專利名稱：寬帶高增益跨導放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術，特別涉及集成電路。
背景技術：
如圖1所示，現有技術的整個跨導放大器由兩級組成，以滿足高增益、高帶寬的要求。第一級采用套筒結構，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構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償Rc、Cc 以保證整個放大器有足夠的相位裕度。該結構的放大器大量應用在高速、高精度模數轉換器中。由于它采用了全差分結構，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定，從而穩定放大器的工作點。 普通的開關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共模反饋電路，這樣不僅電路復雜，需要加入兩個基準電壓，而且響應速度不快。圖2是傳統開關電容型共模反饋的具體電路，其中Φ1和Φ2是受互補時鐘信號控制的開關。設運放輸出端K1、K2共模電壓為Vcm;Ks端電壓為Vs。在采樣相Φ1=“1” 時，Cs被充電到Vb-Vcmf，Cc是采樣電容，它采樣了運放輸出的共模電壓VcmKl和Κ2是運放正負輸出端，Vs是共模反饋調節電壓，Ks接運放尾電流源管柵上如圖1中Μη5和Mn6，Cc 被充電到Vs-Vcm。當保持相時，即Φ2 =“1”時，Cc和Cs并聯，進行電荷分享。根據電荷守衡，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 Φ1 = “1”的時，Cs又被充電到Vb-Vcmf，直到Cc兩端電壓差等于Vb-Vcmf為止。這樣便達到共模反饋調節的作用。該共模反饋結構收斂需要多個時鐘周期，響應不夠快。另外，圖 1中每個“CMFB”需要兩個基準信號Vb、Vcmf，整個運放就需要4個精確的基準電壓，提高了電路設計的復雜度。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種具有更快的響應速度、更高的增益和壓擺率的跨導放大器。本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，寬帶高增益跨導放大器，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、第二連接點、四個輔助放大器和第一尾電流管，第二級電路包含第三連接點、第四連接點和第二尾電流管，第一連接點和第二連接點分別通過第一電容電路連接到第一尾電流管的柵極；第三連接點和第四連接點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連接到第二尾電流管的漏極；第三連接點通過第四開關連接到共模反饋放大器的正向輸入端，第四連接點通過第五開關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構成，第一連接點通過第一電容連接到第一尾電流管的柵極，第二連接點通過第二電容連接到第一尾電流管的柵極，第一連接點和第二連接點通過第一開關連接；所述第二電容電路由第三電容、第四電容和第二開關構成，第三連接點通過第三電容連接到第二尾電流管的柵極，第四連接點通過第四電容連接到第二尾電流管的柵極，第三連接點和第四連接點通過第二開關連接。所述四個輔助放大器包括兩個結構相同的電流輸入型單極放大器，每個電流輸入型單極放大器由三個NMOS管構成；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，第三NMOS管的漏極為輸出端。本發明的有益效果是，本發明提出的新的開關電容型共模反饋環路，使得共模反饋得到了簡化，響應速度更快。本發明的改進的輔助放大器，不僅使整個跨導放大器增益得到提高，同時提高了壓擺率。以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。


圖1是采用傳統開關電容共模反饋的寬帶高增益運放的電路圖。圖2是傳統的開關電容型共模反饋電路圖。圖3是本發明的電路圖。圖4是本發明的反饋回路示意圖。圖5是本發明的輔助放大器的電路圖。
具體實施例方式本發明的寬帶高增益跨導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K1、第二連接點K2、四個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K3、第四連接點K4和第二尾電流管Mn6，其特征在于，第一連接點Kl和第二連接點 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K3和第四連接點 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SlK連接到第二尾電流管Mn6的漏極；第三連接點K3通過第四開關S31連接到共模反饋放大器100的正向輸入端，第四連接點K4通過第五開關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Sl構成，第一連接點 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Kl和第二連接點K2通過第一開關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S2構成，第三連接點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K3和第四連接點K4通過第二開關S2連接。所述四個輔助放大器包括兩個結構相同的電流輸入型單極放大器(Al、A2)，每個電流輸入型單極放大器由三個NMOS管構成；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，第三NMOS管MX3的漏極為輸出端。具體的說，在本發明中，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反饋環路，如圖4所示。該環路由Mn7、Mn5、Mnl、Mn3組成。從第一級輸出K2點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Vb2固定后，第二級的工作電流也就固定了， 即確定了 Vgsn7。當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便立即得以確定，這樣提高了共模反饋的響應速度，而且只需要提供一個基準電壓Vref。本發明的具體工作過程如下應用時，當放大器處于采樣相時，開關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。當放大器處于放大相時，所有開關全部斷開。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的狀態，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。為了不引入復雜的零極點對，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性能，本發明對現有技術的輔助放大器進行了改進，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是為了調整輔助放大器主極點位置，以減小整個放大器零極點對的影響。在圖3中，當Vi-升高時， 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源端節點提供了足夠的充電電流。同時，由于MXl電流增加，因為MXl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，最終達到穩定。由于在該過程中，輔助放大器提供了額外的電流，使得整個跨導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。說明書已經充分說明本發明的原理和必要技術內容，普通技術人員能夠依據說明書實施本發明，故不再贅述更加具體的技術細節。
權利要求
1.寬帶高增益跨導放大器，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(Kl)、第二連接點(K2)、四個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(K3)、第四連接點(K4)和第二尾電流管(Mn6)，其特征在于，第一連接點(Kl)和第二連接點(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(K3) 和第四連接點(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(SlK)連接到第二尾電流管(Mn6)的漏極；第三連接點(K3) 通過第四開關(S31)連接到共模反饋放大器(100)的正向輸入端，第四連接點(K4)通過第五開關(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(S2k)連接到第二尾電流管(Mn6)的漏極。
2.如權利要求1所述的寬帶高增益跨導放大器，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(Si)構成，第一連接點(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(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(Kl)和第二連接點(以)通過第一開關(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(S2)構成，第三連接點(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(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(O)和第四連接點(K4)通過第二開關(S2)連接。
3.如權利要求1所述的寬帶高增益跨導放大器，其特征在于，所述四個輔助放大器包括兩個結構相同的電流輸入型單極放大器(Al、A2)，每個電流輸入型單極放大器由三個 NMOS管構成；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，第三NMOS管(MX3)的漏極為輸出端。
全文摘要
寬帶高增益跨導放大器，涉及電子技術。本發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、第二連接點、四個輔助放大器和第一尾電流管，第二級電路包含第三連接點、第四連接點和第二尾電流管，第一連接點和第二連接點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)和第四連接點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連接到第二尾電流管的漏極；第三連接點通過第四開關連接到共模反饋放大器的正向輸入端，第四連接點通過第五開關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連接第二尾電流管的漏極。本發明具有更快的響應速度、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 優先權日2011年10月28日
發明者岑遠軍, 張克林, 朱志勇, 蔡化 申請人:成都華微電子科技有限公司