件M1、第二MOS器件M2、第三MOS器件M3、第四MOS器件M4构成的第一跨导线性环路，第六MOS器件M6、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全差分电流放大电路，其特征在于，包括电流增益电路和差分输出电路；电流增益电路，通过相同的两个跨导线性环路，被构造为用于对两路差分输入电流分别进行预设增益的放大或缩小；与所述电流增益电路连接的差分输出电路，通过对称设置的电流复制电路和电流镜，被构造为用于对放大或缩小后的所述差分输入电流进行平分再作差，输出消除背景电流的差分电流。

【技术特征摘要】
1.一种全差分电流放大电路，其特征在于，包括电流增益电路和差分输出电路；电流增益电路，通过相同的两个跨导线性环路，被构造为用于对两路差分输入电流分别进行预设增益的放大或缩小；与所述电流增益电路连接的差分输出电路，通过对称设置的电流复制电路和电流镜，被构造为用于对放大或缩小后的所述差分输入电流进行平分再作差，输出消除背景电流的差分电流。2.如权利要求1所述的全差分电流放大电路，其特征在于，所述电流增益电路包括至少两组相同的由偶数个MOS器件构成的跨导线性环路，被构造为用于根据相同的增益控制电流对所述两路差分输入电流进行相同增益的放大或缩小。3.如权利要求1所述的全差分电流放大电路，其特征在于，所述差分输出电路包括至少一对由两个MOS器件构成的电流镜和至少一对用于构成所述电流复制电路的MOS器件，被构造为用于对放大或缩小后的所述两路差分输入电流进行平分再作差运算。4.如权利要求1所述的全差分电流放大电路，其特征在于，所述电流增益电路包括：第一MOS器件M1、第二MOS器件M2、第三MOS器件M3、第四MOS器件M4构成的第一跨导线性环路，第六MOS器件M6、第七MOS器件M7、第八MOS器件M8和第九MOS器件M9构成的第二跨导线性环路，以及输出相同的增益控制电流IQ的第一恒流源A1和第四恒流源A4，输出相同的用于保证所述MOS器件正常工作的偏置电流IR的第二恒流源A2、第三恒流源A3、第五恒流源A5和第六恒流源A6；所述差分放大电路包括：第五MOS器件M5、第十MOS器件M10、第一电流镜和第二电流镜；其中，第一电流镜与第二电流镜相同且对称设置，两个电流镜的第一输入端相连；第五MOS器件M5源极与第四MOS器件M4源极相连，第五MOS器件M5栅极与第四MOS器件M4栅极相连，第五MOS器件M5漏极连接所述第一输入端；第十MOS器件M10源极与第九MOS器件M9源极相连，第十MOS器件M10栅极与第九MOS器件M9栅极相连，第十MOS器件M10漏极连接所述第一输入端；第一MOS器件M1栅极与第二MOS器件M2源极相连，作为第一跨导线性环路的输入端，接入一路差分输入电流ip；第四MOS器件M4漏极作为第一跨导线性环路的输出端，与第一电流镜的第二输入端相连，并输出一路差分输出电流io+；第六MOS器件M6栅极与第七MOS器件M7源极相连，作为第二跨导线性环路的输入端，接入另一路差分输入电流in；第九MOS器件M9漏极作为第二跨导线性环路的输出端，与第二电流镜的第二输入端相连，并输出另一路差分输出电流io-。5.如权利要求4所述的全差分电流放大电路，其特征在于，所述的第一MOS器件M1、第二MOS器件M2、第三MOS器件M3、第四MOS器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金勇，刘晨光，王磊，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44