低失调高速全差分放大装置制造方法及图纸

技术编号:22332983 阅读:49 留言:0更新日期:2019-10-19 12:49
本发明专利技术公开了一种应用于高速接口系统的低失调的高速全差分放大装置,主要解决现有技术成本高,系统集成度低的问题。其包括:由四级级联的全差分放大器和低频反馈电路组成,该低频反馈电路连接在第四级的输出端与第一级的输入端之间,用以检测全差分放大器输出端信号的低频分量,并转化成电流反馈到输入端,降低放大器的低频失调电压,其由两级反馈放大器AF1、AF2和跨导放大器GF3级联组成,在第二级反馈放大器AF2的正向输入端和负向输出端之间连接有第一密勒电容Cm1,在第二级反馈放大器AF2的反向输入端与和正向输出端之间连接有第二密勒电容Cm2,本发明专利技术降低了失调电压和成本,提高了系统集成度,可用于高速模拟均衡系统。

Full differential amplifier with low offset and high speed

【技术实现步骤摘要】
低失调高速全差分放大装置
本专利技术属于微电子集成电路
,特别涉及一种全差分放大装置,可应用于高速模拟均衡系统中。
技术介绍
在射频系统前端放大以及高速模拟均衡系统中,常需要高速高精度的全差分放大器。为了提高放大器的增益和带宽,通常在电路设计中采用多级级联实现,并尽量减小信号通路上器件的尺寸,以达到减小寄生电容的目的,但这不可避免增大了电路的直流失调电压。解决上述问题的一种现有技术是在电路中加入失调消除电路,这一技术的原理是通过构建一个低频负反馈环路,以达到在不影响放大器高频增益的情况下降低电路直流失调电压的目的。在高速模拟均衡系统中,为了避免失调消除电路对高速信号的干扰,放大器的高通截止频率通常需要在20KHz左右。为了实现约20KHz的高通截止频率,反馈电路中通常需要使用0.1μF数量级的片外电容和较大的电阻,以此来降低反馈电路的低频主极点。但这种解决方案降低了系统的集成度,极大地增加了系统的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足,提供一种低失调高速全差分放大装置,以在有效减小放大器的低频失调电压的条件下,增加系统的集成度,降低系统的成本。为了达到上述目的,本专利技术提供的低失调的高速全差分放大器,包括:四级级联的全差分放大器,即第一级全差分放大器A1、第二级全差分放大器A2、第三级全差分放大器A3和第四级全差分放大器A4,其特征在于:第四级全差分放大器A4的输出端与第一级全差分放大器A1的输入端之间连接有低频反馈电路,用以检测输出端信号的低频分量,并转化成电流反馈到输入端,降低放大器的低频失调电压;所述低频反馈电路,由第一级反馈放大器AF1、第二级反馈放大器AF2和跨导放大器GF3级联组成,且在第二级反馈放大器AF2的正向输入端和负向输出端之间连接有第一密勒电容Cm1,在第二级反馈放大器AF2的反向输入端与和正向输出端之间连接有第二密勒电容Cm2,以使电容量倍增,减小所需电容的面积。作为优选,所述低频反馈电路中的第一级反馈电路AF1,包括:八个NMOS晶体管、三个PMOS晶体管、三个电阻、两个电流源,其中三个NMOS晶体管M17、M18、M25和两个PMOS晶体管M19、M20连接构成全差分放大器,用于放大差分输入信号;四个NOMS晶体管M21、M22、M23、M24、一个PMOS晶体管M27、三个电阻R9、R10、R11以及一个电流源Ib2构成共模反馈电路,用于检测输出端的共模信号并将其反馈到节点Vpb1;另一个NMOS晶体管M26及一个电流源Ib1与前三个NMOS晶体管M23、M24、M25连接,共同构成电流偏置电路。作为优选,所述低频反馈电路中的第二级反馈电路AF2包括:九个NMOS晶体管、三个PMOS晶体管、三个电阻、三个电流源,其中三个NMOS晶体管M28、M29、M36和两个PMOS晶体管M30、M31连接成全差分放大器结构,用于放大差分输入信号;四个NOMS晶体管M32、M33、M34、M35、一个PMOS晶体管M38、三个电阻R12、R13、R14以及一个电流源Ib4构成共模反馈电路,用于检测输出端的共模信号并将其反馈到节点Vpb2;一个电流源Ib3及NMOS晶体管M37与前述三个NMOS晶体管M34、M35、M36连接,共同构成电流偏置电路;一个电流源Ib5与NMOS晶体管M39连接,用来产生差分输出信号的共模电压。作为优选,所述低频反馈电路中的全差分跨导放大器GF3包括:四个NMOS晶体管、三个电流源,其中两个NMOS晶体管M40、M41为一组,另外两个NMOS晶体管M42、M43为另一组,分别构成差分输入对管,这两组差分输入对管分别连接到第二级反馈电路AF2的正向输出端和负向输出端,三个电流源为NMOS晶体管提供偏置电流。作为优选,所述四级级联的全差分放大器结构相同,每一级全差分放大器均包括:四个NMOS晶体管、一个尾电流源IT,两个电阻,将四个NMOS晶体管两两一组,其中第一组的两个NMOS晶体管用作放大器的差分输入对管,其源极分别与尾电流源IT相连接,其栅极分别连接到差分输入信号;第二组的两个NMOS晶体管用作放大器的输出端负载,其栅极分别通过电阻连接到偏置电压,其漏极和电源Vdd相连,其源极分别与第一组的两个NMOS晶体管的漏极两两相连并作为单级放大器的输出端与下一级放大器的输入端相连接。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:1.本专利技术由于在低频反馈网络中的第一级反馈电路AF1的输出电阻代替了无源电阻,利用更小的面积获得了较大的电阻阻值,同时获得了更加优化的噪声特性;2.本专利技术由于在低频反馈网络中的第二级反馈电路AF2的输入及输出端连接有密勒电容,采用密勒电容倍增技术,有效减小了构成低通滤波器的电容容值,从而使系统的面积以及成本降低,增加了系统的集成度;3.本专利技术由于在低频反馈网络中的第三级反馈电路全差分跨导放大器GF3中利用了源极负反馈结构,有效降低了高通拐角频率,从而使反馈网络获得更好的传输特性;4.本专利技术由于在四级级联的全差分放大器电路中,通过在负载的NMOS晶体管栅极串联电阻连接到偏置电压,增加了电路的带宽。附图说明图1为本专利技术的整体结构图;图2为图1中由四级级联构成的全差分放大器的电路原理图;图3为图1反馈电路中的第一级反馈电路AF1的电路原理图;图4为图1反馈电路中的第二级反馈电路AF2的电路原理图;图5为图1反馈电路中的全差分跨导放大器GF3的电路原理图;图6为本专利技术的幅频特性曲线图。具体实施方式为了使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实例和附图,对本专利技术实例做进一步详细说明。参见图1,本专利技术包括由四级全差分放大器级联构成的全差分放大电路1和反馈电路2。其中四级级联构成的全差分放大电路1,由四级全差分放大器A1、A2、A3和A4构成,级间采用直接耦合连接方式,以此实现高增益和高带宽;反馈电路2连接在第四级全差分放大器A4的输出端与第一级全差分放大器A1的输入端之间,用于将整个装置的低频信号反馈到输入端;该反馈电路包括第一级反馈分放大器AF1、第二级反馈放大器AF2和全差分跨导放大器GF3,其中第一级反馈放大器AF1、第二级反馈放大器AF2、全差分跨导放大器GF3这三级之间采用直接耦合的方式相连接,且第二级反馈放大器AF2的正向输入端与负向输出端连接有第一密勒电容Cm1,第二级反馈放大器AF2的负向输入端与正向输出端之间连接有第二密勒电容Cm2,以使电容量倍增,减小所需电容的面积。参见图2,本实例的四级差分放大电路,其连接关系如下所述四级级联的全差分放大器结构相同,每一级全差分放大器均包括:四个NMOS晶体管、一个尾电流源IT,两个电阻,将四个NMOS晶体管两两一组,其中第一组的两个NMOS晶体管用作全差分放大器的差分输入对管,其源极分别与尾电流源IT相连接,其栅极分别连接到差分输入信号;第二组的两个NMOS晶体管用作全差分放大器的输出端负载,其栅极分别通过电阻连接到偏置电压,其漏极和电源Vdd相连,其源极分别与第一组的两个NMOS晶体管的漏极两两相连并作为单级全差分放大器的输出端与下一级放大器的输入端相连接。其中:第一级全差分放大器A1,包括:四个NMOS晶体管M1、M2、M3、M4、尾电流源IT1、两个电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低失调的高速全差分放大装置,包括四级级联的全差分放大器,即第一级全差分放大器A1、第二级全差分放大器A2、第三级全差分放大器A3与第四级全差分放大器A4,第四级全差分放大器A4的输出端与第一级全差分放大器A1的输入端之间连接有低频反馈电路,用以检测输出端信号的低频分量,并转化成电流反馈到输入端,降低放大器的低频失调电压;其特征在于:所述低频反馈电路,由第一级反馈放大器AF1、第二级反馈放大器AF2和跨导放大器GF3级联组成,且在第二级反馈放大器AF2的正向输入端和负向输出端之间连接有第一密勒电容Cm1,在第二级反馈放大器AF2的反向输入端与与正向输出端之间连接有第二密勒电容Cm2,以使电容量倍增,减小所需电容的面积。

【技术特征摘要】
2018.11.23 CN 20181140276711.一种低失调的高速全差分放大装置,包括四级级联的全差分放大器,即第一级全差分放大器A1、第二级全差分放大器A2、第三级全差分放大器A3与第四级全差分放大器A4,第四级全差分放大器A4的输出端与第一级全差分放大器A1的输入端之间连接有低频反馈电路,用以检测输出端信号的低频分量,并转化成电流反馈到输入端,降低放大器的低频失调电压;其特征在于:所述低频反馈电路,由第一级反馈放大器AF1、第二级反馈放大器AF2和跨导放大器GF3级联组成,且在第二级反馈放大器AF2的正向输入端和负向输出端之间连接有第一密勒电容Cm1,在第二级反馈放大器AF2的反向输入端与与正向输出端之间连接有第二密勒电容Cm2,以使电容量倍增,减小所需电容的面积。2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,低频反馈电路中的第一级反馈电路AF1,包括:八个NMOS晶体管、三个PMOS晶体管、三个电阻、两个尾电流源,其中三个NMOS晶体管M17、M18、M25与两个PMOS晶体管M19、M20连接构成全差分放大器,用于放大差分输入信号;四个NMOS晶体管M21、M22、M23、M24、一个PMOS晶体管M27、三个电阻R9、R10、R11以及一个电流源Ib2构成共模反馈电路,用于检测输出端的共模信号并将其反馈到节点Vpb1;另一个NMOS晶体管M26及一个电流源Ib1与前三个NMOS晶体管M23、M24、M25连接,共同构成电流偏置电路。3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,低频反馈电路中的第二级反馈电路AF2包括:九个NMOS晶体管、三个PMOS晶体管、三个电阻、三个电流源,其中三个NMOS晶体管M28、M29、M36与两个PMOS晶体管M30、M31连接成全差分放大器结构,用于放大差分输入信号;四个NMOS晶体管M32、M33、M34、M35、一个PMOS晶体管M38、三个电阻R12、R13、R14以及一个电流源Ib4构成共模反馈电路,用于检测输出端的共模信号并将其反馈到节点Vpb2;一个电流源Ib3及NMOS晶体管M37与前述三个NMOS晶体管M34、M35、M36连接,共同构成电流偏置电路;一个电流源Ib5与NMOS晶体管M39连接,用来产生差分输出信号的共模电压。4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,低频反馈电路中的第三级全差分跨导放大器GF3包括:四个NMOS晶体管、三个电流源,其中两个NMOS晶体管M40、M41为一组,另外两个NMOS晶体管M42、M43为另一组,分别构成差分输入对管,这两组差分...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘红侠吴红兵韩涛
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

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