宽带高增益跨导放大器,涉及电子技术。本发明包括第一级电路和第二级电路,第一级电路包含第一连接点、第二连接点、四个辅助放大器和第一尾电流管,第二级电路包含第三连接点、第四连接点和第二尾电流管,第一连接点和第二连接点分别通过第一电容电路连接到第一尾电流管的栅极;第三连接点)和第四连接点分别通过第二电容电路连接到第二尾电流管的栅极;第一尾电流管的栅极通过第三开关连接到第二尾电流管的漏极;第三连接点通过第四开关连接到共模反馈放大器的正向输入端,第四连接点通过第五开关连接到共模反馈放大器的正向输入端,共模反馈放大器的输出端通过第六开关连接第二尾电流管的漏极。本发明具有更快的响应速度、更高的增益和压摆率。
1.宽带高增益跨导放大器,包括第一级电路和第二级电路,第一级电路包含第一连接点(K1)、第二连接点(K2)、四个辅助放大器和第一尾电流管(Mn5),第二级电路包含第三连接点(K3)、第四连接点(K4)和第二尾电流管(Mn6),其特征在于,第一连接点(K1)和第二连接点(K2)分别通过第一电容电路连接到第一尾电流管(Mn5)的栅极;第三连接点(K3)和第四连接点(K4)分别通过第二电容电路连接到第二尾电流管(Mn6)的栅极;第一尾电流管(Mn5)的栅极通过第三开关(S1K)连接到第二尾电流管(Mn6)的漏极;第三连接点(K3)通过第四开关(S31)连接到共模反馈放大器(100)的正向输入端,第四连接点(K4)通过第五开关(S32)连接到共模反馈放大器(100)的正向输入端,共模反馈放大器(100)的输出端通过第六开关(S2k)连接到第二尾电流管(Mn6)的漏极;共模反馈放大器(100)的负向输入端作为基准电压的输入端口;所述第一电容电路由第一电容(C11)、第二电容(C12)和第一开关(S1)构成,第一连接点(K1)通过第一电容(C11)连接到第一尾电流管(Mn5)的栅极,第二连接点(K2)通过第二电容(C12)连接到第一尾电流管(Mn5)的栅极,第一连接点(K1)和第二连接点(K2)通过第一开关(S1)连接;所述第二电容电路由第三电容(C21)、第四电容(C22)和第二开关(S2)构成,第三连接点(K3)通过第三电容(C21)连接到第二尾电流管(Mn6)的栅极,第四连接点(K4)通过第四电容(C22)连接到第二尾电流管(Mn6)的栅极,第三连接点(K3)和第四连接点(K4)通过第二开关(S2)连接。
2.如权利要求1所述的宽带高增益跨导放大器,其特征在于,所述四个辅助放大器包括两个结构相同的电流输入型单极放大器(A1、A2),每个电流输入型单极放大器由三个NMOS管构成;第一NMOS管(MX1)的漏极接高电平,源极接第二NMOS管(MX2)的漏极;第二NMOS管(MX2)的源极为输入端;第二NMOS管(MX2)的漏极还接第三NMOS管(MX3)的栅极,第三NMOS管(MX3)的源极接地,漏极接电流源,第三NMOS管(MX3)的漏极还通过电容(Ck)接地,同时,第三NMOS管(MX3)的漏极为输出端。技术领域
本发明涉及电子技术,特别涉及集成电路。
背景技术
如图1所示,现有技术的整个跨导放大器由两级组成,以满足高增益、高带宽的要求。第一级采用套筒结构,并加入辅助放大器A以提高输出阻抗,从而提高增益;第二级采用共源放大结构以提高输出信号摆幅。第一级输出和第二级输入间加入了密勒补偿Rc、Cc以保证整个放大器有足够的相位裕度。该结构的放大器大量应用在高速、高精度模数转换器中。由于它采用了全差分结构,具有很高的共模抑制比,几乎不受共模噪声的影响。但是需要加入共模反馈电路CMFB以保证输出的共模信号处于稳定,从而稳定放大器的工作点。普通的开关电容型共模反馈是在第一级和第二级输出端分别各加入一个共模反馈电路,这样不仅电路复杂,需要加入两个基准电压,而且响应速度不快。图2是传统开关电容型共模反馈的具体电路,其中Ф1和Ф2是受互补时钟信号控制的开关。设运放输出端K1、K2共模电压为Vcm;Ks端电压为Vs。在采样相Ф1=“1”时,Cs被充电到Vb-Vcmf,Cc是采样电容,它采样了运放输出的共模电压VcmK1和K2是运放正负输出端,Vs是共模反馈调节电压,Ks接运放尾电流源管栅上如图1中Mn5和Mn6,Cc被充电到Vs-Vcm。当保持相时,即Ф2=“1”时,Cc和Cs并联,进行电荷分享。根据电荷守衡,如果Vb-Vcmf≠Vs-Vcm,那么电荷分享后Cs上电压差就不等于Vb-Vcmf,再到下一个Ф1=“1”的时,Cs又被充电到Vb-Vcmf,直到Cc两端电压差等于Vb-Vcmf为止。这样便达到共模反馈调节的作用。该共模反馈结构收敛需要多个时钟周期,响应不够快。另外,图1中每个“CMFB”需要两个基准信号Vb、Vcmf,整个运放就需要4个精确的基准电压,提高了电路设计的复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种具有更快的响应速度、更高的增益和压摆率的跨导放大器。本发明解决所述技术问题采用的技术方案是,宽带高增益跨导放大器,包括第一级电路和第二级电路,第一级电路包含第一连接点、第二连接点、四个辅助放大器和第一尾电流管,第二级电路包含第三连接点、第四连接点和第二尾电流管,第一连接点和第二连接点分别通过第一电容电路连接到第一尾电流管的栅极;第三连接点和第四连接点分别通过第二电容电路连接到第二尾电流管的栅极;第一尾电流管的栅极通过第三开关连接到第二尾电流管的漏极;第三连接点通过第四开关连接到共模反馈放大器的正向输入端,第四连接点通过第五开关连接到共模反馈放大器的正向输入端,共模反馈放大器的输出端通过第六开关连接到第二尾电流管的漏极;共模反馈放大器的负向输入端作为基准电压的输入端口;所述第一电容电路由第一电容、第二电容和第一开关构成,第一连接点通过第一电容连接到第一尾电流管的栅极,第二连接点通过第二电容连接到第一尾电流管的栅极,第一连接点和第二连接点通过第一开关连接;所述第二电容电路由第三电容、第四电容和第二开关构成,第三连接点通过第三电容连接到第二尾电流管的栅极,第四连接点通过第四电容连接到第二尾电流管的栅极,第三连接点和第四连接点通过第二开关连接。所述四个辅助放大器包括两个结构相同的电流输入型单极放大器,每个电流输入型单极放大器由三个NMOS管构成;第一NMOS管的漏极接高电平,源极接第二NMOS管的漏极;第二NMOS管的源极为输入端;第二NMOS管的漏极还接第三NMOS管的栅极,第三NMOS管的源极接地,漏极接电流源,第三NMOS管的漏极还通过电容接地,同时,第三NMOS管的漏极为输出端。本发明的有益效果是,本发明提出的新的开关电容型共模反馈环路,使得共模反馈得到了简化,响应速度更快。本发明的改进的辅助放大器,不仅使整个跨导放大器增益得到提高,同时提高了压摆率。以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是采用传统开关电容共模反馈的宽带高增益运放的电路图。图2是传统的开关电容型共模反馈电路图。图3是本发明的电路图。图4是本发明的反馈回路示意图。图5是本发明的辅助放大器的电路图。
具体实施方式
本发明的宽带高增益跨导放大器包括第一级电路和第二级电路,第一级电路包含第一连接点K1、第二连接点K2、四个辅助放大器和第一尾电流管Mn5,第二级电路包含第三连接点K3、第四连接点K4和第二尾电流管Mn6,其特征在于,第一连接点K1和第二连接点K2分别通过第一电容电路连接到第一尾电流管Mn5的栅极;第三连接点K3和第四连接点K4分别通过第二电容电路连接到第二尾电流管Mn6的栅极;第一尾电流管Mn5的栅极通过第三开关S1K连接到第二尾电流管Mn6的漏极;第三连接点K3通过第四开关S31连接到共模反馈放大器100的正向输入端,第四连接点K4通过第五开关S32连接到共模反馈放大器100的正向输入端,共模反馈放大器100的输出端通过第六开关S2k连接到第二尾电流管Mn6的漏极。所述第一电容电路由第一电容C11、第二电容C12和第一开关S1构成,第一连接点K1通过第一电容C11连接到第一尾电流管Mn5的栅极,第二连接点K2通过第二电容C12连接到第一尾电流管Mn5的栅极,第一连接点K1和第二连接点K2通过第一开关S1连接;所述第二电容电路由第三电容C21、第四电容C22和第二开关S2构成,第三连接点K3通过第三电容C21连接到第二尾电流管Mn6的栅极,第四连接点K4通过第四电容C22连接到第二尾电流管Mn6的栅极,第三连接点K3和第四连接点K4通过第二开关S2连接。所述四个辅助放大器包括两个结构相同的电流输入型单极放大器(A1、A2),每个电流输入型单极放大器由三个NMOS管构成;第一NMOS管MX1的漏极接高电平,源极接第二NMOS管MX2的漏极;第二NMOS管MX2的源极为输入端;第二NMOS管MX2的漏极还接第三NMOS管MX3的栅极,第三NMOS管MX3的源极接地,漏极接电流源,第三NMOS管MX3的漏极还通过电容Ck接地,同时,第三NMOS管MX3的漏极为输出端。具体的说,在本发明中,放大器第一级的尾电流管Mn5的栅极接第二尾电流管Mn6的漏极,第二尾电流管Mn6的栅极接共模反馈放大器Amp_c的输出。这样放大器的第一级和第二级形成了一个反馈环路,如图4所示。该环路由Mn7、Mn5、Mn1、Mn3组成。从第一级输出K2点到地之间电压差等于Vgsn7+Vgsn5(Vgsn7、Vgsn5分别是Mn7、Mn5的栅源电压)。由于第二级工作电流由偏置电压Vb2确定,当Vb2固定后,第二级的工作电流也就固定了,即确定了Vgsn7。当Mn6的栅电位通过放大器第二级的共模反馈确定后,Mn6管的漏端P电位便确定了,也即确定了Vgsn5;同时第二级输出OUT的共模电压也得到了确定。而且第一级输出共模电压Vgsn5+Vgsn7也确定了。这样第一级的输出共模在第二级输出共模确定时便立即得以确定,这样提高了共模反馈的响应速度,而且只需要提供一个基准电压Vref。本发明的具体工作过程如下:应用时,当放大器处于采样相时,开关S1、S2、S3、S1k、S2k均闭合,共模反馈放大器输出接Mn6栅极,确定了其栅压,由于第二级电流固定,P点电位便确定,Mn6漏接Mn5栅,这样便确定了Mn5栅压,也就确定了第一级共模电压。第一级、第二级输出分别对保持电容C11、C12、C21、C22充电至确定后的共模电压值。当放大器处于放大相时,所有开关全部断开。由于放大器第一级、第二级输出呈高阻,保持电容C11、C12、C21、C22无有效放电通路,所以保持住了采样相时的状态,使得第一级、第二级输出共模电压保持不变。为了提高放大器输出阻抗以提高增益,一般会加入辅助放大器。为了不引入复杂的零极点对,该放大器为单极放大器,一般为共源放大器或单极折叠放大器。为了提高高增益放大器的动态性能,本发明对现有技术的辅助放大器进行了改进,提出了一种采用电流输入型单极放大器来作辅助放大器。如图5所示,MOS管Mn3和Mn4分别连接有一个电流输入型单极放大器。以与MOS管Mn4连接的电流输入型单极放大器A1为例,Vin为电流输入型单极放大器A1的输入,接图3中Mn4的源;Vout为输出,接Mn4管的栅。输入支路MX1、MX2不起放大作用,但是电流不固定。而第二路是共源放大,放大管MX3电流是固定的,输出接电容Ck是为了调整辅助放大器主极点位置,以减小整个放大器零极点对的影响。在图3中,当Vi-升高时,Mn4源电位下降,辅助放大器中MX2栅源电压增加,该支路电流增加,为Mn4源端节点提供了足够的充电电流。同时,由于MX1电流增加,因为MX1栅压固定,其源端电位下降,也即MX3栅压下降,那么MX3漏端电位上升。这样Mn4栅端电位上升,使得其源端电位提高,最终达到稳定。由于在该过程中,辅助放大器提供了额外的电流,使得整个跨导放大器的压摆率得到了提高。Vb3和Vb4是电流输入型单极放大器的偏置电压。说明书已经充分说明本发明的原理和必要技术内容,普通技术人员能够依据说明书实施本发明,故不再赘述更加具体的技术细节。