本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微弱信號(hào)接收前端和接收方法。

背景技術(shù)：

信號(hào)采集和探測(cè)一直是生產(chǎn)實(shí)踐研究與應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)，隨著集成電路制造水平的飛速發(fā)展和集成電路研發(fā)的不斷完善及成熟，關(guān)于信號(hào)采集和探測(cè)的芯片設(shè)計(jì)已成為集成電路業(yè)界研究的焦點(diǎn)。

近年來(lái)，雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)的研究上取得了很大的成就，但是隨著國(guó)際化電子信息產(chǎn)業(yè)和通信方式的不斷發(fā)展，已有的信號(hào)采集前端不能滿足人們對(duì)信息處理速度的要求，由電磁波理論可知，要想提高信息處理速度就必須擴(kuò)大信道傳輸信息的容量，然而限制信道傳輸信息的容量的主要因素是可用頻帶。

目前，集成電路中器件的寄生電容、特征頻率是限制放大電路帶寬的主要因素，為了解決其帶寬瓶頸，關(guān)于拓頻技術(shù)的研究提出了很多方法，其中電感串并聯(lián)峰化技術(shù)、容性退化技術(shù)、級(jí)間無(wú)源匹配網(wǎng)絡(luò)、跨導(dǎo)倍增技術(shù)等是采用最為廣泛的拓頻技術(shù)。傳統(tǒng)的拓頻技術(shù)采用一種平面螺旋電感的方式作為電路的頻率補(bǔ)償，但是這種拓頻方式的電感值通常都很小(幾十nH)，而且平面螺旋電感的工作頻率受其寄生電容以及串?dāng)_效應(yīng)的影響很大，這就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)電路所需的補(bǔ)償電感為上百nH，甚至μH數(shù)量級(jí)，這對(duì)采用平面螺旋電感的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的拓頻來(lái)說(shuō)幾乎是不可能的。此外，平面螺旋電感會(huì)占用很大面積，不適合高集成度、小型化應(yīng)用場(chǎng)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述情況，本發(fā)明提出了一種微弱信號(hào)接收前端和接收方法，對(duì)接收前端的頻帶進(jìn)行有效拓展，滿足應(yīng)用需要。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例為：

一種微弱信號(hào)接收前端，包括頻率拓展電路，所述頻率拓展電路包括放大器、第一源跟隨器、共源放大器、第二源跟隨器和第一電阻；

所述放大器的輸出端連接所述第一源跟隨器的輸入端，所述第一源跟隨器的輸出端連接所述共源放大器的輸入端，所述共源放大器的輸出端連接所述第二源跟隨器的輸入端，所述第一電阻的一端連接所述放大器的輸出端，所述第一電阻的另一端連接所述共源放大器的輸出端；

所述放大器的輸入端輸入電流信號(hào)或電壓信號(hào)，所述放大器分別輸出第一級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第一源跟隨器和所述第一電阻的一端，所述第一源跟隨器輸出第二級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述共源放大器，所述共源放大器輸出第三級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第二源跟隨器，所述第二源跟隨器輸出第四級(jí)頻帶拓展信號(hào)。

一種基于所述的微弱信號(hào)接收前端的微弱信號(hào)接收方法，包括以下步驟：

所述放大器輸入電流信號(hào)或電壓信號(hào)；

所述放大器根據(jù)所述電流信號(hào)或電壓信號(hào)輸出第一級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第一源跟隨器和所述第一電阻的一端；

所述第一源跟隨器根據(jù)所述第一級(jí)頻帶拓展信號(hào)輸出第二級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述共源放大器；

所述共源放大器根據(jù)所述第二級(jí)頻帶拓展信號(hào)輸出第三級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第二源跟隨器和所述第一電阻的另一端；

所述第二源跟隨器根據(jù)所述第三級(jí)頻帶拓展信號(hào)輸出第四級(jí)頻帶拓展信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明微弱信號(hào)接收前端和接收方法，頻率拓展電路包括放大器、第一源跟隨器、共源放大器、第二源跟隨器和第一電阻，放大器、第一源跟隨器、共源放大器和第二源跟隨器依次連接，第一電阻一端連接放大器的輸出端，另一端連接共源放大器的輸出端，放大器對(duì)輸入的電流信號(hào)或電壓信號(hào)進(jìn)行放大，輸出第一級(jí)頻帶拓展信號(hào)到第一源跟隨器和第一電阻，第一源跟隨器避免等效密勒電容對(duì)帶寬的限制，輸出第二級(jí)頻帶拓展信號(hào)到共源放大器，共源放大器進(jìn)一步拓展電路的帶寬，輸出第三級(jí)頻帶拓展信號(hào)到第二源跟隨器，第二源跟隨器進(jìn)行阻抗變換和電平位移，輸出第四級(jí)頻帶拓展信號(hào)，第一電阻為反饋電阻，進(jìn)一步拓展電路的帶寬，無(wú)需平面螺旋電感實(shí)現(xiàn)對(duì)電路帶寬拓展，大大減小芯片面積，而且整個(gè)接收前端可以完全用集成電路CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝實(shí)現(xiàn)，所以很適合集成于SOC(System on Chip，系統(tǒng)級(jí)芯片)芯片，具有良好的推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為一個(gè)實(shí)施例中微弱信號(hào)接收前端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于圖1所示接收前端一個(gè)具體示例中微弱信號(hào)接收前端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為一個(gè)實(shí)施例中有源電感單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3所示有源電感單元的等效電路示意圖；

圖5為一個(gè)微弱信號(hào)接收前端的應(yīng)用實(shí)例；

圖6為一個(gè)實(shí)施例中微弱信號(hào)接收方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一個(gè)實(shí)施例中微弱信號(hào)接收前端，如圖1所示，包括頻率拓展電路101，所述頻率拓展電路101包括放大器1011、第一源跟隨器1012、共源放大器1013、第二源跟隨器1014和第一電阻1015；

所述放大器1011的輸出端連接所述第一源跟隨器1012的輸入端，所述第一源跟隨器1012的輸出端連接所述共源放大器1013的輸入端，所述共源放大器1013的輸出端連接所述第二源跟隨器1014的輸入端，所述第一電阻1015的一端連接所述放大器1011的輸出端，所述第一電阻1015的另一端連接所述共源放大器1013的輸出端；

所述放大器1011的輸入端輸入電流信號(hào)或電壓信號(hào)，所述放大器1011分別輸出第一級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第一源跟隨器1012和所述第一電阻1015的一端，所述第一源跟隨器1012輸出第二級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述共源放大器1013，所述共源放大器1013輸出第三級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第二源跟隨器1014，所述第二源跟隨器1014輸出第四級(jí)頻帶拓展信號(hào)。

頻率拓展電路放大器的輸入端輸入信號(hào)，頻率拓展電路實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的接收和放大，輸出頻帶拓展信號(hào)。

從以上描述可知，本發(fā)明微弱信號(hào)接收前端，頻率拓展電路對(duì)接收前端的帶寬進(jìn)行有效拓展，無(wú)需平面螺旋電感實(shí)現(xiàn)對(duì)電路帶寬拓展，大大減小芯片面積，引入源跟隨器和負(fù)反饋改變系統(tǒng)傳遞函數(shù)零、極點(diǎn)的位置，進(jìn)一步拓寬頻帶，整個(gè)接收前端可以完全用集成電路CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，所以很適合集成于SOC芯片，具有良好的推廣價(jià)值。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述微弱信號(hào)接收前端還包括通斷控制單元，所述通斷控制單元的輸出端連接所述放大器的第一輸入端。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述微弱信號(hào)接收前端還包括低噪聲差分放大器，所述低噪聲差分放大器的輸出端連接所述放大器的第二輸入端。

通斷控制單元的輸入端輸入電流信號(hào)，通斷控制單元的輸出端連接放大器的第一輸入端；低噪聲差分放大器的輸入端輸入電壓信號(hào)，低噪聲差分放大器的輸出端連接放大器的第二輸入端，采用同一電路實(shí)現(xiàn)電壓和電流信號(hào)的接收，并不是對(duì)單一的電流接收電路和電壓接收電路進(jìn)行集成，從而有效降低傳統(tǒng)微弱信號(hào)接收前端的復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述放大器還包括第一MOS晶體管、第二MOS晶體管、第三MOS晶體管、第一有源電感單元和第二電阻；

所述第一輸入端分別連接所述第一MOS晶體管的漏極、所述第二MOS晶體管的柵極和所述第三MOS晶體管的源極，所述第二輸入端連接所述第一MOS晶體管的柵極，所述第一MOS晶體管的源極和所述第二MOS晶體管的源極接地，所述第二MOS晶體管的漏極分別連接所述第二電阻的一端和所述第三MOS晶體管的柵極，所述第二電阻的另一端連接電源，所述第三MOS晶體管的漏極分別連接所述第一有源電感單元的一端和所述放大器的輸出端，所述第一有源電感單元的另一端連接所述電源。

所述頻率拓展電路第一級(jí)包括一個(gè)完成電壓輸入的第一MOS晶體管、用于提高增益的第二MOS晶體管、完成電流輸入的第三MOS晶體管、用于頻率拓展的第一有源電感單元以及用于直流偏置的第二電阻；所述第一輸入端連接至第一MOS晶體管的漏極，并加載至第二MOS晶體管的柵極和第三MOS晶體管的源極；所述第二輸入端連接至第一MOS晶體管的柵極；第二MOS晶體管的漏極連接至第二電阻一端，并加載至第三MOS晶體管的柵極；第二電阻另一端連接至電源電壓VDD，電源電壓VDD通過(guò)第二電阻控制第二MOS晶體管的漏極偏置電壓，使第二MOS晶體管工作于飽和區(qū)；隨后通過(guò)與第三MOS晶體管漏極相連的第一有源電感單元將第三MOS晶體管的漏極電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_o1輸出。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述第一有源電感單元包括第四MOS晶體管、第三電阻和第一電容；

所述第四MOS晶體管的源極分別連接所述第一電容的一端、所述第三MOS晶體管的漏極和所述放大器的輸出端，所述第一電容的另一端分別連接所述第四MOS晶體管的柵極和所述第三電阻的一端，所述第三電阻的另一端分別連接所述第四MOS晶體管的漏極和所述電源。

第一有源電感單元包括一個(gè)工作于飽和區(qū)的第四MOS晶體管、用于調(diào)節(jié)有源電感大小的第三電阻和第一電容；所述電壓信號(hào)v_o1連接至第四MOS晶體管的源級(jí)，并加載至第一電容的一端；第一電容的另一端連接至第四MOS晶體管的柵極，并加載至第三電阻的一端；第三電阻的另一端連接至電源電壓VDD，并加載至第四MOS晶體管的漏極，電源電壓VDD控制第四MOS晶體管的漏極偏置電壓，使第四MOS晶體管工作于飽和區(qū)。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述第一源跟隨器包括第五MOS晶體管和第四電阻；

所述第五MOS晶體管的柵極分別連接所述放大器的輸出端和所述第一電阻的一端，所述第五MOS晶體管的漏極連接所述電源，所述第五MOS晶體管的源極分別連接所述第一源跟隨器的輸出端和所述第四電阻的一端，所述第四電阻的另一端接地。

第一源跟隨器包括一個(gè)構(gòu)成源跟隨器的第五MOS晶體管和第四電阻；所述電壓信號(hào)v_o1加載至第五MOS晶體管的柵極，隨后通過(guò)與第五MOS晶體管源極相連的第四電阻，將第五MOS晶體管的源級(jí)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_o2輸出。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述共源放大器包括第六MOS晶體管和第二有源電感單元；

所述第六MOS晶體管的源極接地，所述第六MOS晶體管的柵極連接所述第一源跟隨器的輸出端，所述第六MOS晶體管的漏極分別連接所述第二有源電感單元的一端和所述共源放大器的輸出端，所述第二有源電感單元的另一端連接所述電源。

共源放大器包括一個(gè)用于電壓放大的第六MOS晶體管、用于頻率拓展的第二有源電感單元；所述電壓信號(hào)v_o2加載至第六MOS晶體管的柵極，隨后通過(guò)與第六MOS晶體管漏極相連的第二有源電感單元，將第六MOS晶體管的漏極電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_o3輸出。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述第二有源電感單元包括第七M(jìn)OS晶體管、第五電阻和第二電容；

所述第七M(jìn)OS晶體管的源極分別連接所述第二電容的一端、所述第六MOS晶體管的漏極和所述共源放大器的輸出端，所述第二電容的另一端分別連接所述第七M(jìn)OS晶體管的柵極和所述第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端分別連接所述第七M(jìn)OS晶體管的漏極和所述電源。

第二有源電感單元包括一個(gè)工作于飽和區(qū)的第七M(jìn)OS晶體管、用于調(diào)節(jié)電感大小的第五電阻和第二電容；所述電壓信號(hào)v_o3連接至第七M(jìn)OS晶體管的源級(jí)，并加載至第二電容的一端；第二電容的另一端連接至第七M(jìn)OS晶體管的柵極，并加載至第五電阻的一端；第五電阻的另一端連接至電源電壓VDD，并加載至第七M(jìn)OS晶體管的漏極，電源電壓VDD控制第七M(jìn)OS晶體管的漏極偏置電壓，使第七M(jìn)OS晶體管工作于飽和區(qū)。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述第二源跟隨器包括第八MOS晶體管和第六電阻；

所述第八MOS晶體管的柵極分別連接所述共源放大器的輸出端和所述第一電阻的另一端，所述第八MOS晶體管的漏極連接所述電源，所述第八MOS晶體管的源極分別連接第二源跟隨器的輸出端和所述第六電阻的一端，所述第六電阻的另一端接地。

第二源跟隨器包括一個(gè)構(gòu)成源跟隨器的第八MOS晶體管和第六電阻；所述電壓信號(hào)v_o3加載至第八MOS晶體管的柵極，隨后通過(guò)與第八MOS晶體管源極相連的第六電阻，將第八MOS晶體管的源級(jí)輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_out。

此外，在一個(gè)具體示例中，所述信號(hào)接收前端還包括設(shè)置在所述低噪聲差分放大器和所述頻率拓展電路之間的緩沖器，所述低噪聲差分放大器的輸出端連接所述緩沖器的輸入端，所述緩沖器的輸出端連接所述放大器的第二輸入端。

所述緩沖器的作用是增強(qiáng)低噪聲差分放大器的輸出驅(qū)動(dòng)能力、隔離后級(jí)電路的影響、實(shí)現(xiàn)與后級(jí)電路的阻抗匹配以及為后級(jí)電路提供穩(wěn)定的直流偏置電壓。

為了更好地理解上述設(shè)備，以下詳細(xì)闡述一個(gè)本發(fā)明微弱信號(hào)接收前端的應(yīng)用實(shí)例。

如圖2所示，所述微弱信號(hào)接收前端可以包括通斷控制單元102、低噪聲差分放大器103、頻率拓展電路101，所接收的電壓信號(hào)送入所述低噪聲差分放大器103的輸入端，所述低噪聲差分放大器103的輸出端連接至所述頻率拓展電路101的第二輸入端；所接收的電流信號(hào)送入所述通斷控制單元102的輸入端，所述通斷控制單元102的輸出端連接至所述頻率拓展電路101的第一輸入端，所述頻率拓展電路101輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)。

當(dāng)接收到信號(hào)為電流信號(hào)i_in時(shí)，將控制信號(hào)Ctrl置于高電平使通斷控制單元102處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流信號(hào)i_in通過(guò)通斷控制單元102送入頻率拓展電路101的第一輸入端，頻率拓展電路101實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)i_in放大，并輸出電壓信號(hào)v_out；當(dāng)接收到信號(hào)為電壓信號(hào)時(shí)，將控制信號(hào)Ctrl置于低電平使通斷控制單元102處于截止?fàn)顟B(tài)，電壓信號(hào)通過(guò)低噪聲差分放大器103放大、濾波后轉(zhuǎn)換為單端電壓信號(hào)v_in，單端電壓信號(hào)v_in中包含了所需的電壓信號(hào)及額外疊加的直流分量，最終將單端電壓信號(hào)v_in送入頻率拓展電路101的第二輸入端，頻率拓展電路101實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)v_in的接收和放大，并輸出電壓信號(hào)v_out。

所述頻率拓展電路101由放大器、第一源跟隨器、共源放大器、第二源跟隨器和第一電阻(R1)構(gòu)成，所述頻率拓展電路101放大器的輸出連接至所述頻率拓展電路101第一源跟隨器的輸入，所述頻率拓展電路101第一源跟隨器的輸出連接至所述頻率拓展電路101共源放大器的輸入，所述頻率拓展電路101共源放大器的輸出連接至所述頻率拓展電路101第二源跟隨器的輸入。在所述頻率拓展電路101放大器的輸出端和共源放大器的輸出端之間接入第一電阻(R1)(傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中反饋電阻接在第一級(jí)的輸出端和第四級(jí)輸出端，這將嚴(yán)重影響第四級(jí)輸出節(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)響應(yīng))。

所述頻率拓展電路101放大器包括一個(gè)完成電壓輸入的第一MOS晶體管(M1)、用于提高增益的第二MOS晶體管(M2)、完成電流輸入的第三MOS晶體管(M3)、用于頻率拓展的第一有源電感單元(有源電感單元L1)以及用于直流偏置的和第二電阻(R2)；所述第二輸入端連接至所述第一MOS晶體管(M1)的柵極，所述第一輸入端連接至所述第一MOS晶體管(M1)的漏極，并加載至所述第二MOS晶體管(M2)的柵極和所述第三MOS晶體管(M3)的源極；所述第二MOS晶體管(M2)的漏極連接至所述第二電阻(R2)一端，并加載至所述第三MOS晶體管(M3)的柵極；所述第二電阻(R2)另一端連接至電源電壓VDD，所述電源電壓VDD通過(guò)所述第二電阻R2控制所述第二MOS晶體管(M2)的漏極偏置電壓，使所述第二MOS晶體管(M2)工作于飽和區(qū)；隨后通過(guò)與所述第三MOS晶體管(M3)漏極相連的所述第一有源電感單元(有源電感單元L1)將所述第三MOS晶體管(M3)的漏極電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_o1輸出。

所述第一有源電感單元(有源電感單元L1)包括一個(gè)工作于飽和區(qū)的第四MOS晶體管(M4)、用于調(diào)節(jié)有源電感大小的第三電阻(R3)和第一電容(C1)；所述電壓信號(hào)v_o1連接至所述第四MOS晶體管(M4)的源級(jí)，并加載至所述第一電容(C1)的一端；所述第一電容(C1)的另一端連接至所述第四MOS晶體管(M4)的柵極，并加載至所述第三電阻(R3)的一端；所述第三電阻(R3)的另一端連接至所述電源電壓VDD，并加載至所述第四MOS晶體管(M4)的漏極，所述電源電壓VDD控制所述第四MOS晶體管(M4)的漏極偏置電壓，使所述第四MOS晶體管(M4)工作于飽和區(qū)。

所述頻率拓展電路101第一源跟隨器包括一個(gè)構(gòu)成源跟隨器的第五MOS晶體管(M5)和第四電阻(R4)；所述電壓信號(hào)v_o1加載至所述第五MOS晶體管(M5)的柵極，隨后通過(guò)與所述第五MOS晶體管(M5)源極相連的第四電阻(R4)，將所述第五MOS晶體管(M5)的源級(jí)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_o2輸出。

所述頻率拓展電路101共源放大器包括一個(gè)用于電壓放大的第六MOS晶體管(M6)、用于頻率拓展的第二有源電感單元(有源電感單元L2)；所述電壓信號(hào)v_o2加載至所述第六MOS晶體管(M6)的柵極，隨后通過(guò)與所述第六MOS晶體管(M6)漏極相連的所述第二有源電感單元(有源電感單元L2)，將所述第六MOS晶體管(M6)的漏極電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_o3輸出。

所述第二有源電感單元(有源電感單元L2)包括一個(gè)工作于飽和區(qū)的第七M(jìn)OS晶體管(M7)、用于調(diào)節(jié)電感大小的第五電阻(R5)和第二電容(C2)；所述電壓信號(hào)v_o3連接至所述第七M(jìn)OS晶體管(M7)的源級(jí)，并加載至所述第二電容(C2)的一端；所述第二電容(C2)的另一端連接至所述第七M(jìn)OS晶體管(M7)的柵極，并加載至所述第五電阻(R5)的一端；所述第五電阻(R5)的另一端連接至所述電源電壓VDD，并加載至所述第七M(jìn)OS晶體管(M7)的漏極，所述電源電壓VDD控制所述第七M(jìn)OS晶體管(M7)的漏極偏置電壓，使所述第七M(jìn)OS晶體管(M7)工作于飽和區(qū)。

所述頻率拓展電路101第二源跟隨器包括一個(gè)構(gòu)成源跟隨器的第八MOS晶體管(M8)和第六電阻(R6)；所述電壓信號(hào)v_o3加載至所述第八MOS晶體管(M8)的柵極，隨后通過(guò)與所述第八MOS晶體管(M8)源極相連的第六電阻(R6)，將所述第八MOS晶體管(M8)的源級(jí)輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v_out。

還包括設(shè)置在所述低噪聲差分放大器和所述頻率拓展電路之間的緩沖器，所述低噪聲差分放大器的輸出端連接所述緩沖器的輸入端，所述緩沖器的輸出端連接所述放大器的第二輸入端，緩沖器的作用是增強(qiáng)所述低噪聲差分放大器的輸出驅(qū)動(dòng)能力、隔離后級(jí)電路的影響、實(shí)現(xiàn)與后級(jí)電路的阻抗匹配以及為后級(jí)電路提供穩(wěn)定的直流偏置電壓，本實(shí)施例緩沖器內(nèi)置在所述低噪聲差分放大器中，原低噪聲差分放大器輸出端連接緩沖器的輸入端，緩沖器的輸出端連接放大器的第二輸入端。

所述頻率拓展電路101放大器的關(guān)鍵在于，通過(guò)調(diào)節(jié)有源電感單元L1等效電感的大小來(lái)改變放大器傳遞函數(shù)的零、極點(diǎn)的位置，進(jìn)而拓展所述頻率拓展電路第一級(jí)帶寬，從而使所述頻率拓展電路101放大器能夠處理的所述電流信號(hào)或電壓信號(hào)頻率更高。另外采用有源電感L1并聯(lián)峰化技術(shù)可減小信號(hào)通路上的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，進(jìn)而降低了電路的群時(shí)延，避免了信號(hào)失真。為了減小所述頻率拓展電路101共源放大器的等效輸入電容對(duì)電路帶寬的影響，在圖2所述頻率拓展電路101第一和共源放大器的之間加入第一源跟隨器，而不是放大器的輸出直接連接到共源放大器的輸入端，這樣可以將放大器輸出節(jié)點(diǎn)的等效密勒電容由(1-A₃)C_gs6變(1-A₂)C_gs5，又因?yàn)镃_gs6和C_gs5的大小為同一數(shù)量級(jí)，C_gs6為第六集成MOS晶體管的柵極和源極的結(jié)電容，C_gs5為第五集成MOS晶體管的柵極和源極的結(jié)電容，且共源放大器的增益A₃遠(yuǎn)大于1，第一源跟隨器的增益A₂小于1，所以本設(shè)計(jì)引入的第一源跟隨器有效地避免了等效密勒電容對(duì)帶寬的限制。此外，第一源跟隨器的輸出阻抗隨著頻率的增加而逐漸變大，也就是表現(xiàn)出部分電感特性，可以對(duì)第一源跟隨器的輸出節(jié)點(diǎn)的電容起到一定的抵消作用，進(jìn)一步的拓展電路的帶寬。在圖2所述頻率拓展電路101共源放大器結(jié)構(gòu)中，通過(guò)引入有源電感單元L2，可以進(jìn)一步拓展整個(gè)接收前端的帶寬。所述頻率拓展電路第二源跟隨器能夠起到阻抗變換和電平位移的作用。

在圖2所述頻率拓展電路101放大器的輸出端和共源放大器的輸出端之間引入第一電阻(R1)，這樣使得第三MOS晶體管(M3)的漏極電阻由原來(lái)的Z_L1變?yōu)槠渲衂_L1表示有源電感單元L1的等效阻抗，Z_L2表示有源電感單元L2的等效阻抗，g_m6為第六集成MOS晶體管的柵源跨導(dǎo)，因此第三MOS晶體管(M3)的漏極阻抗大大減小，從而更進(jìn)一步的拓展電路的帶寬。

圖3為如上述有源電感單元L1和L2所述的一個(gè)有源電感單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為圖3所示有源電感單元的等效電路，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，同時(shí)由于MOS晶體管(M₀)的C_gs＞＞C_gd，C_gs＞＞C_ds且g_m0＞＞g_ds，C_gs為集成MOS晶體管(M0)柵極和源極的結(jié)電容，C_gd為集成MOS晶體管(M0)柵極和漏極的結(jié)電容，C_ds為集成MOS晶體管(M0)漏極和源極的結(jié)電容，g_m0為集成MOS晶體管(M0)的柵源跨導(dǎo)，g_ds為集成MOS晶體管(M0)的漏源跨導(dǎo)，可以忽略C_gd、C_ds、g_ds，根據(jù)簡(jiǎn)化后的小信號(hào)等效模型，推出有源電感單元的等效阻抗為：

$Z_{in}=\frac{1+{\mathrm{sR}}_0(C_0+C_{gs})}{s(C_0+C_{gs})+g_{m0}}=sL//R_{01}+R_{02}$

其中：

s＝j(luò)ω(復(fù)數(shù)變量)

$L=\frac{(C_0+C_{gs})}{g_{m0}}(R_0-\frac{1}{g_{m0}})$

$R_{01}=R_0-\frac{1}{g_{m0}}$

$R_{02}=\frac{1}{g_{m0}}$

設(shè)計(jì)中只要保證電阻R₀₁>0，就能使MOS晶體管M₀的源極輸出阻抗Z_in隨頻率的增大而增大呈電感特性，從而構(gòu)成一個(gè)諧振回路。同時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整電阻R₀和C₀的大小來(lái)改變電感值，以獲得合適的諧振峰，從而達(dá)到拓展電路帶寬的目的。

圖5為圖2的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例圖，圖5中52表示圖2所述微弱信號(hào)接收前端的實(shí)施實(shí)例。傳感器51實(shí)現(xiàn)對(duì)被探測(cè)信息的采集，同時(shí)完成電學(xué)轉(zhuǎn)換，并輸出電流i_in或者電壓v_in，52完成對(duì)電流i_in或者電壓v_in信號(hào)的濾波、放大，輸出信號(hào)u_n，53完成對(duì)信號(hào)u_n的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)54的通信，通過(guò)計(jì)算機(jī)54內(nèi)部上位機(jī)對(duì)PC_data數(shù)據(jù)處理，最終完成對(duì)探測(cè)的信息的采集、處理和分析，可采集信號(hào)的通頻帶寬度為0～500MHz。

從以上描述可知，本實(shí)施例采用有源電感峰化技術(shù)，無(wú)需平面螺旋電感，從而極大的拓展電路的帶寬同時(shí)大大減小了芯片面積；引入源跟隨器和負(fù)反饋改變系統(tǒng)傳遞函數(shù)零、極點(diǎn)的位置，進(jìn)一步拓寬頻帶；采用同一種拓頻電路實(shí)現(xiàn)電壓和電流信號(hào)的接收，并不是對(duì)單一的電流接收電路和電壓接收電路進(jìn)行集成，從而有效降低傳統(tǒng)微弱信號(hào)接收前端的復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度，而且整個(gè)接收前端可以完全用集成電路CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，所以很適合集成于SOC芯片，具有良好的推廣價(jià)值。

一個(gè)實(shí)施例中基于所述的微弱信號(hào)接收前端的微弱信號(hào)接收方法，如圖6所示，包括以下步驟：

步驟S601：所述放大器輸入電流信號(hào)或電壓信號(hào)；

步驟S602：所述放大器根據(jù)所述電流信號(hào)或電壓信號(hào)輸出第一級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第一源跟隨器和所述第一電阻的一端；

步驟S603：所述第一源跟隨器根據(jù)所述第一級(jí)頻帶拓展信號(hào)輸出第二級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述共源放大器；

步驟S604：所述共源放大器根據(jù)所述第二級(jí)頻帶拓展信號(hào)輸出第三級(jí)頻帶拓展信號(hào)到所述第二源跟隨器和所述第一電阻的另一端；

步驟S605：所述第二源跟隨器根據(jù)所述第三級(jí)頻帶拓展信號(hào)輸出第四級(jí)頻帶拓展信號(hào)。

從以上描述可知，本發(fā)明微弱信號(hào)接收方法，對(duì)接收前端的帶寬進(jìn)行有效拓展，無(wú)需平面螺旋電感實(shí)現(xiàn)對(duì)電路帶寬拓展，大大減小芯片面積，引入源跟隨器和負(fù)反饋改變系統(tǒng)傳遞函數(shù)零、極點(diǎn)的位置，進(jìn)一步拓寬頻帶，整個(gè)接收前端可以完全用集成電路CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，所以很適合集成于SOC芯片，具有良好的推廣價(jià)值。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。