一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，包括：第一部分电路、第二部分电路和第三部分电路。本发明专利技术可有效利用电流复用技术减小功耗；有效提高带宽并避免大面积电感的使用，大大减小芯片面积和成本；有效提高放大器的线性度；有效解决带宽的一致性和增益之间的矛盾；有效提高共模抑制比，降低共模噪声的影响。

A UWB amplifier unit circuit based on improved TIA

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路
本专利技术涉及模拟集成电路设计
，尤其是一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路。
技术介绍
在无线通信技术需求的推动下，应用于高数据传输速率的毫米波通信系统中的收发机快速发展，但是在毫米波信号传输过程中，受自由空间传输损耗的影响，发射机发射的信号功率最终到达接收机端时变化较大，大大超出基带电路所能处理的信号幅度范围。因此为了使基带电路获得最优幅度的信号，减小误码率，必须在接收机中采用可变增益放大器进行增益调节，其性能也直接决定了整个接收机系统性能。而作为可变增益放大器的关键组成部分，超宽带放大器单元电路成为接收机设计中的重点和难点。目前在超宽带放大器设计中面临的主要挑战是如何在低功耗下有效提高放大器的增益、带宽、线性度以及噪声性能，另外，对于应用于可变增益放大器中的超宽带放大器单元电路而言，其还应在增益调节的同时保证带宽不变。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，可有效利用电流复用技术减小功耗；有效提高带宽并避免大面积电感的使用，大大减小芯片面积和成本；有效提高放大器的线性度；有效解决带宽的一致性和增益之间的矛盾；有效提高共模抑制比，降低共模噪声的影响。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，包括：第一部分电路100、第二部分电路200和第三部分电路300；第一部分电路100和第二部分电路200的差分输入端相连，并作为整个放大器的输入端；第二部分电路200的输出端与第三部分电路300的输入端直接相连；第一部分电路100是用于中和放大器输入电容的独立于主放大器之外的负电容发生器；第二部分电路200是将输入电压信号转换成电流信号的跨导级放大器；第三部分电路300是将电流信号转换成电压信号并输出的改进型跨阻放大器。优选的，第一部分电路100包括第一差分放大器、第一差分输入信号和中和电容；第一差分放大器包括第十一晶体管M11、第十二晶体管M12、第一电阻R1和第二电阻R2，其中第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的源极连接后通过第二电流源I2接地，第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的漏极分别通过第一电阻R1和第二电阻R2连接电源Vcc；中和电容包括第一电容Cn1和第二电容Cn2,，第十一晶体管M11的栅极通过第一电容Cn1与第十二晶体管M12的漏极连接，第十二晶体管M12的栅极通过第二电容Cn2与第十一晶体管M11的漏极连接，第十一晶体管M11和第十二M12的栅极分别连接差分输入信号Vin和Vip。优选的，第十一晶体管M11和第十二晶体管M12为N型晶体管。优选的，第二部分电路200包括第二差分放大器和第二差分输入信号，第二差分放大器包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4，第一晶体管M1和第二晶体管M2的源极连接后经第一电流源I1接地，第一晶体管M1和第二晶体管M2的栅极分别接差分输入电压Vip和Vin，第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极分别连接第三晶体管M3和第四晶体管M4的漏极，连接点分别为节点A和节点B；第三晶体管M3和第四晶体管M4的栅极均接电压Vp，第三晶体管M3和第四晶体管M4的源极均接电源Vcc。优选的，第一晶体管M1和第二晶体管M2为N型晶体管，第三晶体管M3和第四M4为P型晶体管。优选的，第三部分电路300包括两个反相器结构、两个反馈电阻、两个自偏置尾电流源和第三差分输出信号；第一反相器结构包括第五晶体管M5和第九晶体管M9，第二反相器结构包括第六晶体管M6和第十晶体管M10，第一自偏置尾电流源包括第七晶体管M7和第一偏置电阻Rb1，第二自偏置尾电流源包括第八晶体管M8和第二偏置电阻Rb2；第五晶体管M5和第九晶体管M9的栅极均连接节点A，第六晶体管M6和第十晶体管M10的栅极均连接节点B，第五晶体管M5的漏极和第六晶体管M6的漏极之间串联连接第一偏置电阻Rb1和第二偏置电阻Rb2，其连接点与第七晶体管M7和第八晶体管M8的栅极连接；第五晶体管M5和第六晶体管M6的源极连接，且同时与第七晶体管M7和第八晶体管M8的漏极连接；第七晶体管M7的源极和第八晶体管M8的源极均与地连接；第五晶体管M5和第九晶体管M9的漏极、第六晶体管M6和第十晶体管M10的漏极分别与差分输出端Vop和Von连接，第九晶体管M9和第十晶体管M10的源极接电源Vcc，节点A和B分别通过第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2连接输出端Vop和Von。优选的，第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7和第八晶体管M8为N型晶体管，第九晶体管M9和第十晶体管M10为P型晶体管。本专利技术的有益效果为：首先通过采用基于反相器结构的电流复用技术减小跨阻级功耗同时获得较大的输入跨导，从而提高整个电路的带宽和线性度；其次通过在跨阻级放大器中增加带有电阻自偏置的尾电流源，在不影响带宽的情况下大大提高了传统反相器结构的共模抑制比，增加对共模噪声的抑制能力；最后通过采用独立的中和电容减小单元电路输入端的寄生电容，既使得该单元电路在级联情况下依然具有优异的宽带特性，又避免了用于可变增益放大器中时，增益的变化对电容中和效果的影响，保证了不同增益下带宽的一致性。附图说明图1(a)为本专利技术基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路示意图。图1(b)为本专利技术基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路原理示意图。图2(a)为本专利技术提出的单元电路的增益幅频特性曲线示意图。图2(b)为本专利技术有无自偏置尾电流源时跨阻级放大器共模抑制比的幅频特性曲线对比示意图。具体实施方式如图1(a)所示，一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，包括三部分电路：第一部分电路100是用于中和放大器输入电容的独立于主放大器之外的负电容发生器，该电路可有效减小输入对地电容，在级联应用中有效提高带宽；第二部分电路200是将输入电压信号转换成电流信号的跨导级放大器；第三部分电路300是将电流信号转换成电压信号并输出的改进型跨阻放大器，该电路采用基于反相器的改进型TIA，有效增加跨导、带宽、线性度、共模抑制比并降低功耗。第一部分电路100和第二部分电路200的差分输入端相连，并作为整个放大器的输入端。如图1(b)所示，本专利技术第一部分负电容发生器包括一个全差分放大器和两个中和电容第一电容Cn1和第二电容Cn2，差分放大器包括N型第十一晶体管M11和第十二晶体管M12、以及两个电阻第一电阻R1和第二电阻R2，其中第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的源极连接后通过第二电流源I2接地，第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的漏极分别通过第一电阻R1和第二电阻R2连接电源Vcc，第十一晶体管M11的栅极通过中和电容第一电容Cn1与第十二晶体管M12的漏极连接，第十二晶体管M12的栅极通过另一中和电容第二电容Cn2与第十一晶体管M11的漏极连接，第十一晶体管M11的栅极连接输入电压Vin，第十二晶体管M1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，其特征在于，包括：第一部分电路(100)、第二部分电路(200)和第三部分电路(300)；第一部分电路(100)和第二部分电路(200)的差分输入端相连，并作为整个放大器的输入端；第二部分电路(200)的输出端与第三部分电路(300)的输入端直接相连；第一部分电路(100)是用于中和放大器输入电容的独立于主放大器之外的负电容发生器；第二部分电路(200)是将输入电压信号转换成电流信号的跨导级放大器；第三部分电路(300)是将电流信号转换成电压信号并输出的改进型跨阻放大器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，其特征在于，包括：第一部分电路(100)、第二部分电路(200)和第三部分电路(300)；第一部分电路(100)和第二部分电路(200)的差分输入端相连，并作为整个放大器的输入端；第二部分电路(200)的输出端与第三部分电路(300)的输入端直接相连；第一部分电路(100)是用于中和放大器输入电容的独立于主放大器之外的负电容发生器；第二部分电路(200)是将输入电压信号转换成电流信号的跨导级放大器；第三部分电路(300)是将电流信号转换成电压信号并输出的改进型跨阻放大器。


2.如权利要求1所述的基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，其特征在于，第一部分电路(100)包括第一差分放大器、第一差分输入信号和中和电容；第一差分放大器包括第十一晶体管M11、第十二晶体管M12、第一电阻R1和第二电阻R2，其中第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的源极连接后通过第二电流源I2接地，第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的漏极分别通过第一电阻R1和第二电阻R2连接电源Vcc；中和电容包括第一电容Cn1和第二电容Cn2，第十一晶体管M11的栅极通过第一电容Cn1与第十二晶体管M12的漏极连接，第十二晶体管M12的栅极通过第二电容Cn2与第十一晶体管M11的漏极连接，第十一晶体管M11和第十二M12的栅极分别连接差分输入信号Vin和Vip。


3.如权利要求2所述的基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，其特征在于，第十一晶体管M11和第十二晶体管M12为N型晶体管。


4.如权利要求1所述的基于改进型TIA的超宽带放大器单元电路，其特征在于，第二部分电路(200)包括第二差分放大器和第二差分输入信号，第二差分放大器包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4，第一晶体管M1和第二晶体管M2的源极连接后经第一电流源I1接地，第一晶体管M1和第二晶体管M2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李连鸣，何龙，吴旭，牛晓康，付宇鹏，
申请(专利权)人：东南大学，网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：江苏;32