高带宽放大器及电子电路

专利2025-12-23  15


本发明涉及集成电路设计,特别是涉及一种高带宽放大器及电子电路。


背景技术:

1、由于现代信号处理要求的提高,高带宽放大器在信号处理和电子通信等领域的设计需求日渐增长。设计高带宽放大器需要兼顾带宽、功耗、稳定性等性能,设计过程中,由于放大器的单位增益带宽很高,电路中寄生参数所形成的极点如果落在单位增益带宽内,则会破坏所设计放大器的稳定性。

2、高带宽放大器一般采用电阻分压式反馈网络实现对输入电压信号的线性放大,为保证带宽及稳定性要求,需要使用阻值较小的电阻,致使反馈网络极大地增加了电路功耗;但若要降低功耗,就必须使用阻值较大的电阻,这会使放大器中输入级寄生电容所形成的极点绝对值减小而落入单位增益带宽内,导致放大器的稳定性变差。因此,如何兼顾功耗及稳定性,是高性能放大器设计的关键。

3、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种高带宽放大器及电子电路,用于解决现有放大器存在功耗及稳定性难以兼顾的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种高带宽放大器,所述高带宽放大器包括:

3、放大器模块及低功耗反馈模块,所述放大器模块的正相输入端连接输入电压信号,负相输入端连接所述低功耗反馈模块的输出端,输出端连接所述低功耗反馈模块的输入端;

4、所述放大器模块与所述低功耗反馈模块配合来对所述输入电压信号进行线性放大生成输出电压信号,其中,所述低功耗反馈模块提供包括一个零点和一个极点的传递函数并通过引入零点来对极点进行补偿。

5、可选地,所述放大器模块包括第一级放大单元及第二级放大单元;

6、所述第一级放大单元的正相输入端连接所述输入电压信号,负相输入端连接所述低功耗反馈模块的输出端,用于将两输入端的电压差转化为正相电流及负相电流并以此生成第一电压信号及第二电压信号;

7、所述第二级放大单元连接所述第一级放大单元的第一输出端及第二输出端,用于将所述第一电压信号及所述第二电压信号转化为所述输出电压信号。

8、可选地,所述第一级放大单元包括正相电流支路、负相电流支路及尾电流源,其中,所述正相电流支路包括第一pmos管、第一nmos管及第二nmos管,所述负相电流支路包括第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第三nmos管及第四nmos管;

9、所述第一pmos管的栅极作为所述第一级放大单元的正相输入端,源极经由所述尾电流源连接电源电压,漏极连接所述第一nmos管的漏极;所述第一nmos管的栅极与其漏极相连并连接所述第二nmos管的栅极,源极连接参考地;所述第二nmos管的源极连接参考地,漏极作为所述第一级放大单元的第一输出端;

10、所述第二pmos管的栅极作为所述第一级放大单元的负相输入端,源极经由所述尾电流源连接电源电压,漏极连接所述第三nmos管的漏极;所述第三nmos管的栅极与其漏极相连并连接所述第四nmos管的栅极,源极连接参考地;所述第四nmos管的源极连接参考地,漏极连接所述第三pmos管的漏极;所述第三pmos管的栅极与其漏极相连并连接所述第四pmos管的栅极,源极连接电源电压;所述第四pmos管的源极连接电源电压,漏极作为所述第一级放大单元的第二输出端。

11、可选地,所述第二级放大单元包括偏置部分及输出部分,其中,所述偏置部分包括第五pmos管及第五nmos管,所述输出部分包括第六pmos管及第六nmos管;

12、所述第五pmos管的栅极连接第一偏压信号,源极连接所述第一级放大单元的第二输出端并作为所述偏置部分的第一输出端,漏极连接所述第一级放大单元的第一输出端;所述第五nmos管的栅极连接第二偏压信号,源极连接所述第一级放大单元的第一输出端并作为所述偏置部分的第二输出端,漏极连接所述第一级放大单元的第二输出端;

13、所述第六pmos管的栅极连接所述偏置部分的第一输出端,源极连接电源电压,漏极连接所述第六nmos管的漏极并作为所述第二级放大单元的输出端;所述第六nmos管的栅极连接所述偏置部分的第二输出端,源极连接参考地。

14、可选地,所述第二级放大单元还包括第一补偿部分及第二补偿部分,其中,所述第一补偿部分包括第一电阻及第一电容,所述第二补偿部分包括第二电阻及第二电容;

15、所述第一电阻及所述第一电容串联于所述第六pmos管的栅极及漏极之间,所述第二电阻及所述第二电容串联于所述第六nmos管的栅极及漏极之间。

16、可选地,所述低功耗反馈模块包括第三电阻、第四电阻、第三电容、第四电容及第五电容;

17、所述第三电阻的第一端连接所述第三电容的第一端并作为所述低功耗反馈模块的输入端,第二端经由所述第四电阻连接参考地并作为所述低功耗反馈模块的输出端;所述第三电容的第二端经由所述第四电容连接参考地并经由所述第五电容连接所述低功耗反馈模块的输出端。

18、可选地,所述第三电容的值满足公式,所述第四电容的值大于10倍的输入级寄生电容的值,所述第五电容的值大于10倍的所述第四电容的值;其中,c3表示第三电容的值,c4表示第四电容的值,r3表示第三电阻的值,r4表示第四电阻的值。

19、可选地,所述高带宽放大器还包括负载模块;所述负载模块包括第五电阻及第六电容,所述第五电阻及所述第六电容并联于所述放大器模块的输出端及参考地之间。

20、可选地,所述低功耗反馈模块包括第四电容时,所述第四电容的值不大于10倍的所述第六电容的值。

21、本发明还提供一种电子电路,所述电子电路包括如上所述的高带宽放大器。

22、如上所述,本发明的高带宽放大器及电子电路,通过低功耗反馈模块的设计,增大反馈电阻值的同时还通过引入的零点来补偿由输入级寄生电容所产生的极点,实现放大器的高带宽、高稳定性及低功耗的效果;相较于电阻分压式反馈网络的放大器,在反馈电阻值相同的情况下,本发明放大器具有更高带宽及更高稳定性,在带宽相同的情况下,本发明放大器在保持高稳定性的同时具有更低功耗,能够兼顾功耗及稳定性。



技术特征:

1.一种高带宽放大器,其特征在于,所述高带宽放大器包括:

2.根据权利要求1所述的高带宽放大器,其特征在于,所述放大器模块包括第一级放大单元及第二级放大单元;

3.根据权利要求2所述的高带宽放大器,其特征在于,所述第一级放大单元包括正相电流支路、负相电流支路及尾电流源,其中,所述正相电流支路包括第一pmos管、第一nmos管及第二nmos管,所述负相电流支路包括第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第三nmos管及第四nmos管;

4.根据权利要求2所述的高带宽放大器,其特征在于,所述第二级放大单元包括偏置部分及输出部分,其中,所述偏置部分包括第五pmos管及第五nmos管,所述输出部分包括第六pmos管及第六nmos管;

5.根据权利要求4所述的高带宽放大器,其特征在于,所述第二级放大单元还包括第一补偿部分及第二补偿部分,其中,所述第一补偿部分包括第一电阻及第一电容,所述第二补偿部分包括第二电阻及第二电容;

6.根据权利要求1所述的高带宽放大器,其特征在于,所述低功耗反馈模块包括第三电阻、第四电阻、第三电容、第四电容及第五电容;

7.根据权利要求6所述的高带宽放大器,其特征在于,所述第三电容的值满足公式,所述第四电容的值大于10倍的输入级寄生电容的值,所述第五电容的值大于10倍的所述第四电容的值;其中,c3表示第三电容的值,c4表示第四电容的值,r3表示第三电阻的值,r4表示第四电阻的值。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的高带宽放大器,其特征在于,所述高带宽放大器还包括负载模块;所述负载模块包括第五电阻及第六电容,所述第五电阻及所述第六电容并联于所述放大器模块的输出端及参考地之间。

9.根据权利要求8所述的高带宽放大器,其特征在于,所述低功耗反馈模块包括第四电容时,所述第四电容的值不大于10倍的所述第六电容的值。

10.一种电子电路,其特征在于,所述电子电路包括如权利要求1~9任意一项所述的高带宽放大器。


技术总结
本发明提供一种高带宽放大器及电子电路,其中高带宽放大器包括放大器模块及低功耗反馈模块,放大器模块的正相输入端连接输入电压信号,负相输入端连接低功耗反馈模块的输出端,输出端连接低功耗反馈模块的输入端;放大器模块与低功耗反馈模块配合来对输入电压信号进行线性放大生成输出电压信号,其中,低功耗反馈模块提供包括一个零点和一个极点的传递函数并通过引入零点来对极点进行补偿。通过本发明提供的高带宽放大器及电子电路,解决了现有放大器存在功耗及稳定性难以兼顾的问题。

技术研发人员:张凯达,郁发新,吴剑辉,庄华宝,王奕赫,史哲宁,潘颖达,葛澜,李舸,郑腾龙
受保护的技术使用者:浙江大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
转载请注明原文地址:https://doc.8miu.com/index.php/read-1825808.html

最新回复(0)