專利名稱：寬帶高增益跨導(dǎo)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)，特別涉及集成電路。
背景技術(shù)：
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的整個(gè)跨導(dǎo)放大器由兩級組成，以滿足高增益、高帶寬的要求。第一級采用套筒結(jié)構(gòu)，并加入輔助放大器A以提高輸出阻抗，從而提高增益；第二級采用共源放大結(jié)構(gòu)以提高輸出信號擺幅。第一級輸出和第二級輸入間加入了密勒補(bǔ)償Rc、Cc 以保證整個(gè)放大器有足夠的相位裕度。該結(jié)構(gòu)的放大器大量應(yīng)用在高速、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。由于它采用了全差分結(jié)構(gòu)，具有很高的共模抑制比，幾乎不受共模噪聲的影響。但是需要加入共模反饋電路CMFB以保證輸出的共模信號處于穩(wěn)定，從而穩(wěn)定放大器的工作點(diǎn)。 普通的開關(guān)電容型共模反饋是在第一級和第二級輸出端分別各加入一個(gè)共模反饋電路，這樣不僅電路復(fù)雜，需要加入兩個(gè)基準(zhǔn)電壓，而且響應(yīng)速度不快。圖2是傳統(tǒng)開關(guān)電容型共模反饋的具體電路，其中Φ1和Φ2是受互補(bǔ)時(shí)鐘信號控制的開關(guān)。設(shè)運(yùn)放輸出端K1、K2共模電壓為Vcm;Ks端電壓為Vs。在采樣相Φ1=“1” 時(shí)，Cs被充電到Vb-Vcmf，Cc是采樣電容，它采樣了運(yùn)放輸出的共模電壓VcmKl和Κ2是運(yùn)放正負(fù)輸出端，Vs是共模反饋調(diào)節(jié)電壓，Ks接運(yùn)放尾電流源管柵上如圖1中Μη5和Mn6，Cc 被充電到Vs-Vcm。當(dāng)保持相時(shí)，即Φ2 =“1”時(shí)，Cc和Cs并聯(lián)，進(jìn)行電荷分享。根據(jù)電荷守衡，如果Vb-Vcmf Φ Vs-Vcm,那么電荷分享后Cs上電壓差就不等于Vb-Vcmf，再到下一個(gè) Φ1 = “1”的時(shí)，Cs又被充電到Vb-Vcmf，直到Cc兩端電壓差等于Vb-Vcmf為止。這樣便達(dá)到共模反饋調(diào)節(jié)的作用。該共模反饋結(jié)構(gòu)收斂需要多個(gè)時(shí)鐘周期，響應(yīng)不夠快。另外，圖 1中每個(gè)“CMFB”需要兩個(gè)基準(zhǔn)信號Vb、Vcmf，整個(gè)運(yùn)放就需要4個(gè)精確的基準(zhǔn)電壓，提高了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有更快的響應(yīng)速度、更高的增益和壓擺率的跨導(dǎo)放大器。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，寬帶高增益跨導(dǎo)放大器，包括第一級電路和第二級電路，第一級電路包含第一連接點(diǎn)、第二連接點(diǎn)、四個(gè)輔助放大器和第一尾電流管，第二級電路包含第三連接點(diǎn)、第四連接點(diǎn)和第二尾電流管，第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)分別通過第一電容電路連接到第一尾電流管的柵極；第三連接點(diǎn)和第四連接點(diǎn)分別通過第二電容電路連接到第二尾電流管的柵極；第一尾電流管的柵極通過第三開關(guān)連接到第二尾電流管的漏極；第三連接點(diǎn)通過第四開關(guān)連接到共模反饋放大器的正向輸入端，第四連接點(diǎn)通過第五開關(guān)連接到共模反饋放大器的正向輸入端，共模反饋放大器的輸出端通過第六開關(guān)連接到第二尾電流管的漏極。所述第一電容電路由第一電容、第二電容和第一開關(guān)構(gòu)成，第一連接點(diǎn)通過第一電容連接到第一尾電流管的柵極，第二連接點(diǎn)通過第二電容連接到第一尾電流管的柵極，第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)通過第一開關(guān)連接；所述第二電容電路由第三電容、第四電容和第二開關(guān)構(gòu)成，第三連接點(diǎn)通過第三電容連接到第二尾電流管的柵極，第四連接點(diǎn)通過第四電容連接到第二尾電流管的柵極，第三連接點(diǎn)和第四連接點(diǎn)通過第二開關(guān)連接。所述四個(gè)輔助放大器包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的電流輸入型單極放大器，每個(gè)電流輸入型單極放大器由三個(gè)NMOS管構(gòu)成；第一 NMOS管的漏極接高電平，源極接第二 NMOS管的漏極；第二 NMOS管的源極為輸入端；第二 NMOS管的漏極還接第三NMOS管的柵極，第三NMOS 管的源極接地，漏極接電流源，第三NMOS管的漏極還通過電容接地，同時(shí)，第三NMOS管的漏極為輸出端。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提出的新的開關(guān)電容型共模反饋環(huán)路，使得共模反饋得到了簡化，響應(yīng)速度更快。本發(fā)明的改進(jìn)的輔助放大器，不僅使整個(gè)跨導(dǎo)放大器增益得到提高，同時(shí)提高了壓擺率。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1是采用傳統(tǒng)開關(guān)電容共模反饋的寬帶高增益運(yùn)放的電路圖。圖2是傳統(tǒng)的開關(guān)電容型共模反饋電路圖。圖3是本發(fā)明的電路圖。圖4是本發(fā)明的反饋回路示意圖。圖5是本發(fā)明的輔助放大器的電路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的寬帶高增益跨導(dǎo)放大器包括第一級電路和第二級電路，第一級電路包含第一連接點(diǎn)K1、第二連接點(diǎn)K2、四個(gè)輔助放大器和第一尾電流管Mn5，第二級電路包含第三連接點(diǎn)K3、第四連接點(diǎn)K4和第二尾電流管Mn6，其特征在于，第一連接點(diǎn)Kl和第二連接點(diǎn) K2分別通過第一電容電路連接到第一尾電流管Mn5的柵極；第三連接點(diǎn)K3和第四連接點(diǎn) K4分別通過第二電容電路連接到第二尾電流管Mn6的柵極；第一尾電流管Mn5的柵極通過第三開關(guān)SlK連接到第二尾電流管Mn6的漏極；第三連接點(diǎn)K3通過第四開關(guān)S31連接到共模反饋放大器100的正向輸入端，第四連接點(diǎn)K4通過第五開關(guān)S32連接到共模反饋放大器 100的正向輸入端，共模反饋放大器100的輸出端通過第六開關(guān)Mk連接到第二尾電流管 Mn6的漏極。所述第一電容電路由第一電容C11、第二電容C12和第一開關(guān)Sl構(gòu)成，第一連接點(diǎn) Kl通過第一電容Cl 1連接到第一尾電流管Mn5的柵極，第二連接點(diǎn)K2通過第二電容C12連接到第一尾電流管Mn5的柵極，第一連接點(diǎn)Kl和第二連接點(diǎn)K2通過第一開關(guān)Sl連接；所述第二電容電路由第三電容C21、第四電容C22和第二開關(guān)S2構(gòu)成，第三連接點(diǎn)K3通過第三電容C21連接到第二尾電流管Mn6的柵極，第四連接點(diǎn)K4通過第四電容C22連接到第二尾電流管Mn6的柵極，第三連接點(diǎn)K3和第四連接點(diǎn)K4通過第二開關(guān)S2連接。所述四個(gè)輔助放大器包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的電流輸入型單極放大器(Al、A2)，每個(gè)電流輸入型單極放大器由三個(gè)NMOS管構(gòu)成；第一 NMOS管MXl的漏極接高電平，源極接第二 NMOS管MX2的漏極；第二 NMOS管MX2的源極為輸入端；第二 NMOS管MX2的漏極還接第三NMOS管MX3的柵極，第三NMOS管MX3的源極接地，漏極接電流源，第三NMOS管MX3的漏極還通過電容Ck接地，同時(shí)，第三NMOS管MX3的漏極為輸出端。具體的說，在本發(fā)明中，放大器第一級的尾電流管Mn5的柵極接第二尾電流管Mn6 的漏極，第二尾電流管Mn6的柵極接共模反饋放大器Amp_c的輸出。這樣放大器的第一級和第二級形成了一個(gè)反饋環(huán)路，如圖4所示。該環(huán)路由Mn7、Mn5、Mnl、Mn3組成。從第一級輸出K2點(diǎn)到地之間電壓差等于Vgsn7+Vgsn5(Vgsn7、Vgsn5分別是Mn7、Mn5的柵源電壓)。 由于第二級工作電流由偏置電壓孫2確定，當(dāng)Vb2固定后，第二級的工作電流也就固定了， 即確定了 Vgsn7。當(dāng)Mn6的柵電位通過放大器第二級的共模反饋確定后，Mn6管的漏端P電位便確定了，也即確定了 Vgsn5 ；同時(shí)第二級輸出OUT的共模電壓也得到了確定。而且第一級輸出共模電壓VgSn5+VgSn7也確定了。這樣第一級的輸出共模在第二級輸出共模確定時(shí)便立即得以確定，這樣提高了共模反饋的響應(yīng)速度，而且只需要提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓Vref。本發(fā)明的具體工作過程如下應(yīng)用時(shí)，當(dāng)放大器處于采樣相時(shí)，開關(guān)Si、S2、S3、Slk、S^c均閉合，共模反饋放大器輸出接Mn6柵極，確定了其柵壓，由于第二級電流固定，P點(diǎn)電位便確定，Mn6漏接Mn5柵， 這樣便確定了 Mn5柵壓，也就確定了第一級共模電壓。第一級、第二級輸出分別對保持電容 ClU C12、C21、C22充電至確定后的共模電壓值。當(dāng)放大器處于放大相時(shí)，所有開關(guān)全部斷開。由于放大器第一級、第二級輸出呈高阻，保持電容C11、C12、C21、C22無有效放電通路， 所以保持住了采樣相時(shí)的狀態(tài)，使得第一級、第二級輸出共模電壓保持不變。為了提高放大器輸出阻抗以提高增益，一般會加入輔助放大器。為了不引入復(fù)雜的零極點(diǎn)對，該放大器為單極放大器，一般為共源放大器或單極折疊放大器。為了提高高增益放大器的動態(tài)性能，本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的輔助放大器進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種采用電流輸入型單極放大器來作輔助放大器。如圖5所示，MOS管Mn3和Mn4分別連接有一個(gè)電流輸入型單極放大器。以與 MOS管Mn4連接的電流輸入型單極放大器Al為例，Vin為電流輸入型單極放大器Al的輸入，接圖3中Mn4的源；Vout為輸出，接Mn4管的柵。輸入支路MX1、MX2不起放大作用，但是電流不固定。而第二路是共源放大，放大管MX3電流是固定的，輸出接電容Ck是為了調(diào)整輔助放大器主極點(diǎn)位置，以減小整個(gè)放大器零極點(diǎn)對的影響。在圖3中，當(dāng)Vi-升高時(shí)， Mn4源電位下降，輔助放大器中MX2柵源電壓增加，該支路電流增加，為Mn4源端節(jié)點(diǎn)提供了足夠的充電電流。同時(shí)，由于MXl電流增加，因?yàn)镸Xl柵壓固定，其源端電位下降，也即MX3 柵壓下降，那么MX3漏端電位上升。這樣Mn4柵端電位上升，使得其源端電位提高，最終達(dá)到穩(wěn)定。由于在該過程中，輔助放大器提供了額外的電流，使得整個(gè)跨導(dǎo)放大器的壓擺率得到了提高。Vb3和Vb4是電流輸入型單極放大器的偏置電壓。說明書已經(jīng)充分說明本發(fā)明的原理和必要技術(shù)內(nèi)容，普通技術(shù)人員能夠依據(jù)說明書實(shí)施本發(fā)明，故不再贅述更加具體的技術(shù)細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.寬帶高增益跨導(dǎo)放大器，包括第一級電路和第二級電路，第一級電路包含第一連接點(diǎn)(Kl)、第二連接點(diǎn)(K2)、四個(gè)輔助放大器和第一尾電流管(Mn5)，第二級電路包含第三連接點(diǎn)(K3)、第四連接點(diǎn)(K4)和第二尾電流管(Mn6)，其特征在于，第一連接點(diǎn)(Kl)和第二連接點(diǎn)(以)分別通過第一電容電路連接到第一尾電流管(MM)的柵極；第三連接點(diǎn)(K3) 和第四連接點(diǎn)(K4)分別通過第二電容電路連接到第二尾電流管(Mn6)的柵極；第一尾電流管(MM)的柵極通過第三開關(guān)(SlK)連接到第二尾電流管(Mn6)的漏極；第三連接點(diǎn)(K3) 通過第四開關(guān)(S31)連接到共模反饋放大器(100)的正向輸入端，第四連接點(diǎn)(K4)通過第五開關(guān)(S32)連接到共模反饋放大器(100)的正向輸入端，共模反饋放大器(100)的輸出端通過第六開關(guān)(S2k)連接到第二尾電流管(Mn6)的漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶高增益跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述第一電容電路由第一電容(Cll)、第二電容(C12)和第一開關(guān)(Si)構(gòu)成，第一連接點(diǎn)(Kl)通過第一電容(Cll) 連接到第一尾電流管(MM)的柵極，第二連接點(diǎn)(以)通過第二電容(Cl》連接到第一尾電流管(MM)的柵極，第一連接點(diǎn)(Kl)和第二連接點(diǎn)(以)通過第一開關(guān)(Si)連接；所述第二電容電路由第三電容(C21)、第四電容(C22)和第二開關(guān)(S2)構(gòu)成，第三連接點(diǎn)(K3) 通過第三電容(C21)連接到第二尾電流管(Mn6)的柵極，第四連接點(diǎn)(K4)通過第四電容 (C22)連接到第二尾電流管(Mn6)的柵極，第三連接點(diǎn)(O)和第四連接點(diǎn)(K4)通過第二開關(guān)(S2)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的寬帶高增益跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述四個(gè)輔助放大器包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的電流輸入型單極放大器(Al、A2)，每個(gè)電流輸入型單極放大器由三個(gè) NMOS管構(gòu)成；第一 NMOS管(MXl)的漏極接高電平，源極接第二 NMOS管(MX》的漏極；第二 NMOS管(MX》的源極為輸入端；第二 NMOS管(MX》的漏極還接第三NMOS管(MX!3)的柵極， 第三NMOS管(MX； )的源極接地，漏極接電流源，第三NMOS管(MX!3)的漏極還通過電容(Ck) 接地，同時(shí)，第三NMOS管(MX3)的漏極為輸出端。
全文摘要
寬帶高增益跨導(dǎo)放大器，涉及電子技術(shù)。本發(fā)明包括第一級電路和第二級電路，第一級電路包含第一連接點(diǎn)、第二連接點(diǎn)、四個(gè)輔助放大器和第一尾電流管，第二級電路包含第三連接點(diǎn)、第四連接點(diǎn)和第二尾電流管，第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)分別通過第一電容電路連接到第一尾電流管的柵極；第三連接點(diǎn))和第四連接點(diǎn)分別通過第二電容電路連接到第二尾電流管的柵極；第一尾電流管的柵極通過第三開關(guān)連接到第二尾電流管的漏極；第三連接點(diǎn)通過第四開關(guān)連接到共模反饋放大器的正向輸入端，第四連接點(diǎn)通過第五開關(guān)連接到共模反饋放大器的正向輸入端，共模反饋放大器的輸出端通過第六開關(guān)連接第二尾電流管的漏極。本發(fā)明具有更快的響應(yīng)速度、更高的增益和壓擺率。
文檔編號H03F3/45GK102394583SQ20111033401
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者岑遠(yuǎn)軍, 張克林, 朱志勇, 蔡化 申請人:成都華微電子科技有限公司