一种基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构，包括跨导放大器、一个电容C1和输出失调电流消除结构；跨导放大器为一经典跨导放大器，电容C1连接在NMOS管MN5和MN6的栅极之间；输出失调电流消除结构包括正相输入支路上的开关SW2、负向输入支路上的开关SW3、正负输入端之间的开关SW4和负向输入通路上的开关SW5；开关SW3采用低电荷注入的开关结构。在输入端短接的条件下，先通过输出电流存储结构对失调电流进行采样存储，之后在正常工作时，通过预先存储的失调电流和工作时的信号电流做减法，消除信号中失调成分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟集成电路领域，特别涉及一种可用于传感器和数字模拟混合信号电路中跨导放大器输出电流失调消除结构。
技术介绍
各类传感器通过将自然界中的光信号，声信号，压力信号等各种信号转化为电信号，经过后级电路处理后变成人们可以处理的电信号，大大提高了人们认识自然、改造自然的能力。而传感器信号读出领域最初获得的电信号常常是模拟信号，需要经过适当的电路处理放大才能够被后续电路识别。因此对微弱电信号的降噪和放大方法一直是传感器读出电路研究热点。在SOI二极管型红外图像探测器中，二极管工作在正偏状态下，光学系统将红外辐射传递到探测器表面，造成探测器温度升高，利用二极管的IV特性随温度变化的特点获得电压变化ΔV,如图1所示。在读出电路中输入级往往采用跨导放大器模块，先将ΔV转变成电流信号ΔI，再进行积分，获得放大后的可处理信号，最终经过模数转换器量化输出。然而最初获得的电压信号ΔV较微弱，相对信号ΔV，输入级跨导放大器自身失调电压较大，会减少后续电路输出动态范围中真实信号成分所占比例，造成电路输出范围和噪声特性严重下降。因此，需要采用跨导放大器失调消除方法，降低跨导放大器失调，提升电路性能。传统电路结构，存在的不足主要有以下两条：1.传统跨导放大器结构往往不具备失调消除功能，失调电流在输出电流中占有较大比重，输出动态范围中真实信号成分降低，降低了信噪比。2.传统失调消除结构中的开关电荷注入现象，会影响关键电荷守恒节点失调存储精度，对失调消除效果影响较大。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，为了提高红外读出电路性能，实现跨导放大器输出失调电路消除，本专利技术提出了一种基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构，在传统的经典跨导放大器的基础上考虑失调电流，并对开关进行了改进，进一步减小了开关电荷注入现象的影响。本专利技术提出的电路结构能够将输入电压信号ΔV转变成电流信号ΔI，并且消除电流信号ΔI中失调电流成分。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构，包括差分输入跨导放大器、一个失调存储电容C1和输出失调电流消除结构；所述差分输入跨导放大器包含尾电流PMOS管MP5，由PMOS管MP1和MP2PMOS管构成的PMOS输入对管，共源共栅的PMOS管MP3和PMOS管MP4，由NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5和NMOS管MN6共源共栅连接的负载管；所述失调存储电容C1左极板连接NMOS管MN5的栅极，所述失调存储电容C1右极板连接NMOS管MN6的栅极；所述输出失调电流消除结构包括四个开关，四个开关包括正相输入支路上的开关SW2、负向输入支路上的开关SW3、正负输入端之间的开关SW4和负向输入通路上的开关SW5；所述开关SW2连接NMOS管MN3的漏极和NMOS管MN5的栅极、并保持常导通状态；所述开关SW3连接NMOS管MN4的漏极和MN6的栅极；开关SW4连接PMOS管MP1和MP2PMOS管的栅极；开关SW5连接差分输入跨导放大器负向输入端和负向端输入信号VIN-；所述开关SW3采用低电荷注入的开关结构，所述低电荷注入的开关结构包括单管开关NMOS管MN7，电荷注入补偿NMOS管MN8，缓冲器BUF1和反相器INV1；其中，所述NMOS管MN7和补偿NMOS管MN8尺寸比列为2:1，缓冲器BUF1和反相器INV1均采用低电压VL供电。本专利技术基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构，其中，电路的工作电压为5V，所述低电荷注入的开关结构中缓冲器BUF1和反相器INV1所采用的低电压VL为3.3V，保证开关NMOS管MN7能够开启导通即可。使用本专利技术电路结构在输入端短接的条件下，先通过输出电流存储结构对失调电流进行采样存储，之后在正常工作时，通过预先存储的失调电流和工作时的包含失调的信号电流做减法，消除信号中失调成分。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、通过输出失调电流存储的方式对跨导放大器进行失调消除，提高了有用信号在输出电流中所占比例，效果显著。2、为了减小关键电荷守恒节点受开关注入电荷的影响，通过改进开关结构，采用一种低电荷注入开关实现对开关沟道电荷注入和时钟馈通现象的抑制，进一步降低了失调存储结构的误差，提高了失调消除效果。3、本专利技术只需对传统的电路进行简单的结构改变即可实现，没有增加电路复杂度，没有明显增加额外功耗和面积开销，具有很高实用价值。附图说明图1是红外图像传感器输入级跨导放大器工作原理示意图；图2是本专利技术使用的电流存储基本原理；图3是传统跨导放大器电路图；图4是本专利技术提出的基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构的电路图；图5是本专利技术电路失调存储状态电路图；图6是本专利技术提出的电路正常工作状态电路图；图7是本专利技术提出的新型抑制沟道电荷注入的开关结构；图8是不带失调消除时经典跨导放大器输出失调电流分布；图9是使用本专利技术提出的失调消除方法之后，输出失调电流分布；图10是采用新型低沟道电荷注入开关结构实现失调消除后，输出失调电流分布。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。本专利技术的设计思路是采用失调存储方式为输出电流失调存储，其基本原理如图2所示，首先图2中开关SW1导通，电流源I1驱动NMOS管MN1和NMOS管MN2，在电容C1上极板存储电压V1，通路上电流为I1。之后开关SW1断开，电流源I1变成负载RL，此时电容C1上极板电荷守恒，仍保持电压为V1，通路上电流仍保持为I1，即负载RL上电流为I1。传统的经典跨导放大器如图3所示，若不考虑失调电流，PMOS管MP1电流为i，NMOS管MN5电流为i，NMOS管MN6镜像MN5得到的电流也为i，PMOS管MP2电流为-i，最终输出电流为2i。若正向和负向支路上存在失调电流ios，PMOS管MP1电流为i+ios，NMOS管MN5电流为i+ios，NMOS管MN6镜像MN5得到的电流也为i+ios，PMOS管MP2电流为-i-ios，最终输出电流为2i+2ios，包含了正向和负向支路失调电流之和2ios。本专利技术提出的一种基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构，包括差分输入跨导放大器、一个失调存储电容C1和由四个开关(开关SW2、SW3、SW4和SW5)构成的输出失调电流消除结构。如图4所示，所述差分输入跨导放大器包含尾电流PMOS管MP5，由PMOS管MP1和MP2PMOS管构成的PMOS输入对管，共源共栅的PMOS管MP3和PMOS管MP4，由NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5和NMOS管MN6共源共栅连接的负载管；所述失调存储电容C1左极板连接NMOS管MN5的栅极，所述失调存储电容C1右极板连接NMOS管MN6的栅极。所述输出失调电流消除结构包括四个开关，四个开关包括正相输入支路上的开关SW2、负向输入支路上的开关SW3、正负输入端之间的开关SW4和负向输入通路上的开关SW5。所述开关SW2连接NMOS管MN3的漏极和NMOS管MN5的栅极、并保持常导通状态，用来和开关SW3匹配，减小正负两条支路匹配误差。所述开关SW3连接NMOS管MN4的漏极和MN6的栅极，在失调存储阶段导通，将负向输入支路电流对应电压值存储在失调存储电容C1右极板，开关S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构，包括差分输入跨导放大器，所述差分输入跨导放大器包含尾电流PMOS管MP5，由PMOS管MP1和MP2PMOS管构成的PMOS输入对管，共源共栅的PMOS管MP3和PMOS管MP4，由NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5和NMOS管MN6共源共栅连接的负载管；其特征在于：跨导放大器电路还包括一个失调存储电容C1和输出失调电流消除结构；所述失调存储电容C1左极板连接NMOS管MN5的栅极，所述失调存储电容C1右极板连接NMOS管MN6的栅极；所述输出失调电流消除结构包括四个开关，四个开关包括正相输入支路上的开关SW2、负向输入支路上的开关SW3、正负输入端之间的开关SW4和负向输入通路上的开关SW5；所述开关SW2连接NMOS管MN3的漏极和NMOS管MN5的栅极、并保持常导通状态；所述开关SW3连接NMOS管MN4的漏极和MN6的栅极；开关SW4连接PMOS管MP1和MP2PMOS管的栅极；开关SW5连接差分输入跨导放大器负向输入端和负向端输入信号VIN‑；所述开关SW3采用低电荷注入的开关结构，所述低电荷注入的开关结构包括单管开关NMOS管MN7，电荷注入补偿NMOS管MN8，缓冲器BUF1和反相器INV1；其中，所述NMOS管MN7和补偿NMOS管MN8尺寸比列为2:1，缓冲器BUF1和反相器INV1均采用低电压VL供电。...

【技术特征摘要】
1.一种基于输出电流存储的跨导放大器失调消除结构，包括差分输入跨导放大器，所述差分输入跨导放大器包含尾电流PMOS管MP5，由PMOS管MP1和MP2PMOS管构成的PMOS输入对管，共源共栅的PMOS管MP3和PMOS管MP4，由NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5和NMOS管MN6共源共栅连接的负载管；其特征在于：跨导放大器电路还包括一个失调存储电容C1和输出失调电流消除结构；所述失调存储电容C1左极板连接NMOS管MN5的栅极，所述失调存储电容C1右极板连接NMOS管MN6的栅极；所述输出失调电流消除结构包括四个开关，四个开关包括正相输入支路上的开关SW2、负向输入支路上的开关SW3、正负输入端之间的开关SW4和负向输入通路上的开关SW5；所述开关SW2连接NMOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅强，赵公元，辛睿山，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12