一种高频带通前馈运算放大器电路及信号放大方法技术

一种高频带通前馈运算放大器电路及信号放大方法，电路结构包括由Gm1d跨导放大器构成一阶增益路径；由Gm1a跨导放大器、Gm2b跨导放大器以及Gm1c跨导放大器构成三阶增益路径；由Gm1a跨导放大器、Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器以及Gm1c跨导放大器构成四阶增益路径；所述的三阶增益路径、四阶增益路径与一阶增益路径并联连接；Gm2b跨导放大器与Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器构成的二阶通路并联连接。本发明专利技术通过前馈通路和多级级联实现了对带宽和相位的调整，在实现高增益的同时达到超宽带宽；在连续时间Sigma Delta调制器中，能够改善其信噪失真比，提升调制器的性能。提升调制器的性能。提升调制器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高频带通前馈运算放大器电路及信号放大方法


[0001]本专利技术属于模拟集成电路设计
，具体涉及一种高频带通前馈运算放大器电路及信号放大方法。

技术介绍

[0002]对于需要高频工作的运算放大器，前馈结构比米勒补偿结构被更加广泛的使用。相较于米勒补偿，前馈补偿结构在相同功耗下能够达到更大的带宽。其原因在于，米勒补偿实现稳定性背后的理念是通过添加电容来减缓第一阶段的速度，且添加一个大电容器并对其进行充电和放电会增加米勒补偿运算放大器的功耗。
[0003]在超高速连续时间Sigma Delta调制器中，目前常用的运算放大器难以在高频时保持较大的增益，且多级的运算放大器结构常常导致极点过多，无法保证带宽的需求，对积分器的稳定性产生不利影响。同时对噪声的抑制效果差，降低了Sigma Delta调制器的SNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio，信噪失真比)，增大了调制器输出频谱中的谐波，影响着调制器的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种高频带通前馈运算放大器电路及信号放大方法，能够在高频时保持较大的增益，并且在实现高增益的同时达到超宽带宽，对于不同应用有良好的适配性，在连续时间Sigma Delta调制器中，能够改善其信噪失真比，提升调制器的性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0006]一种高频带通前馈运算放大器电路，包括Gm1a跨导放大器、Gm2a跨导放大器、Gm2b跨导放大器、Gm3a跨导放大器、Gm1c跨导放大器及Gm1d跨导放大器；
[0007]其中，由Gm1d跨导放大器构成一阶增益路径；由Gm1a跨导放大器、Gm2b跨导放大器以及Gm1c跨导放大器构成三阶增益路径；由Gm1a跨导放大器、Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器以及Gm1c跨导放大器构成四阶增益路径；
[0008]所述的三阶增益路径、四阶增益路径与一阶增益路径并联连接；所述的Gm2b跨导放大器与Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器构成的二阶通路并联连接。
[0009]作为一种优选方案，在Gm1a跨导放大器的输出端设置第一共模反馈电路cmfb；
[0010]在Gm2a跨导放大器与Gm3a跨导放大器之间设置第二共模反馈电路cmfb；
[0011]在Gm2b跨导放大器以及Gm3a跨导放大器与Gm1c跨导放大器之间设置第三共模反馈电路cmfb；
[0012]在Gm1d跨导放大器与Gm1c跨导放大器之间设置第四共模反馈电路cmfb。
[0013]作为一种优选方案，所述的Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器、Gm2b跨导放大器均为差动共源极结构。
[0014]作为一种优选方案，所述的Gm1c跨导放大器及Gm1d跨导放大器均采用由PMOS输入
对管组成的伪差分逆变器结构，跨导放大器输入信号交流耦合到PMOS输入对管，共模反馈电平直流耦合到PMOS输入对管。
[0015]作为一种优选方案，所述的Gm1c跨导放大器及Gm1d跨导放大器均包括一组由M1管和M2管组成的第一输入对管以及由M3管和M4管组成的第二输入对管，其中，所述第一输入对管的跨导值为104.13mS，所述第二输入对管的跨导值为70.90mS。
[0016]作为一种优选方案，所述的Gm1a跨导放大器输入信号直流耦合到由M1管和M2管组成的核心PMOS输入对管，并添加中和电容器到M1管和M2管以减少输入负载并提高中频增益；Gm1a跨导放大器输入信号与由M5管和M6管组成的NMOS输入对管交流耦合；所述的Gm1a跨导放大器添加由M3管和M4管组成的共源共栅晶体管以减少M5管和M6管上的米勒效应并增大低频增益。
[0017]作为一种优选方案，所述Gm1a跨导放大器的M1管和M2管的输入对管跨导值为8.55mS；所述的Gm1a跨导放大器在超高频处增益不低于0dB。
[0018]作为一种优选方案，所述高频带通前馈运算放大器电路的增益按下式计算：
[0019][0020]其中，s为频率，g
m1d
为Gm1d跨导放大器输入对管跨导，C
p1d
为Gm1d跨导放大器输出节点电容值，g
m1a
为Gm1a跨导放大器输入对管跨导，g
m2b
为Gm2b跨导放大器输入对管跨导，g
m1c
为Gm1c跨导放大器输入对管跨导，C
p1a
为Gm1a跨导放大器输出节点电容值，C
p2b
为Gm2b跨导放大器输出节点电容值，C
p1c
为Gm1c跨导放大器输出节点电容值，g
m2a
为Gm2a跨导放大器输入对管跨导，g
m3a
为Gm3a跨导放大器输入对管跨导，C
p2a
为Gm2a跨导放大器输出节点电容值，C
p3a
为Gm3a跨导放大器输出节点电容值。
[0021]一种基于所述高频带通前馈运算放大器电路的信号放大方法，包括以下步骤：
[0022]输入信号首先进入Gm1a跨导放大器，在高频增益不损失的情况下进行放大并提供给Gm2a跨导放大器与Gm2b跨导放大器；
[0023]通过Gm2b跨导放大器构成Gm2a跨导放大器与Gm3a跨导放大器的前馈路径，并对Gm1a跨导放大器的输出信号进行放大与相位补偿；
[0024]Gm3a跨导放大器的输出信号经由Gm1c跨导放大器进行放大，提供整体电路的增益；
[0025]Gm1d跨导放大器构成四级跨导放大器的前馈路径实现相位补偿并提升驱动能力。
[0026]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
[0027]本专利技术的高频带通前馈运算放大器电路通过前馈通路和多级级联实现了对带宽和相位的调整，由四阶增益路径(Gm1a
‑
Gm2a
‑
Gm3a
‑
Gm1c)级联实现增益累积，最终带内增益达到60dB以上，同时通过一阶增益路径(Gm1d)、三阶增益路径(Gm1a
‑
Gm2b
‑
Gm1c)来对四阶增益路径进行补偿，通过对零极点的调整达到超宽带宽，对于不同应用有良好的适配性。本专利技术的高频带通前馈运算放大器电路通过输入对管的耦合电容对低频输入信号进行滤波，再加上工艺提供的固有极点对超高频输入信号进行滤波，以实现仅在中频至带宽范围内的高增益，有效的抑制了低频噪声，在连续时间Sigma Delta调制器中，能够改善其信噪失真比，实现更优化的噪声传递函数。
[0028]进一步的，在本专利技术的高频带通前馈运算放大器电路中，Gm1d跨导放大器采用一
种伪差分结构，该结构可通过对上下对管的尺寸调整来增大其跨导和电阻以实现高增益，通过适当增大其饱和状态下的电流值来实现高压摆率，输出节点摆幅仅受到单个MOS管的过驱动电压限制以实现高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频带通前馈运算放大器电路，其特征在于：包括Gm1a跨导放大器、Gm2a跨导放大器、Gm2b跨导放大器、Gm3a跨导放大器、Gm1c跨导放大器及Gm1d跨导放大器；其中，由Gm1d跨导放大器构成一阶增益路径；由Gm1a跨导放大器、Gm2b跨导放大器以及Gm1c跨导放大器构成三阶增益路径；由Gm1a跨导放大器、Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器以及Gm1c跨导放大器构成四阶增益路径；所述的三阶增益路径、四阶增益路径与一阶增益路径并联连接；所述的Gm2b跨导放大器与Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器构成的二阶通路并联连接。2.根据权利要求1所述的高频带通前馈运算放大器电路，其特征在于：在Gm1a跨导放大器的输出端设置第一共模反馈电路cmfb；在Gm2a跨导放大器与Gm3a跨导放大器之间设置第二共模反馈电路cmfb；在Gm2b跨导放大器以及Gm3a跨导放大器与Gm1c跨导放大器之间设置第三共模反馈电路cmfb；在Gmld跨导放大器与Gm1c跨导放大器之间设置第四共模反馈电路cmfb。3.根据权利要求1所述的高频带通前馈运算放大器电路，其特征在于：所述的Gm2a跨导放大器、Gm3a跨导放大器、Gm2b跨导放大器均为差动共源极结构。4.根据权利要求1所述的高频带通前馈运算放大器电路，其特征在于：所述的Gm1c跨导放大器及Gm1d跨导放大器均采用由PMOS输入对管组成的伪差分逆变器结构，跨导放大器输入信号交流耦合到PMOS输入对管，共模反馈电平直流耦合到PMOS输入对管。5.根据权利要求4所述的高频带通前馈运算放大器电路，其特征在于：所述的Gm1c跨导放大器及Gm1d跨导放大器均包括一组由M1管和M2管组成的第一输入对管以及由M3管和M4管组成的第二输入对管，其中，所述第一输入对管的跨导值为104.13mS，所述第二输入对管的跨导值为70.90mS。6.根据权利要求1所述的高频带通前馈运算放大器电路，其特征在于：所述的Gm1a跨导放大器输入信号直流耦合到由M1管和M2管组成的核心PMOS输入对管，并添加中和电容器到M1管和M2管以减少输入负载并提高中频增益；Gm1a跨导放大器输入信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国和，张奇正，常科，王育新，徐代果，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：