CN103391050B - 一种cmos低噪声放大装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种CMOS低噪声放大装置，包括运算放大器以及电连接在运算放大器正输入端(+)与低噪声放大装置正输入端(V_i+)之间的第一电容(C1)和电连接在运算放大器负输入端(-)与低噪声放大装置负输入端(V_i-)之间的第二电容(C2)，还包括第一MOS管(M51)、第二MOS管(M52)和共模偏置单元(CMB)；第一MOS管电连接在运算放大器正输入端与运算放大器负输出端(V_O-)之间，第二MOS管电连接在运算放大器负输入端与运算放大器正输出端(V_O+)之间；所述共模偏置单元一端电连接运算放大器的共模电平输出(V_CMO)，另一端电连接第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极。这种CMOS低噪声放大装置，其本身引入的噪声很小并且还能滤除或抑制大部分外部环境噪声和内部噪声，线性度好，增益稳定性高。

Description

一种CMOS低噪声放大装置

技术领域

本发明涉及电子电路和信号处理技术，具体涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)低噪声放大装置，尤其应用于红外接收器中。

背景技术

红外接收器通常是指从红外数据发送装置，例如：电视等家用电器使用的红外遥控器，接收红外信号并处理所接收到的红外信号的接收装置。除了红外遥控信号外，红外接收器接收到的信号通常还包括各种噪声，这些噪声信号主要来自于环境光，包括阳光、白炽灯和荧光灯等。这些噪声成分通过红外接收器的各级电路也被传送，会降低红外接收器的性能，甚至导致红外接收器完全不能正常工作，为了使红外接收器能稳定可靠地工作，这些噪声必须被去除或加以适当地抑制。此外红外接收器内部的数字信号噪声会使得信号畸变，降低接收灵敏度和解码能力，所以也必须被滤除。

图1所示为传统的红外接收器的电路方框图，其中，输入电路包括一个检测外部红外线输入信号并将其转化成电信号的光敏二极管；而前置放大器用于将输入电路产生的微弱电信号放大到能被适当控制的等级；前置放大器的输出信号被送入一个可变增益放大器，该放大器的增益可以被适当的控制；可变增益放大器的输出信号通过限幅放大器再次放大并限幅后被送到带通滤波器，该带通滤波器的中心频率被调整到红外遥控信号的载频上以滤除通带外的噪声；带通滤波器的输出信号被分别送到解调器和增益控制电路，解调器将信号中的载波滤除，而只输出信号的包络；增益控制电路识别带通滤波器的输出信号是噪声信号还是正常遥控信号，并产生相应的增益控制电流或电压，去控制可变增益放大器的增益，从而抑制噪声并正常放大遥控信号；波形整形电路将解调器输出的包络信号进行波形整形后再通过输出驱动电路输出到红外接收器的外部；输出驱动电路为外部负载提供一定的输出驱动能力；这样就完成了红外信号的检测、放大、滤波、解调和波形整形的整个过程。

图1中的前置放大器、可变增益放大器和限幅放大器处于信号放大通路的前端，这几级放大器的低噪声特性是决定红外接收器灵敏度的重要因素，特别是前置放大器，因为处于信号放大通路的最前端，更成为决定红外接收器接收性能的关键因素，它必须能提供足够的增益来克服后续各级的噪声，同时其本身引入的噪声要尽可能小，即表现出低噪声特性，并且还应该有足够的线性度，当接收较大的信号时其增益不会下降，输出信号不会失真。

传统的红外接收器，一般是采用双极结型晶体管(BJT)制造工艺，或是双极兼容互补金属氧化物半导体(BiCMOS)制造工艺所制造，以获得极佳的低噪声特性。但是，一方面，采用BJT工艺制造的红外接收器，其功耗较大；另一方面，因为红外接收器要稳定的处理几十KHz的信号，故需要采用大电容或者极小的电流，但用BJT工艺制造的电路很难处理小于1nA的电流，只有采用大电容，故采用BJT工艺制造的红外接收器的电路面积较大，成本高，而BiCMOS工艺本身制造成本也较高。所以，近年来，红外接收器芯片多采用CMOS工艺制造。

现有的CMOS前置放大器电路架构示意图如图2所示。图2电路具有极佳的低噪声特性，其中电容C1、C3的电容值分别和电容C2、C4的电容值相等；MOS管M21和M22相同，在预设的偏置电压V_B的控制下，作为在线性区工作的电阻使用，其电阻值Ron很大，为几十MΩ；CMFB是共模反馈单元。

运算放大器100的电路如图3所示，由共有基础单元2012的输入模块201和输出模块202构成，其中：金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS管)M31、M3、M5、M7、M9分别和M32、M4、M6、M8、M10相同；V_B2、V_B3和V_B4为预设的偏置电压；I_B1为预设的恒流源；V_CMI为共模反馈电压输入。运算放大器100的增益为：

AV₁＝-g_m1[(g_m3·r_o1·r_o3)//(g_m5·r_o5·r_o7)](1)

其中，g_m1、g_m3和g_m5分别是MOS管M31、M3和M5的跨导，r_o1、r_o3、r_o5和r_o7分别是MOS管M31、M3、M5、和M7的输出阻抗，从公式(1)可知，运算放大器100是一个高增益的宽带差动放大器，故可近似为一个理想运算放大器，设“s”表示复频率，则图2所示前置放大器的增益为：

$G_1\left(S\right)=\frac{s\·\mathrm{Ron}\·C1}{1+s\·\mathrm{Ron}\·C3}---\left(2\right)$

从公式(2)可知，图2电路是一个高通放大器，其-3dB截止角频率为：

${\mathrm{\ω}}_{1\_-3\mathrm{dB}}=\frac{1}{\mathrm{Ron}\·C3}---\left(3\right)$

当ω＞＞ω_{1_-3dB}时，其通频带增益为：

$G_{1\mathrm{BW}}=-\frac{C1}{C3}---\left(4\right)$

设运算放大器100是无噪声的理想运算放大器，则图2电路的输出噪声电压为：

$\stackrel{\‾}{V_{1\_\mathrm{no}}^2}=\frac{4\·K\·T\·G_{1\mathrm{BW}}}{C1}\·\frac{1}{{(\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{1\_-3\mathrm{dB}}}+\frac{s}{\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{1\_-3\mathrm{dB}}}})}^2}$

图2所示电路的缺点在于：首先，其通频带增益G_1BW由电容C1和C3的比值决定，而在集成电路中，受限于芯片面积，电容C1最大只能为几个pF，为了满足前置放大器对高增益的要求，电容C3就只能为几十fF到100fF左右，这样，寄生电容的电容值和电容C3的电容值相当，使得前置放大器的增益受寄生电容的影响较大，其实际增益比设计的增益小，并且一致性较差，从而使得红外接收器的灵敏度降低，接收距离的一致性差。其次，在红外接收器中，理想的前置放大器应该是一个通频带在几KHz到上百KHz的带通放大器，以去除或抑制阳光和白炽灯产生的直流噪声和荧光灯产生的一部分交流噪声，以及红外接收器内部的数字信号噪声，而图2电路是一个高通放大器，对抑制交流噪声和数字信号噪声是不利的。第三，图2电路要求运算放大器100的增益很高，而由公式(1)可知，运算放大器100的增益受MOS管M31和M32的跨导影响很大，故当接收较大的信号时其增益会下降，并且输出信号也会失真，故该电路的线性度较差。

现有的CMOS可变增益放大器和限幅放大器的电路架构示意图如图4所示，其中，电容C1和C2的电容值相等；MOS管M41和M42相同，在预设的偏置电压V_B的控制下，作为在线性区工作的电阻使用，其电阻值Ron很大，为几十MΩ；V_CM2是共模电压。

为了便于对比分析，假设图4电路也是一个高通放大器，则运算放大器101应该是宽带放大器，设其通频带增益为AV₂，则AV₂是一个常数，图4所示放大器的增益为：

$G_2\left(s\right)=-{\mathrm{AV}}_2\·\frac{s\·\mathrm{Ron}\·C1}{1+s\·\mathrm{Ron}\·C1}---\left(6\right)$

从公式(6)可知，其-3dB截止角频率为：

${\mathrm{\ω}}_{2\_-3\mathrm{dB}}=\frac{1}{\mathrm{Ron}\·C1}---\left(7\right)$

当ω＞＞ω_{2_-3dB}时，其通频带增益为：

G_2BW＝-AV₂(8)

设运算放大器101是无噪声的运算放大器，则图4电路的输出噪声电压为：

$\stackrel{\‾}{V_{2\_\mathrm{no}}^2}=\frac{4\·K\·T\·G_{2\mathrm{BW}}^2}{C1}\·\frac{1}{{(\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{2\_-3\mathrm{dB}}}+\frac{s}{\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{2\_-3\mathrm{dB}}}})}^2}---\left(9\right)$

图4电路的缺点在于：当图2电路和图4电路的通频带增益和-3dB截止角频率分别相等时，从公式(5)和(9)可知，图4电路的输出噪声电压为图2电路的AV2倍，因为可变增益放大器也处于信号放大通路的前端，故图4电路并不适合应用于可变增益放大器。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种CMOS低噪声放大装置，具有极佳的低噪声特性，既可以应用于前置放大器，也可以应用于可变增益放大器和限幅放大器。

本发明的上述技术问题这样解决，构建一种CMOS低噪声放大装置，包括运算放大器以及电连接在运算放大器正输入端+与低噪声放大装置正输入端Vi+之间的第一电容C1和电连接在运算放大器负输入端-与低噪声放大装置负输入端V_i-之间的第二电容C2，其特征在于，还包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管即MOS管M51、第二MOS管M52和共模偏置单元CMB；第一MOS管M51电连接在运算放大器正输入端+与运算放大器负输出端V_O-之间，第二MOS管M52电连接在运算放大器负输入端-与运算放大器正输出端V_O+之间；所述共模偏置单元一端电连接运算放大器的共模电压输出V_CMO，另一端电连接第一MOS管M51的栅极和第二MOS管M52的栅极。

按照本发明提供的CMOS低噪声放大装置，第一电容C1和第二电容C2的电容值相同。

按照本发明提供的CMOS低噪声放大装置，第一MOS管M51和第二MOS管M52相同。

按照本发明提供的CMOS低噪声放大装置，第一MOS管M51和第二MOS管M52是P沟道MOS管或N沟道MOS管。

按照本发明提供的CMOS低噪声放大装置，该CMOS低噪声放大装置内置在红外信号接收器中。

按照本发明提供的CMOS低噪声放大装置，该CMOS低噪声放大装置是前置放大器、可变增益放大器或限幅放大器。

按照本发明提供的CMOS低噪声放大装置，该CMOS低噪声放大装置中运算放大器包括但不限制于以下三种具体实施方式：

(一)对应图6：该CMOS低噪声放大装置中运算放大器由共有基础单元2012的输入模块201和输出模块202构成；所述输入模块由固定恒流源I_B2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三MOS管M1、第四MOS管M2和基础单元组成；第三MOS管M1电连接在基础单元负输入与第一电阻R1的一端之间，第四MOS管M2电连接在基础单元正输入与第二电阻R2的一端之间，第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端与固定恒流源I_B2的一端电连接；第三MOS管M1的栅极是运算放大器正输入端+，第四MOS管M2的栅极是运算放大器负输入端-；所述输出模块包括基础单元，还包括串接在运算放大器负输出V_O-与运算放大器正输出V_O+之间的第三电阻R3和第四电阻R4，以及串接在运算放大器负输出V_O-与运算放大器正输出V_O+之间的第三电容C5和第四电容C6；所述基础单元包括一对MOS管M5、M6，该对MOS管M5、M6的栅极共同连接至第三电阻R3与第四电阻R4的中间节点和第三电容C5与第四电容C6的中间节点，是运算放大器的共模电压输出V_CMO；第三MOS管M1、第四MOS管M2是P沟道MOS管，所述MOS管对M5、M6是N沟道MOS管；或者第三MOS管M1、第四MOS管M2是N沟道MOS管，所述MOS管对M5、M6是P沟道MOS管。

图6的输出模块中MOS管的个数及其连接关系可以调整。

(二)对应图7：该CMOS低噪声放大装置中运算放大器由共有基础单元2012的输入模块和输出模块构成；所述输入模块由第一可控恒流源I_B3、第三MOS管M1、第四MOS管M2和基础单元组成；第三MOS管M1电连接在基础单元负输入与第一可控恒流源I_B3的一端之间，第四MOS管M2电连接在基础单元正输入与第一可控恒流源I_B3的同一端之间；第三MOS管M1的栅极是运算放大器正输入端+，第四MOS管M2的栅极是运算放大器负输入端-；所述输出模块包括基础单元，还包括串接在运算放大器负输出V_O-与运算放大器正输出V_O+之间的第三电阻R3和第四电阻R4，串接在运算放大器负输出V_O-与运算放大器正输出V_O+之间的第三电容C5和第四电容C6，以及第二可控恒流源I_B4、第五MOS管M11和第六MOS管M12；第五MOS管M11电连接在运算放大器负输出V_O-与第二可控恒流源I_B4的一端之间，第六MOS管M12电连接在运算放大器正输出V_O+与第二可控恒流源I_B4的同一端之间；第五MOS管M11的栅极电连接运算放大器负输出V_O-，第六MOS管M12的栅极电连接运算放大器正输出V_O+；所述基础单元包括一对MOS管M5、M6，该对MOS管M5、M6的栅极共同连接至第三电阻R3与第四电阻R4的中间节点和第三电容C5与第四电容C6的中间节点，是运算放大器的共模电压输出V_CMO；第三MOS管M1、第四MOS管M2、第五MOS管M11、第六MOS管M12是P沟道MOS管，所述MOS管对M5、M6是N沟道MOS管；或者第三MOS管M1、第四MOS管M2、第五MOS管M11、第六MOS管M12是N沟道MOS管，所述MOS管对M5、M6是P沟道MOS管。

图7的输出模块中MOS管的个数及其连接关系可以调整。

(三)对应图8：该CMOS低噪声放大装置中运算放大器由共有基础单元2012的输入模块和输出模块构成；所述输入模块由固定恒流源I_B2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三MOS管M1、第四MOS管M2和基础单元组成；第三MOS管M1电连接在基础单元负输入与第一电阻R1的一端之间，第四MOS管M2电连接在基础单元正输入与第二电阻R2的一端之间，第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端与固定恒流源I_B2的一端电连接；第三MOS管M1的栅极是运算放大器正输入端+，第四MOS管M2的栅极是运算放大器负输入端-；所述输出模块包括基础单元，还包括串接在运算放大器负输出V_O-与运算放大器正输出V_O+之间的第三电阻R3和第四电阻R4，串接在运算放大器负输出V_O-与运算放大器正输出V_O+之间的第三电容C5和第四电容C6以及并联在运算放大器负输出V_O-与运算放大器正输出V_O+之间的第七MOS管M13和第八MOS管M14；第七MOS管M13的栅极电连接运算放大器负输出V_O-，第八MOS管M14的栅极电连接运算放大器正输出V_O+；所述基础单元包括一对MOS管M5、M6，该对MOS管M5、M6的栅极共同连接至第三电阻R3与第四电阻R4的中间节点和第三电容C5与第四电容C6的中间节点，是运算放大器的共模电压输出V_CMO；第三MOS管M1、第四MOS管M2是P沟道MOS管，所述MOS管对M5、M6是N沟道MOS管；或者第三MOS管M1、第四MOS管M2是N沟道MOS管，所述MOS管对M5、M6是P沟道MOS管；第七MOS管M13、第八MOS管M14是P沟道MOS管或N沟道MOS管。

图8的输出模块中MOS管的个数及其连接关系可以调整。

本发明提供的CMOS低噪声放大装置，与现有技术相比，具有以下优势：

1、能在放大红外信号的同时，滤除或抑制大部分环境光噪声和芯片内部的数字信号噪声；

2、增益稳定性更高。

3、线性度更好。

4、电路结构更简单。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是传统的CMOS红外接收器的电路方框图；

图2是现有的CMOS前置放大器的电路架构示意图；

图3是图2中运算放大器100的电路图；

图4是现有的CMOS可变增益放大器和限幅放大器的电路架构示意图；

图5是本发明的CMOS低噪声放大装置的电路架构示意图；

图6是图5中运算放大装置102的第一实施例的电路图；

图7是图5中运算放大装置102的第二实施例的电路图；

图8是图5中运算放大装置102的第三实施例的电路图；

具体实施方式

本发明CMOS低噪声放大装置电路架构，具有极佳的低噪声特性，既可以应用于前置放大器，也可以应用于可变增益放大器和限幅放大器，其电路架构示意图如图5所示。其中：电容C1和C2的电容值相等；MOS管M51和M52相同，在共模偏置单元CMB的控制下，同样作为在线性区工作的电阻使用，其电阻值Ron很大，为几十MΩ。

为便于对比分析，假设图5电路也是一个高通放大器，则运算放大器102是一个宽带放大器，设其通频带增益为AV₃，则AV₃是一个常数，图5所示放大器的增益为：

$G_3\left(s\right)=-\frac{s\·\mathrm{Ron}\·C1\·{\mathrm{AV}}_3}{{\mathrm{AV}}_3+1+s\·\mathrm{Ron}\·C1}---\left(10\right)$

从公式(10)可知，其-3dB截止角频率为：

${\mathrm{\ω}}_{3\_-3\mathrm{dB}}=\frac{{\mathrm{AV}}_3+1}{\mathrm{Ron}\·C1}---\left(11\right)$

当ω＞＞ω_{3_-3dB}时，其通频带增益为：

G_3BW＝-AV₃(12)

设运算放大器102是无噪声的运算放大器，则图5电路的输出噪声电压为：

$\stackrel{\‾}{V_{3\_\mathrm{no}}^2}=\frac{4\·K\·T\·G_{3\mathrm{BW}}^2}{C1\·(G_{3\mathrm{BW}}+1)}\·\frac{1}{{(\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{2\_-3\mathrm{dB}}}+\frac{s}{\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{2\_-3\mathrm{dB}}}})}^2}---\left(13\right)$

从公式(5)和(13)可知，当图5电路和图2电路的通频带增益和-3dB截止角频率分别相等时，图5电路的输出噪声电压比图2电路还要小一些，表现出极佳的低噪声特性。

前面的分析，为了便于对比，我们假设图5电路也是一个高通放大器，运算放大器102是一个宽带放大器。实际上，因为图5电路对运算放大器102在增益等方面要求不高，所以在设计运算放大器102时，可以根据不同的应用，在增益、线性度、幅频特性等方面进行灵活的折中，使得图5电路既可以应用于前置放大器，也可以应用于可变增益放大器和限幅放大器。

运算放大器102的第一个较佳实施例电路如图6所示，输入对管M1和M2采用P沟道MOS管。图6中，电阻R1、R3的电阻值分别和电阻R2、R4的电阻值相等，并且电阻R3、R4的电阻值远远大于电阻R1、R2的电阻值，以提供足够的增益；电容C5和C6的电容值相等；MOS管M1、M3、M5、M7、M9分别和M2、M4、M6、M8、M10相同；I_B2为预设的恒流源；V_B1、V_B2和V_B3为预设的偏置电压，使得该运算放大器有较大的输出信号摆幅；V_CMO为共模电压输出，即共模偏置电路CMB的输入电压。

图6所示的电路结构，其增益对MOS管M1、M2的输出阻抗的变化不敏感，增益稳定性较高，为进一步提高其增益稳定性，可增大MOS管M1、M2的跨导g_m12，使得g_m12·R1＞＞1，g_m12·R3＞＞1，从而大大降低增益对跨导g_m12的敏感度，极大地提高了增益的稳定性。

图6电路的增益为：

${\mathrm{AV}}_4\left(s\right)=-\frac{g_{m12}\·R3}{1+g_{m12}\·R1}\·\frac{1}{1+s\·C5\·R3}---\left(14\right)$

从公式(14)可知，图6电路是一个低通放大器，其通频带增益为

${\mathrm{AV}}_4=-\frac{g_{m12}\·R3}{1+g_{m12}\·R1}\≈\frac{R3}{R1}---\left(15\right)$

从公式(15)可知，图6电路的增益对跨导g_m12的变化不敏感，增益稳定性高。

图5电路中，MOS管M51和M52的电阻值R_ON很大，使得C1·Ron＞＞C5·R3，并且由于g_m12·R1＞＞1、g_m12·R3＞＞1、R3＞＞R1，在这些条件下，当运算放大器102采用第一个较佳实施例电路时，图5电路的增益为：

$G_4\left(s\right)=-\frac{\frac{1}{R1\·C5}\·s}{s^2+\frac{1}{C5\·R3}\·s+\frac{1}{C5\·C1\·\mathrm{Ron}\·R1}}---\left(16\right)$

从公式(16)可知，图5电路为一个带通放大器，其中心角频率为：

${\mathrm{\ω}}_{o4}=\sqrt{\frac{1}{C5\·C1\·\mathrm{Ron}\·R1}}---\left(17\right)$

其通频带增益为：

$G_{o4}=\frac{R3}{R1}---\left(18\right)$

由以上分析可知：首先，采用第一实施例的本发明电路的输出噪声电压比现有的CMOS前置放大器还要小一些，表现出极佳的低噪声特性；其次，从公式(16)、(17)可知，当运算放大器102采用第一个较佳实施例电路时，图5电路为一个带通放大器，只要将中心频率ωo4调整到红外信号的载波频率上，就能在放大红外信号的同时，滤除或抑制大部分环境光噪声和芯片内部的数字信号噪声；第三，从公式(18)可知，当运算放大器102采用第一个较佳实施例电路时，图5电路的通频带增益仅由电阻R3和R1的比值决定，而在集成电路中，电阻R3和R1的电阻值可以较大，远远大于连线寄生电阻，并且R3和R1可以进行良好的匹配以保证二者比值的高精度和高稳定性，所以采用第一个较佳实施例的本发明的电路，其增益稳定性高；第四，本发明电路对运算放大器102的增益要求不高，并且图6电路采用了源极负反馈电阻，其增益受MOS管M1和M2的跨导影响很小，所以采用第一个较佳实施例的本发明电路的线性度更好。由以上四点可知，采用第一实施例的本发明电路和现有电路相比，能更好地满足前置放大器对电路性能的要求，更适合应用于前置放大器。

运算放大器102的第二个较佳实施例电路如图7所示，输入对管M1和M2采用P沟道MOS管。图7中，电阻R3和R4的电阻值相等；电容C5和C6的电容值相等；MOS管M1、M3、M5、M7、M9、M11分别和M2、M4、M6、M8、M10、M12相同，并且MOS管M1、M2的跨导g_m12的最大值远远大于M11、M12的跨导g_m112的最小值，以提供足够的增益；V_B1、V_B2和V_B3为预设的偏置电压，使得该运算放大器有较大的输出信号摆幅；V_CMO为共模电压输出，即共模偏置电路CMB的输入电压；I_B3和I_B4为预设的可控恒流源，它们的电流分别在自动增益控制差分反馈信号V_AGC+和V_AGC-的控制下，以相反方向在一定电流范围内变化，相应的，MOS管M1、M2的跨导g_m12和M11、M12的跨导g_m112也随之以相反方向在一定范围内变化。

与图6电路类似，图7所示的电路结构，其增益对MOS管M1、M2的输出阻抗的变化不敏感，增益稳定性较高。为了使图7电路的增益完全受信号V_AGC+和V_AGC-的控制而变化，可增大电阻R3和R4的电阻值，使得g_m112·R3＞＞1，从而大大降低增益对电阻R3和R4的敏感度，提高了增益的可控性。

图7电路的增益为：

${\mathrm{AV}}_5\left(s\right)=-\frac{g_{m12}\·R3}{1+g_{m112}\·R3+s\·C5\·R3}---\left(19\right)$

从公式(19)可知，图7电路也是一个低通放大器，其通频带增益为

${\mathrm{AV}}_5=-\frac{g_{m12}\·R3}{1+g_{m112}\·R3}\≈-\frac{g_{m12}}{g_{m112}}---\left(20\right)$

从公式(20)可知，图7电路的增益由MOS管M1、M2的跨导g_m12和M11、M12的跨导g_m112的比值决定，完全受控于信号V_AGC+和V_AGC-。

图5电路中，MOS管M51和M52的电阻值R_ON很大，使得g_m112·Ron＞＞1，并且由于g_m112·R3＞＞1，g_m12的最大值远远大于g_m112的最小值，在这些条件下，当运算放大器102采用第二个较佳实施例电路时，图5电路的增益为：

$G_5\left(s\right)=-\frac{\frac{g_{m12}}{C5}\·s}{s^2+\frac{g_{m112}}{C5}\·s+\frac{g_{m12}}{C5\·C1\·\mathrm{Ron}}}---\left(21\right)$

从公式(21)可知，图5电路为一个带通放大器，其中心角频率为：

${\mathrm{\ω}}_{o5}=\sqrt{\frac{g_{m12}}{C5\·C1\·\mathrm{Ron}}}---\left(22\right)$

其通频带增益为：

$G_{o5}=\frac{g_{m12}}{g_{m112}}---\left(23\right)$

由以上分析可知：首先，采用第二实施例的本发明电路具有极佳的低噪声特性；其次，从公式(21)、(22)可知，当运算放大器102采用第二个较佳实施例电路时，图5电路为一个带通放大器，只要将中心频率ω_o5调整到红外信号的载波频率上，就能在放大红外信号的同时，滤除或抑制大部分环境光噪声和芯片内部的数字信号噪声；第三，从公式(23)可知，当运算放大器102采用第二个较佳实施例电路时，图5电路的通频带增益仅由跨导g_m12和g_m112比值决定，完全受控于信号V_AGC+和V_AGC-。由以上三点可知，采用第二实施例的本发明电路和现有电路相比，更适合应用于可变增益放大器。

运算放大器102的第三个较佳实施例电路如图8所示，该电路由图6所示的第一个较佳实施例变化而来，输入对管M1和M2也采用P沟道MOS管。首先，增加了两个以二极管方式连接的MOS管M13和M14，这两个MOS管就等效于两个反向连接的二极管，当输出信号V_O+或V_O-的幅度超过这两个二极管的导通电压后，M13或M14导通，输出信号的幅度就被箝位在导通电压上；其次，适当地增大电阻R1和R2的电阻值并减小电阻R3和R4的电阻值，以适当地降低增益、增大源极负反馈，从而进一步增大运算放大器的线性度，使之接收大的信号时增益不会下降，可以无失真的处理大的输入信号。除了上述两个区别之外，第三个较佳实施例的其它电路特性和第一个较佳实施例是相同的。

同样的，采用第三实施例的本发明电路是一个具有极佳低噪声特性的带通放大器，有利于增强红外接收器的抗干扰性能和接收灵敏度，并且输出端有箝位二极管，所以采用第三实施例的本发明电路和现有电路相比，更适合应用于限幅放大器。

本发明的优点在于：首先，通过选择不同的运算放大器以满足红外接收器各级放大器的不同电路性能要求，使得具有极佳低噪声特性的同样架构的电路(如图5)既可以应用于前置放大器，也可以应用于可变增益放大器和限幅放大器，保证了各级放大器都具有极佳的低噪声特性，克服了现有可变增益放大器和限幅放大器噪声大的缺点，增强了红外接收器的接收灵敏度；第二，通过将运算放大器设计为低通放大器，使得前置放大器等各级放大器成为带通放大器，增强了红外接收器的抗干扰性能和接收灵敏度；第三，本发明的前置放大器与现有电路相比，增益更稳定，线性度更好，增强了红外接收器的接收灵敏度，扩大了红外接收器的接收动态范围，提高了接收性能的一致性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种CMOS低噪声放大装置，包括运算放大器以及电连接在运算放大器正输入端(+)与低噪声放大装置正输入端(V_i+)之间的第一电容(C1)和电连接在运算放大器负输入端(-)与低噪声放大装置负输入端(V_i-)之间的第二电容(C2)，其特征在于，还包括第一MOS管(M51)、第二MOS管(M52)和共模偏置单元(CMB)；第一MOS管(M51)电连接在运算放大器正输入端(+)与运算放大器负输出端(V_O-)之间，第二MOS管(M52)电连接在运算放大器负输入端(-)与运算放大器正输出端(V_O+)之间；所述共模偏置单元一端电连接运算放大器的共模电平输出(V_CMO)，另一端电连接第一MOS管(M51)的栅极和第二MOS管(M52)的栅极。

2.根据权利要求1所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，第一电容(C1)和第二电容(C2)的电容值相同。

3.根据权利要求1所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，第一MOS管(M51)和第二MOS管(M52)相同。

4.根据权利要求3所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，第一MOS管(M51)和第二MOS管(M52)是P沟道MOS管或N沟道MOS管。

5.根据权利要求1所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，该CMOS低噪声放大装置内置在红外信号接收器中。

6.根据权利要求1或5所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，该CMOS低噪声放大装置是前置放大器、可变增益放大器或限幅放大器。

7.根据权利要求1-5中任一项所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，该CMOS低噪声放大装置中运算放大器由共有基础单元(2012)的输入模块(201)和输出模块(202)构成；所述输入模块由固定恒流源(I_B2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)和基础单元组成；第三MOS管(M1)电连接在基础单元负输入与第一电阻(R1)的一端之间，第四MOS管(M2)电连接在基础单元正输入与第二电阻(R2)的一端之间，第一电阻(R1)的另一端和第二电阻(R2)的另一端与固定恒流源(I_B2)的一端电连接；第三MOS管(M1)的栅极是运算放大器正输入端(+)，第四MOS管(M2)的栅极是运算放大器负输入端(-)；所述输出模块包括基础单元，还包括串接在运算放大器负输出端(V_O-)与运算放大器正输出端(V_O+)之间的第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，以及串接在运算放大器负输出端(V_O-)与运算放大器正输出端(V_O+)之间的第三电容(C5)和第四电容(C6)；所述基础单元包括一对MOS管(M5、M6)，该对MOS管(M5、M6)的栅极共同连接至第三电阻(R3)与第四电阻(R4)的中间节点和第三电容(C5)与第四电容(C6)的中间节点，是运算放大器的共模电平输出(V_CMO)；第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)是P沟道MOS管，所述MOS管对(M5、M6)是N沟道MOS管；或者第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)是N沟道MOS管，所述MOS管对(M5、M6)是P沟道MOS管。

8.根据权利要求1-5中任一项所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，该CMOS低噪声放大装置中运算放大器由共有基础单元(2012)的输入模块(201)和输出模块(202)构成；所述输入模块由第一可控恒流源(I_B3)、第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)和基础单元组成；第三MOS管(M1)电连接在基础单元负输入与第一可控恒流源(I_B3)的一端之间，第四MOS管(M2)电连接在基础单元正输入与第一可控恒流源(I_B3)的同一端之间；第三MOS管(M1)的栅极是运算放大器正输入端+，第四MOS管(M2)的栅极是运算放大器负输入端(-)；所述输出模块包括基础单元，还包括串接在运算放大器负输出(V_O-)与运算放大器正输出(V_O+)之间的第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，串接在运算放大器负输出(V_O-)与运算放大器正输出(V_O+)之间的第三电容(C5)和第四电容(C6)，以及第二可控恒流源(I_B4)、第五MOS管(M11)和第六MOS管(M12)；第五MOS管(M11)电连接在运算放大器负输出(V_O-)与第二可控恒流源(I_B4)的一端之间，第六MOS管(M12)电连接在运算放大器正输出(V_O+)与第二可控恒流源(I_B4)的同一端之间；第五MOS管(M11)的栅极电连接运算放大器负输出(V_O-)，第六MOS管(M12)的栅极电连接运算放大器正输出(V_O+)；所述基础单元包括一对MOS管(M5、M6)，该对MOS管(M5、M6)的栅极共同连接至第三电阻(R3)与第四电阻(R4)的中间节点和第三电容(C5)与第四电容(C6)的中间节点，是运算放大器的共模电平输出(V_CMO)；第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)、第五MOS管(M11)、第六MOS管(M12)是P沟道MOS管，所述MOS管对(M5、M6)是N沟道MOS管；或者第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)、第五MOS管(M11)、第六MOS管(M12)是N沟道MOS管，所述MOS管对(M5、M6)是P沟道MOS管。

9.根据权利要求1-5中任一项所述CMOS低噪声放大装置，其特征在于，该CMOS低噪声放大装置中运算放大器由共有基础单元(2012)的输入模块和输出模块构成；所述输入模块由固定恒流源(I_B2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)和基础单元组成；第三MOS管(M1)电连接在基础单元负输入与第一电阻(R1)的一端之间，第四MOS管(M2)电连接在基础单元正输入与第二电阻(R2)的一端之间，第一电阻(R1)的另一端和第二电阻(R2)的另一端与固定恒流源(I_B2)的一端电连接；第三MOS管(M1)的栅极是运算放大器正输入端(+)，第四MOS管(M2)的栅极是运算放大器负输入端(-)；所述输出模块包括基础单元，还包括串接在运算放大器负输出(V_O-)与运算放大器正输出(V_O+)之间的第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，串接在运算放大器负输出(V_O-)与运算放大器正输出(V_O+)之间的第三电容(C5)和第四电容(C6)以及并联在运算放大器负输出(V_O-)与运算放大器正输出(V_O+)之间的第七MOS管(M13)和第八MOS管(M14)；第七MOS管(M13)的栅极电连接运算放大器负输出(V_O-)，第八MOS管(M14)的栅极电连接运算放大器正输出(V_O+)；所述基础单元包括一对MOS管(M5、M6)，该对MOS管(M5、M6)的栅极共同连接至第三电阻(R3)与第四电阻(R4)的中间节点和第三电容(C5)与第四电容(C6)的中间节点，是运算放大器的共模电平输出(V_CMO)；第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)是P沟道MOS管，所述MOS管对(M5、M6)是N沟道MOS管；或者第三MOS管(M1)、第四MOS管(M2)是N沟道MOS管，所述MOS管对(M5、M6)是P沟道MOS管；第七MOS管(M13)、第八MOS管(M14)是P沟道MOS管或N沟道MOS管。