一种宽带跨阻放大器制造技术

一种宽带跨阻放大器，包括第一级差分放大器、第二级共基放大器、偏置模块、反馈电阻和滤波电容，偏置模块用于提供偏置；第二级共基放大器与第一级差分放大器直接耦合构成整体运放，利用共基级高频特性好的特点实现高开环增益，在不增加电路复杂度的同时实现了跨阻放大器更高的带宽范围；同时针对采用共基级耦合带来的等效输入阻抗小、拉低第一级负载电阻的问题，第一级差分放大器的输入管采用达林顿管结构，从而有效提高电流输入对管的电流增益，在一定程度上缓解了第一级运放开环增益不足的问题。反馈电阻接在跨阻放大器的输入端和输出端之间用于提供跨阻增益，滤波电容用于稳定基准电压，一些实施例中还设置了输入过流保护模块以保护整体电路。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带跨阻放大器
本专利技术属于模拟集成电路
，具体涉及一种宽带跨阻放大器。
技术介绍
跨阻放大器(TIA)是光接收芯片中极其重要的组成部分，通常作为前置放大器用以将微弱光电流放大并转化为电压信号以方便后级电路进行处理。而光接收芯片通常应用于光通信领域(如光电耦合器中的光接收模块)，随着现代高速光通信的发展，要实现高速光通信中的高速信号传输必然要求光接收芯片有着更高的光电转换速率，本质上便是需要更大带宽的跨阻放大器，如何设计出大带宽的跨阻放大器便成为一个重要的研究方向。目前跨阻放大器大多采用并联-并联负反馈的拓扑结构，其组成如图1所示。由运算放大器A提供开环增益，由反馈电阻Rf将输入电流转换为电压信号，提供跨阻增益。这种结构等效于设计性能优异的运算放大器A，只要保证运算放大器A的高增益、高带宽、低噪声便能在一定程度上保证整体跨阻放大器的高带宽、低噪声。在开环增益足够的情况下，跨阻增益仅由反馈电阻Rf的值确定。传统应用于并联-并联负反馈跨阻放大器的电压运算放大器，大多为差分级、共源级(共射级)、Cascade(共源共栅)结构等直接级联构成，因为需要较大的开环增益来实现较大的闭环带宽，因此多级运放是无法避免的。以图3示例传统运放结构下的跨阻放大器，采用传统运放结构的跨阻放大器中包括反馈电阻Rf、由三极管Q11、Q12和电阻R7、R8构成的第一级结构，以及由三极管Q13和电阻R9、R10构成的第二级结构。参考图4表示共射级寄生节点电容，显然在第一级和第二级的直接耦合点a处存在较大的节点电容，并且由于是从基极端进行信号输入，节点a的电阻将是一个较大值，即节点a是一个大阻抗节点。这等同于跨阻放大器中运算放大器A的寄生主极点PA位于较低频率处。而对整个跨阻放大器系统而言，PA等同于跨阻放大器系统的次极点(跨阻放大器系统主极点由输入节点中光电二极管的寄生电容和反馈电阻值共同确定，一般远低于运算放大器A内部的寄生极点)，如果次极点频率过低，将严重降低系统的闭环带宽，并且可能带来稳定性问题。具体可参考图5所示幅频曲线，在环路单位增益带宽(GWB)之内，引入次极点PA导致增益以更大幅度降低，严重减小了GBW的值，从而降低闭环系统带宽。
技术实现思路
针对上述采用传统电压运放结构的跨阻放大器由于寄生主极点过低，导致降低开环单位增益带宽GBW的问题，本专利技术提出一种宽带跨阻放大器，第二级采用共基电路与第一级进行级联，在不过度增加电路复杂度的同时，有效提高了运放寄生主极点的位置，增加了跨阻放大器系统带宽；同时将第一级输入管替代为达林顿管从而增加输入管电流放大倍数，有效克服了共基级输入电阻过小而降低第一级增益的问题。本专利技术的技术方案为：一种宽带跨阻放大器，包括第一级差分放大器、第二级共基放大器、偏置模块、反馈电阻和滤波电容，所述偏置模块用于为所述第一级差分放大器和第二级共基放大器提供偏置；第一级差分放大器包括第一NPN型三极管、第二NPN型三极管、第三NPN型三极管、第四NPN型三极管、第一电阻和第五电阻，第二NPN型三极管的基极作为所述宽带跨阻放大器的输入端，其发射极连接第一NPN型三极管的基极，其集电极连接第一NPN型三极管的集电极和第五电阻的一端并作为所述第一级差分放大器的输出端；第四NPN型三极管的基极连接基准电压并通过所述滤波电容后接地，其发射极连接第三NPN型三极管的基极，其集电极连接第三NPN型三极管的集电极和第五电阻的另一端并连接电源电压；第一电阻一端连接第一NPN型三极管的发射极和第三NPN型三极管的发射极，另一端接地；所述第二级共基放大器包括第二电阻、第一PNP型三极管和第五NPN型三极管，第一PNP型三极管的发射极连接所述第一级差分放大器的输出端，其集电极连接第五NPN型三极管的基极和集电极，其基极连接偏置电压；第二电阻一端连接第五NPN型三极管的发射极并作为所述宽带跨阻放大器的输出端，另一端接地；反馈电阻接在所述宽带跨阻放大器的输入端和输出端之间。具体的，所述偏置模块包括第六NPN型三极管、第七NPN型三极管、第八NPN型三极管、第三电阻、第四电阻和第六电阻，第八NPN型三极管的基极和集电极连接第七NPN型三极管的基极以及基准电流并产生所述基准电压连接至第四NPN型三极管的基极，其发射极通过第四电阻后接地；第七NPN型三极管的集电极连接第六NPN型三极管的基极和集电极并产生所述偏置电压连接至第一PNP型三极管的基极，其发射极通过第三电阻后接地；第六电阻接在第六NPN型三极管的发射极和电源电压之间。具体的，所述宽带跨阻放大器还包括输入过流保护模块，所述输入过流保护模块包括第九NPN型三极管，第九NPN型三极管的基极连接第四NPN型三极管的基极，其发射极连接所述宽带跨阻放大器的输出端，其集电极接地。本专利技术的有益效果为：本专利技术将共基级与第一级差分放大器直接耦合，提高了跨阻放大器的高频特性，在不增加电路复杂度的同时实现了跨阻放大器更高的带宽范围；同时将第一级差分放大器的输入管替代为达林顿管，增加输入管电流放大倍数，从而有效克服了共基级输入电阻过小而降低第一级增益的问题；另外设置了输入过流保护模块，提升电路稳定性和安全性。附图说明图1为并联-并联负反馈跨阻放大器拓扑结构示意图。图2为跨阻放大器系统断环分析原理图。图3为采用传统级联运放的跨阻放大器示意图。图4为共射极电路寄生结电容示意图。图5为传统跨阻放大器结构与本专利技术提出的一种宽带跨阻放大器的幅频特性曲线对比示意图。图6为本专利技术提出的一种宽带跨阻放大器在实施例中的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述。本专利技术提出一种宽带跨阻放大器，包括第一级差分放大器、第二级共基放大器、偏置模块、反馈电阻Rf和滤波电容C1，其中第一级差分放大器和第二级共基放大器构成了宽带跨阻放大器中的运放，第一级差分放大器作为输入级，如图6所示，包括第一NPN型三极管Q1、第二NPN型三极管Q2、第三NPN型三极管Q3、第四NPN型三极管Q4、第一电阻R1和第五电阻R5，第二NPN型三极管Q2的基极作为宽带跨阻放大器的输入端连接输入信号PD_in，其发射极连接第一NPN型三极管Q1的基极，其集电极连接第一NPN型三极管Q1的集电极和第五电阻R5的一端并作为第一级差分放大器的输出端即节点a；第四NPN型三极管Q4的基极连接基准电压Vref并通过滤波电容C1后接地GND，其发射极连接第三NPN型三极管Q3的基极，其集电极连接第三NPN型三极管Q3的集电极和第五电阻R5的另一端并连接电源电压VDD；第一电阻R1一端连接第一NPN型三极管Q1的发射极和第三NPN型三极管Q3的发射极，另一端接地GND。第二级共基放大器用于提供额外开环增益，如图6所示，包括第二电阻R2、第一PNP型三极管Q5和第五NPN型三极管Q6，第一PNP型三极管Q5的发射极连接第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带跨阻放大器，其特征在于，包括第一级差分放大器、第二级共基放大器、偏置模块、反馈电阻和滤波电容，/n所述偏置模块用于为所述第一级差分放大器和第二级共基放大器提供偏置；/n第一级差分放大器包括第一NPN型三极管、第二NPN型三极管、第三NPN型三极管、第四NPN型三极管、第一电阻和第五电阻，/n第二NPN型三极管的基极作为所述宽带跨阻放大器的输入端，其发射极连接第一NPN型三极管的基极，其集电极连接第一NPN型三极管的集电极和第五电阻的一端并作为所述第一级差分放大器的输出端；/n第四NPN型三极管的基极连接基准电压并通过所述滤波电容后接地，其发射极连接第三NPN型三极管的基极，其集电极连接第三NPN型三极管的集电极和第五电阻的另一端并连接电源电压；/n第一电阻一端连接第一NPN型三极管的发射极和第三NPN型三极管的发射极，另一端接地；/n所述第二级共基放大器包括第二电阻、第一PNP型三极管和第五NPN型三极管，/n第一PNP型三极管的发射极连接所述第一级差分放大器的输出端，其集电极连接第五NPN型三极管的基极和集电极，其基极连接偏置电压；/n第二电阻一端连接第五NPN型三极管的发射极并作为所述宽带跨阻放大器的输出端，另一端接地；/n反馈电阻接在所述宽带跨阻放大器的输入端和输出端之间。/n...

【技术特征摘要】
1.一种宽带跨阻放大器，其特征在于，包括第一级差分放大器、第二级共基放大器、偏置模块、反馈电阻和滤波电容，
所述偏置模块用于为所述第一级差分放大器和第二级共基放大器提供偏置；
第一级差分放大器包括第一NPN型三极管、第二NPN型三极管、第三NPN型三极管、第四NPN型三极管、第一电阻和第五电阻，
第二NPN型三极管的基极作为所述宽带跨阻放大器的输入端，其发射极连接第一NPN型三极管的基极，其集电极连接第一NPN型三极管的集电极和第五电阻的一端并作为所述第一级差分放大器的输出端；
第四NPN型三极管的基极连接基准电压并通过所述滤波电容后接地，其发射极连接第三NPN型三极管的基极，其集电极连接第三NPN型三极管的集电极和第五电阻的另一端并连接电源电压；
第一电阻一端连接第一NPN型三极管的发射极和第三NPN型三极管的发射极，另一端接地；
所述第二级共基放大器包括第二电阻、第一PNP型三极管和第五NPN型三极管，
第一PNP型三极管的发射极连接所述第一级差分放大器的输出端，其集电极连接第五NPN型三极管的基极和集电极，其基极连接偏置电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐，赵乙蔷，张有润，甄少伟，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51