一种基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器，包括：输入级前馈共栅放大器、增益级电容退化共源放大器和米勒电容；所述输入级前馈共栅放大器的输入端接入电流信号，所述输入级前馈共栅放大器的输出端与所述增益级电容退化共源放大器的输入端连接，所述增益级电容退化共源放大器的输出端输出电压信号；所述米勒电容分别与所述输入级前馈共栅放大器和所述增益级电容退化共源放大器连接。本发明专利技术在提升放大器跨阻增益的同时，大幅地拓展了带宽，且拥有高增益平坦度以及小版图面积的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器


[0001]本专利技术属于模拟集成电路
，尤其涉及一种基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器。

技术介绍

[0002]伴随着光通信技术的兴起与高速发展，其在现代通信领域的承担的作用愈发重要，光通信技术已成为现代通信的重要支柱，人们对其各项技术指标提升的需求也愈发强烈。在光通信技术中，跨阻放大器可以处理经过光电二极管探测光信号转换生成的电流信号，将其进行跨阻放大为后续电路可以处理的电压信号。拥有高增益和高带宽的跨阻放大器可以为后续光通信系统各项技术指标的提升打下坚实的基础。
[0003]跨阻放大器需要将电流信号转换为电压信号，所以需要尽可能小的输入的电阻以便从光电二极管中获取电流信号，同时隔离光电二极管中对带宽影响较大的寄生电容。因此提出采用输入电阻较小的共栅放大器作为跨阻放大器。在共栅放大器的基础上，拥有更小输入电阻的调节性共源共栅放大器被提出并成为最为常用的跨阻放大器结构。为了获得更小的输入电阻，进一步提出了前馈共栅放大器。
[0004]相较于共栅放大器与调节性共源共栅放大器，前馈共栅放大器拥有更小的输入阻抗，使得输入结点对带宽的影响变得微乎其微。但是其引入了其它结点，产生了更多的极点，在一定程度上也限制了带宽。并且其跨阻增益受第一电阻的限制，无法满足高增益的需求。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器，在提升放大器跨阻增益的同时，大幅地拓展了带宽，且拥有高增益平坦度以及小版图面积的优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器，包括：输入级前馈共栅放大器、增益级电容退化共源放大器和米勒电容；
[0007]所述输入级前馈共栅放大器的输入端接入电流信号，所述输入级前馈共栅放大器的输出端与所述增益级电容退化共源放大器的输入端连接，所述增益级电容退化共源放大器的输出端输出电压信号；所述米勒电容分别与所述输入级前馈共栅放大器和所述增益级电容退化共源放大器连接。
[0008]可选地，所述输入级前馈共栅放大器包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；
[0009]所述第一晶体管M1的源极通过电路结点IN分别与所述第二晶体管M2的源极、第四晶体管M4的漏极连接，所述第一晶体管M1的漏极通过电路结点Z分别与所述第一电阻R1和所述增益级电容退化共源放大器的输入端连接，所述第一晶体管M1的栅极由电路结点Y接入，构成第一级共栅放大级；
[0010]所述第二晶体管M2的栅极接入外部偏压vb，所述第二晶体管M2的漏极通过电路结点X分别与所述第二电阻R2和第三晶体管M3的栅极连接，构成第二级共栅放大级；
[0011]所述第三晶体管M3的源极接地，所述第三晶体管M3的漏极通过所述电路结点Y与所述第三电阻R3和第一晶体管M1的栅极连接，所述第三晶体管M3的源极由所述电路结点X接入，构成第三级共栅放大级；
[0012]所述第四晶体管M4的漏极由所述电路结点IN接入，所述第四晶体管M4的栅极接入所述外部偏压vb，所述第四晶体管M4的源极接地；
[0013]所述第一电阻R1一端接入电源，另一端连接于所述电路结点Z，所述第二电阻R2一端接入所述电源，另一端连接于所述电路结点X，所述第三电阻R3一端接入所述电源，另一端连接于所述电路结点Y。
[0014]可选地，所述增益级电容退化共源放大器包括：第五晶体管M5、增益电阻R
D
、退化电阻R
S
和退化电容C
S
；
[0015]所述第五晶体管M5的栅极通过所述电路结点Z与所述输入级前馈共栅放大器的输出端连接，所述第五晶体管M5的漏接与所述增益电阻R
D
和输出结点OUT连接，所述第五晶体管M5的源极分别与所述退化电阻R
S
、退化电容C
S
连接；所述增益电阻R
D
一端接入所述电源，另一端连接于所述输出结点OUT，所述退化电阻R
S
和所述退化电容C
S
并联连接，并联连接的一端接入所述第五晶体M5源极，并联连接的另一端接地，构成退化电容结构。
[0016]可选地，所述米勒电容包括：第一米勒电容C1和第二米勒电容C2；
[0017]所述第一米勒电容C1的一端接入所述电路结点Z，所述第一米勒电容C1的另一端接入所述电路结点X，所述第二米勒电容C2的一端接入所述电路结点Y，所述第二米勒电容C2的另一端接入所述输出结点OUT。
[0018]可选地，所述第二级共栅放大级与所述第三级共栅放大级级联，并与所述第一级共栅放大级构成前馈回路。
[0019]可选地，所述高带宽高增益跨阻放大器中所述电路结点X和电路结点Z之间的增益为：
[0020][0021]其中，V
Z
为结点Z处的电压，V
X
为结点X处的电压，gm1为晶体管M1的跨导，gm2为晶体管M2的跨导，gm3为晶体管M3的跨导；
[0022]所述电路结点Y和输出结点OUT之间的增益为：
[0023][0024]其中，V
OUT
为输出结点的电压，V
Y
为Y结点的电压，gm5为晶体管M5的跨导。
[0025]可选地，所述高带宽高增益跨阻放大器的传输函数为:
[0026][0027]其中，R
S
为退化电阻，C
S
为退化电容，I
in
为输入电流信号，C
M23
为M2与M3之间的寄生电容之和，C
M31
为M3与M1之间的寄生电容之和，C
M5
为M5的寄生电容，C
X
为负米勒电容等效后连接于X结点的电容，C
pd
为光电二极管寄生电容，C
z
为负米勒电容等效后连接于Z结点的电容，C
Y
为为负米勒电容等效后连接于Y结点的电容，C
O
为负米勒电容等效后连接于O结点的电容，R
D
为增益电阻。
[0028]可选地，基于所述传输函数获得所述高带宽高增益跨阻放大器的极点和零点；
[0029]所述极点为：
[0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036]其中，f
p
‑
in
为输入极点频率，f
p
‑
X
为X结点的极点频率，f
p
‑
Y
为Y结点的极点频率，f
p
‑
Z
为Z结点的极点频率，f
p
‑
out
为输出极点频率，f
p
‑
s
为退化结点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器，其特征在于，包括：输入级前馈共栅放大器、增益级电容退化共源放大器和米勒电容；所述输入级前馈共栅放大器的输入端接入电流信号，所述输入级前馈共栅放大器的输出端与所述增益级电容退化共源放大器的输入端连接，所述增益级电容退化共源放大器的输出端输出电压信号；所述米勒电容分别与所述输入级前馈共栅放大器和所述增益级电容退化共源放大器连接。2.根据权利要求1所述的基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器，其特征在于，所述输入级前馈共栅放大器包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述第一晶体管M1的源极通过电路结点IN分别与所述第二晶体管M2的源极、第四晶体管M4的漏极连接，所述第一晶体管M1的漏极通过电路结点Z分别与所述第一电阻R1和所述增益级电容退化共源放大器的输入端连接，所述第一晶体管M1的栅极由电路结点Y接入，构成第一级共栅放大级；所述第二晶体管M2的栅极接入外部偏压vb，所述第二晶体管M2的漏极通过电路结点X分别与所述第二电阻R2和第三晶体管M3的栅极连接，构成第二级共栅放大级；所述第三晶体管M3的源极接地，所述第三晶体管M3的漏极通过所述电路结点Y与所述第三电阻R3和第一晶体管M1的栅极连接，所述第三晶体管M3的源极由所述电路结点X接入，构成第三级共栅放大级；所述第四晶体管M4的漏极由所述电路结点IN接入，所述第四晶体管M4的栅极接入所述外部偏压vb，所述第四晶体管M4的源极接地；所述第一电阻R1一端接入电源，另一端连接于所述电路结点Z，所述第二电阻R2一端接入所述电源，另一端连接于所述电路结点X，所述第三电阻R3一端接入所述电源，另一端连接于所述电路结点Y。3.根据权利要求2所述的基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器，其特征在于，所述增益级电容退化共源放大器包括：第五晶体管M5、增益电阻R
D
、退化电阻R
S
和退化电容C
S
；所述第五晶体管M5的栅极通过所述电路结点Z与所述输入级前馈共栅放大器的输出端连接，所述第五晶体管M5的漏接与所述增益电阻R
D
和输出结点OUT连接，所述第五晶体管M5的源极分别与所述退化电阻R
S
、退化电容C
S
连接；所述增益电阻R
D
一端接入所述电源，另一端连接于所述输出结点OUT，所述退化电阻R
S
和所述退化电容C
S
并联连接，并联连接的一端接入所述第五晶体M5源极，并联连接的另一端接地，构成退化电容结构。4.根据权利要求3所述的基于前馈共栅的高带宽高增益跨阻放大器，其特征在于，所述米勒电容包括：第一米勒电容C1和第二米勒电容C2；所述第一米勒电容C1的一端接入所述电路结点Z，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家洪，王卓，赵振刚，李英娜，张晶，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：