可编程全差分增益自举跨导放大器制造技术

本发明专利技术提供了一种可编程全差分增益自举跨导放大器，包括：前置预放大电路，放大差分输入信号，输出预放大后的差分输入信号；后级套筒式增益自举放大电路，放大所述前置预放大电路的输出信号，形成差分输出信号；带宽编程电路，用于根据外部输入的编程控制信号，调节前置预放大电路的带宽和后级套筒式增益自举放大电路的带宽；输出共模反馈电路，用于根据所述差分输出信号，向后级套筒式增益自举放大电路输入共模反馈信号，而使得后级套筒增益自举放大器输出共模电平在预定范围内的差分输出信号；前置预放大电路的放大倍数小于后级套筒式增益自举放大电路的放大倍数。本发明专利技术可以实现带宽增大并且具有编程调控带宽大小功能。

【技术实现步骤摘要】
可编程全差分增益自举跨导放大器
本专利技术涉及一种可编程全差分跨导放大器，具体涉及一种具有带宽可编程功能的全差分增益自举跨导放大器。
技术介绍
跨导放大器是将输入差分电压信号转换成电流信号，对电容负载进行充放电来实现输入到输出电压方法的功能模块。放大器作为流水线A/D (模/数)转换器的重要构成单元，其性能对流水线A/D转换器有着重要的影响。随着流水线A/D转换器向高速高精度方向发展，对其内部子电路，特别是放大器的增益和带宽要求越来越高。在流水线A/D转换器的MDAC (乘法数模转换器)中，内部的多个比较器需要把该级输入模拟电压信号转化成后续电路所需的逻辑电平，再通过D/A (数/模)转换器将逻辑电平信号转换成模拟电压信号，最终通过放大器的放大功能实现减法运算得到余差信号供给后级流水线继续处理。一般情况下，放大器的闭环带宽决定其输出信号的建立速度，而这也限制了整个流水线A/D转换器的速度。 现有的放大器结构包括:单级套筒/折叠放大器，两级密勒补偿放大器和单级增益自举放大器。其中，单级套筒/折叠放大器开环增益不够大，难以达到流水线精度要求；而两级密勒补偿放大器中，有相当一部分功耗用来做频率补偿，在功耗利用效率上较低；所以一般采用单级增益自举放大器来实现高增益。 但现有的单级增益自举放大器技术至少存在如下问题:单级增益自举放大器的带宽较小，不能满足当下高速模数转换器结构对放大器速度的要求；而且一般单级增益自举放大器只具有固定带宽，对于复杂的应用环境和工艺、温度、电源偏差，难以满足不同的速度和稳定性要求；同时，单级增益自举放大器还存在输入范围较小，输入寄生电容较大等会恶化数据转换器性能的缺点；这些问题限制了 CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor),互补金属氧化物半导体)单级增益自举放大器在高速高精度模数转换器中的应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可编程全差分增益自举跨导放大器，在保证高增益的同时，可以实现带宽增大并且具有编程调控带宽大小功能。 与现有技术相比，本专利技术提供了一种可编程全差分增益自举跨导放大器，包括: 前置预放大电路，用于放大差分输入信号，输出预放大后的差分输入信号； 后级套筒式增益自举放大电路，用于放大所述前置预放大电路的输出信号，形成差分输出信号； 带宽编程电路，用于根据外部输入的编程控制信号，调节所述前置预放大电路的带宽和所述后级套筒式增益自举放大电路的带宽； 输出共模反馈电路，用于根据所述差分输出信号，向所述后级套筒式增益自举放大电路输入共模反馈信号，而使得所述后级套筒增益自举放大器输出共模电平在预定范围内的差分输出信号； 所述前置预放大电路的放大倍数小于所述后级套筒式增益自举放大电路的放大倍数。 实施时，所述前置预放大电路的正相输出端与所述后级套筒式增益自举放大电路的正相输入端相连；所述前置预放大电路的反相输出端与所述后级套筒式增益自举放大电路的反相输入端相连； 所述后级套筒式增益自举放大电路的正相输出端与正相信号负载以及所述输出共模反馈电路的正相输出检测端连接；所述后级套筒式增益自举放大电路的反相输出端与反相信号负载以及所述输出共模反馈电路的反相输出检测端连接； 所述输出共模反馈电路的输出共模反馈信号与所述后级套筒式增益自举放大电路的共模反馈点连接； 全差分输入信号的正相输入信号输入所述的前置预放大电路的正相输入端，全差分输入信号的反相输入信号输入所述的前置预放大电路的反相输入端。 实施时，所述前置预放大电路和所述后级套筒式增益自举放大电路为全差分结构。 实施时，所述前置预放大电路包括: 偏置电流源，用于提供偏置电流； 正输入晶体管，栅极接入正输入电压，源极通过所述偏置电流源接地，漏极通过正可变负载网络与驱动电源的高电平输出端连接，源极为所述前置预放大电路的反相输出端; 负输入晶体管，栅极接入负输入电压，源极通过所述偏置电流源接地，漏极通过负可变负载网络与驱动电源的高电平输出端连接，源极为所述前置预放大电路的正相输出端; 所述正可变负载网络的增益和所述负可变负载网络的增益受所述模拟编程控制信号控制。 实施时，所述正可变负载网络包括多个并联的负载电路； 所述负可变负载网络包括多个并联的负载电路； 每一该负载电路包括依次串联的无源电阻和负载晶体管。 实施时，所述后级套筒式增益自举放大电路包括: 第一后级输入晶体管，栅极与所述前置预放大电路的正相输出端连接，源极通过第二偏置电流源接地，漏极通过第一增益自举反馈放大电路与所述后级套筒式增益自举放大电路的反相输出端连接； 第二后级输入晶体管，栅极与所述前置预放大电路的反相输出端连接，源极通过第三偏置电流源接地，漏极通过第二增益自举反馈放大电路与所述后级套筒式增益自举放大电路的正相输出端连接； 所述第一后级输入晶体管的漏极和所述第二后级输入晶体管的漏极之间连接有由所述带宽编程电路控制的可变电阻； 所述后级套筒式增益自举放大电路的反相输出端，通过依次连接的第三增益自举反馈放大电路与第一负载偏置电流源，和驱动电源的高电平输出端连接； 所述后级套筒式增益自举放大电路的正相输出端，通过依次连接的第四增益自举反馈放大电路与第二负载偏置电流源，和驱动电源的高电平输出端连接。 实施时，所述第一增益自举反馈放大电路包括第一增益自举NMOS晶体管和第一增益自举辅助放大器； 所述第二增益自举反馈放大电路包括第二增益自举NMOS晶体管和第二增益自举辅助放大器； 所述第一增益自举辅助放大器，输入端与所述第一增益自举NMOS晶体管的源极连接，输出端与第一增益自举NMOS晶体管的栅极连接； 所述第二增益自举辅助放大器，输入端与所述第二增益自举NMOS晶体管的源极连接，输出端与第二增益自举NMOS晶体管的栅极连接； 所述第一增益自举NMOS晶体管和所述第二增益自举NMOS晶体管为共栅管。 实施时，所述第三增益自举反馈放大电路包括第一增益自举PMOS管和第三增益自举辅助放大器； 所述第四增益自举反馈放大电路包括第二增益自举PMOS管和第四增益自举辅助放大器； 第三增益自举辅助放大器，输入端与第一增益自举PMOS管的源极连接，输出端与第一增益自举PMOS管的栅极连接； 第四增益自举辅助放大器，输入端与第二增益自举PMOS管的源极连接，输出端与第二增益自举PMOS管的栅极连接； 所述第一增益自举PMOS管和所述第二增益自举PMOS管为共栅管。 实施时，所述第一增益自举反馈放大电路、所述第二增益自举反馈放大电路、所述第三增益自举反馈放大电路和所述第四增益自举反馈放大电路分别包括依次连接的源跟随器和共源级的单级放大器； 所述源跟随器用于将输入信号进行电平移位； 所述共源级的单级放大器用于放大电平移位后的输入信号并输出。 实施时，所述输出共模反馈电路包括时序控制的开关电容网络； 所述开关电容网络，在复位时被刷新，并用于根据所述差分输出信号，向所述后级套筒式增益自举放大电路输入共模反馈信号，而使得所述后级套筒增益自举放大器输出共模电平在预定范围内的差分输出信号。 与现有技术相比，本专利技术所述的可编程全差分增益自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程全差分增益自举跨导放大器，其特征在于，包括：前置预放大电路，用于放大差分输入信号，输出预放大后的差分输入信号；后级套筒式增益自举放大电路，用于放大所述前置预放大电路的输出信号，形成差分输出信号；带宽编程电路，用于根据外部输入的编程控制信号，调节所述前置预放大电路的带宽和所述后级套筒式增益自举放大电路的带宽，；输出共模反馈电路，用于根据所述差分输出信号，向所述后级套筒式增益自举放大电路输入共模反馈信号，而使得所述后级套筒增益自举放大器输出共模电平在预定范围内的差分输出信号；所述前置预放大电路的放大倍数小于所述后级套筒式增益自举放大电路的放大倍数。

【技术特征摘要】
1.一种可编程全差分增益自举跨导放大器，其特征在于，包括: 前置预放大电路，用于放大差分输入信号，输出预放大后的差分输入信号； 后级套筒式增益自举放大电路，用于放大所述前置预放大电路的输出信号，形成差分输出信号； 带宽编程电路，用于根据外部输入的编程控制信号，调节所述前置预放大电路的带宽和所述后级套筒式增益自举放大电路的带宽，； 输出共模反馈电路，用于根据所述差分输出信号，向所述后级套筒式增益自举放大电路输入共模反馈信号，而使得所述后级套筒增益自举放大器输出共模电平在预定范围内的差分输出信号； 所述前置预放大电路的放大倍数小于所述后级套筒式增益自举放大电路的放大倍数。2.如权利要求1所述的可编程全差分增益自举跨导放大器，其特征在于， 所述前置预放大电路的正相输出端与所述后级套筒式增益自举放大电路的正相输入端相连；所述前置预放大电路的反相输出端与所述后级套筒式增益自举放大电路的反相输入端相连； 所述后级套筒式增益自举放大电路的正相输出端与正相信号负载以及所述输出共模反馈电路的正相输出检测端连接；所述后级套筒式增益自举放大电路的反相输出端与反相信号负载以及所述输出共模反馈电路的反相输出检测端连接； 所述输出共模反馈电路的输出共模反馈信号与所述后级套筒式增益自举放大电路的共模反馈点连接； 全差分输入信号的正相输入信号输入所述的前置预放大电路的正相输入端，全差分输入信号的反相输入信号输入所述的前置预放大电路的反相输入端。3.如权利要求1所述的可编程全差分增益自举跨导放大器，其特征在于，所述前置预放大电路和所述后级套筒式增益自举放大电路为全差分结构。4.权利要求1所述的可编程全差分增益自举跨导放大器，其特征在于，所述前置预放大电路包括: 偏置电流源，用于提供偏置电流； 正输入晶体管，栅极接入正输入电压，源极通过所述偏置电流源接地，漏极通过正可变负载网络与驱动电源的高电平输出端连接，源极为所述前置预放大电路的反相输出端；负输入晶体管，栅极接入负输入电压，源极通过所述偏置电流源接地，漏极通过负可变负载网络与驱动电源的高电平输出端连接，源极为所述前置预放大电路的正相输出端；所述正可变负载网络的增益和所述负可变负载网络的增益受所述模拟编程控制信号控制。5.权利要求4所述的可编程差分跨导放大器，其特征在于， 所述正可变负载网络包括多个并联的负载电路； 所述负可变负载网络包括多个并联的负载电路； 每一该负载电路包括依次串联的无源电阻和负载晶体管。6.如权利要求1所述的可编程差分跨导放大器，其特征在于，所述后级套筒式增益自举放大电路包括: 第一后级输入晶体管，栅极与所述前置预放大电路的正相输出端连接，源极通过第二偏置电流源接地，漏极通过第一增益自举反馈放大电路与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱樟明，陈雨，薛婷，丁瑞雪，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61