具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，包括：输入级电路，设置有正输入端INP和负输入端INN，输入级电路能将正负两路电压信号转换为电流信号；增益级电路，将上述电流信号进行跨导放大，输出一个电压信号；输出级电路，将电压信号传递到本放大器的输出端OUT，增加电流驱动能力；输入级电路包括：第一缓冲器，其输入端为正输入端INP；第二缓冲器，其输入端为正输入端INN；电阻Re，其两端分别连接第一缓冲器的第一输出端和第二缓冲器的输出端；本发明专利技术具有同时满足电压反馈放大器的外部特性和电流反馈放大器的高压摆率特性的有益效果。

High speed voltage feedback amplifier with current feedback amplifier characteristics

【技术实现步骤摘要】
具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器
本专利技术涉及一种电压反馈放大器,尤其是涉及高速电压反馈放大器。
技术介绍
运算放大器按照反馈方式的不同，可以分为电流反馈放大器（CFA，如图1B所示）和电压反馈放大器（VFA，如图1C所示）两种。这两种结构的运算放大器有各自的优点：电压反馈放大器的优点在于：内部结构和外围应用电路简单，用反馈电阻和输入电阻即可确定输入零点和环路增益，同时由于正负输入端是对称的差分对管结构，输入阻抗大，共模特性好，芯片具有良好的共模抑制比和电源抑制比。电流反馈放大器的优点在于：内部的输入级和增益级都采用高频特性好的跟随器结构和电流镜结构，放大器的带宽是不受反馈环路限制的，所以整个放大器具有宽带，高频特性好，压摆率高的优点。两种放大器的缺点也是很明显的：对于电压反馈放大器，由于带宽和反馈环路增益的乘积是恒定的，所以在保证合适增益的情况下，放大器的带宽一般偏小，高频性能不如电流放大器。加上差分输入节点的电容较大，内部补偿补偿电容的存在，整个放大器的压摆率较小，在高摆率大信号输入时的转换性能较差。对于电流反馈放大器，内部电路结构复杂，外围应用电路的参数设置较为严格，首先确定合适的反馈电阻，因为反馈电阻影响放大器的主极点和带宽；然后选取合适的输入电阻，因为正负输入端是不对称的，正输入为高阻节点，负输入为低阻节点，输入电阻过大会导致环路增益减小，限制了应用范围，输入电阻过小会导致输入零点频率过小，减小了带宽并严重影响放大器的高频特性。同时，不对称的输入级让芯片的共模特性变差，共模抑制比一般劣于电压反馈放大器。
技术实现思路
本专利技术根据以上不足，提供了一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，在保留电流反馈放大器主要结构的情况下，将输入级改成了电压反馈放大器的差分输入结构，从而使反馈信号由电流变成了电压，在牺牲了一部分放大器带宽的情况下，让放大器同时具有电压反馈放大器的外部特性和电流反馈放大器的高压摆率特性。本专利技术的技术方案是：一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，包括：输入级电路，设置有正输入端INP和负输入端INN，输入级电路能将正负两路电压信号转换为电流信号；增益级电路，将上述电流信号进行跨导放大，输出一个电压信号；输出级电路，将电压信号传递到本放大器的输出端OUT，增加电流驱动能力；本放大器的输出端OUT经反馈电阻Rf一路经输入电阻Ri接地、另一路连接输入级电路的负输入端INN；输入级电路包括：第一缓冲器，其输入端为正输入端INP；第二缓冲器，其输入端为正输入端INN；电阻Re，其两端分别连接第一缓冲器的第一输出端和第二缓冲器的输出端；增益级电路包括：电流镜，其输入端连接第一缓冲器的第二输出端，电流镜的输出端连接输出级电路的输入端，第一缓冲器的第二输出端经电阻Re连接第二缓冲器的输出端。输出级电路包括：第三缓冲器，其输入端连接电流镜的输出端，第三缓冲器的输出端为输出级电路的输出端OUT；补偿电容Cc，其两端分别连接第三缓冲器的输入端和输出端。当所述高速放大器的正负输入端分别输入差分的电压信号时，所述第一缓冲器和第二缓冲器将相位相反，幅值相同的两路信号传输到所述电阻Re的两端，通过该电阻Re转换为一个电流信号。所述电流信号的值为差分输入电压比所述电阻Re的阻值，该电流从所述第一缓冲器的另一输出端输出到所述增益级电路。所述电流镜对电流信号进行跨导放大，将所述电流信号一比一地镜像传递到所述增益级电路的输出端的同时，会在此处转换成一个幅值较大的电压信号。因为此输出端节点的等效电阻一般为几百千欧到几兆欧，所述电压信号的大小为所述电流信号乘以所述增益级电路输出端的节点等效电阻。该电压信号经过所述第三缓冲器，到达所述高速放大器的输出端。本专利技术提出的具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，其高速特性是这样实现的：通过保留与传统的电流反馈放大器一致的部分输入级，和全部的增益级输出级电路，实现了整体放大器电路的高速和宽带，即放大器的主体结构是传统的电流反馈放大器。本专利技术提出的具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，其电压反馈特性是这样实现的：通过采用与传统的电压反馈放大器类似的对称差分输入级电路，并添加一些合适的偏置电路，根据负输入端的收到的电压信号，调整放大器的输出电压和电流，即放大器反馈环路的拓扑依然是电压反馈。本专利技术具有同时满足电压反馈放大器的外部特性和电流反馈放大器的高压摆率特性的有益效果。附图说明图1A是运算放大器的结构示意图。图1B是传统的电压反馈放大器结构示意图。图1C是传统的电流反馈放大器结构示意图。图2是本专利技术提出的具有高速特性的电压反馈放大器结构示意图。图3是本专利技术的实施例。图4是本专利技术的另一实施例。具体实施方式现结合附图对本专利技术作进一步的说明：如图所示，为了更清晰地阐述本专利技术的创新之处，即如何在放大器整体反馈方式为电压反馈的同时，还保留了电流反馈放大器的高速更准确的说法是高压摆率，高转换率特性，首先结合两种反馈方式的放大器的工作原理进行说明。图1A示出了运算放大器的结构示意图。如图1A所示，不管是哪一种放大器，都由输入级电路10，增益级电路20和输出级电路30组成。工作时需要将放大器的外围反馈电路设置成深度负反馈的环路，所以需要反馈电阻Rf和输入电阻Ri。图1B示出了传统的电压反馈放大器结构示意图。如图1B所示，传统的电压反馈放大器的输入级10为严格对称差分对管的结构，将输入电压信号放大一定倍数后传递到增益级。增益级20一般采用共源级或者类似的高电压增益结构，输出级30有很多种结构，在此不再详细列出。为了保证放大器有足够的相位裕度和增益裕度，在输出级的输入端和输出端还会跨接一个合适的补偿电容Cc。当输入端输入一个正阶跃信号，这个电压信号会瞬间传递到增益级的输入端，即补偿电容的前端，增益级的偏置电流源会对补偿电容迅速充电。电容充电并放电后，这个阶跃大信号会传递到输出端。输出端瞬时电压的变化率等于上述偏置电流值比补偿电容值，同时偏置电流一般在几十到几百微安，所以补偿电容不能过大。因为电容过大会让上述的充放电过程变缓，直接降低了大信号到达输出端的最大瞬时变化率，严重影响放大器的速度。图1C示出了传统的电流反馈放大器结构示意图。如图1C所示，电流反馈放大器的输入级10是不对称的，正输入端的输入电压信号经过一个缓冲器，才会到达误差电阻Re，转换成电流信号。增益级20一般采用电流镜结构，这个电流信号经过增益级20的跨导放大，到达输出级30。输出级30与VFA类似也有很多种。同样地，为了保证放大器有足够的相位裕度和增益裕度，在输出级30的输入端和的输出端还会跨接一个合适的补偿电容Cc。同样地输入一个正阶跃信号，这个电压信号经过误差电阻变成一个阶跃的电流信号后，电流镜20会瞬间把这个电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，包括：/n输入级电路（10），设置有正输入端INP和负输入端INN，输入级电路（10）能将正负两路电压信号转换为电流信号；/n增益级电路（20），将上述电流信号进行跨导放大，输出一个电压信号；/n输出级电路（30），将电压信号传递到本放大器的输出端OUT，增加电流驱动能力；/n其特征是：/n输入级电路（10）包括：/n第一缓冲器（110），其输入端为正输入端INP；/n第二缓冲器（120），其输入端为正输入端INN；/n电阻Re，其两端分别连接第一缓冲器（110）的第一输出端和第二缓冲器（120）的输出端；/n第一缓冲器（110）的第二输出端连接增益级电路（20）的 输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，包括：
输入级电路（10），设置有正输入端INP和负输入端INN，输入级电路（10）能将正负两路电压信号转换为电流信号；
增益级电路（20），将上述电流信号进行跨导放大，输出一个电压信号；
输出级电路（30），将电压信号传递到本放大器的输出端OUT，增加电流驱动能力；
其特征是：
输入级电路（10）包括：
第一缓冲器（110），其输入端为正输入端INP；
第二缓冲器（120），其输入端为正输入端INN；
电阻Re，其两端分别连接第一缓冲器（110）的第一输出端和第二缓冲器（120）的输出端；
第一缓冲器（110）的第二输出端连接增益级电路（20）的输入端。


2.如权利要求1所述的一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，其特征是，所述增益级电路（20）包括：
电流镜，其输入端连接所述第一缓冲器（110）的第二输出端，电流镜的输出端连接输出级电路（30）的输入端。


3.如权利要求2所述的一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，其特征是，所述输出级电路（30）包括：
第三缓冲器（310），其输入端连接所述电流镜的输出端，第三缓冲器（310）的输出端为本输出级电路（30）的输出端OUT；
补偿电容Cc，其两端分别连接第三缓冲器（310）的输入端和输出端。


4.如权利要求3所述的一种具有电流反馈放大器特性的高速电压反馈放大器，其特征是，所述第一缓冲器（110）包括：
PMOS管M1，其栅极连接正输入端INP、漏极接地、源极经电流源I1接电源；
NMOS管M2，其栅极连接电流源I1、源极一路经电流源I2接地、漏极连接电流镜的输入端，NMOS管M2的源极另一路连接所述电阻Re的一端；
所示第二缓冲器（120）包括：
PMOS管M3，其栅极连接负输入端INN、源极经电流源I3接电源、漏极接地；
NMOS管M4，其栅极连接电流源I1、源极一路经电流源I4接地、漏极经二极管D1接电源，NMOS管M4的源极还连接电阻Re的另一端。
所述电流镜包括：
PMOS管M5，其源极连接电源、漏极分别连接栅极和所述NMOS管M2的漏极；
PMOS管M6，其栅极连接PMOS管M5的栅极，PMOS管M6的源极连接电源、漏极作为电流镜的输出端。
所述输出级电路（30）包括：
PMOS管M7，其栅极一路经电阻R2连接所述PMOS管M6的漏极、另一路经电流源I6到地，源极经电流源I7到电源，PMOS管M7的漏极接地；
PMOS管M8，其栅极连接PMOS管M7的源极，P...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟理，
申请(专利权)人：杭州瑞盟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33