CN103973235B

CN103973235B - 限幅放大器

Info

Publication number: CN103973235B
Application number: CN201410141352.9A
Authority: CN
Inventors: 江亮
Original assignee: JIAXING HEROIC ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIAXING HEROIC ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: CN103973235A

Abstract

本发明公开了一种限幅放大器，包括具有直流失调消除功能的输入级、级联增益级、输出级和反馈级。输入级接收差分输入信号并产生第一级差分信号。级联增益级耦接于输入级，且接收第一级差分信号并产生第二级差分信号。输出级耦接于级联增益级，且接收第二级差分信号并产生输出信号。反馈级的输出端耦接于输入级的输入端，反馈级的输入端选择性地耦接于级联增益级的输出端或者输出级的输出端，反馈级接收级联增益级的输出端的中间输出信号或者输出级的输出信号并产生直流调整信号。输入级接收直流调整信号。本发明提供的限幅放大器能够形成双环的直流负反馈环路，以更有效地消除其级联增益级的多级级联在输出级之前出现的不匹配导致的电压失调现象。

Description

限幅放大器

技术领域

本发明涉及一种放大装置，尤其涉及一种应用于光通信接收机或者接收信号幅度检测（RSSI）的限幅放大器。

背景技术

随着科技的进步，光纤通讯已经进入了有线通信的各个领域，成为通信发展的主流，同时，GPS接收机系统也越来越普及，RSSI的设计也越重视。其中，限幅放大器在GPS收机系统及RSSI中起着重要的作用。

图1是现有的限幅放大器示意图，它包含输入级100、由增益单元101-105级联组成的级联增益级、输出级106、反馈放大级107和由R1、R2、C1及C2构成的滤波网络。输入级100连接电路的差分输入信号Vip、Vin，同时实现电路的失调电压消除功能。级联增益级放大输入级100的输出，级联增益级的输出供输出级106缓冲作限幅放大器的输出信号。滤波网络对级联增益级的输出信号进行低通滤波。反馈放大级107放大滤波网络的输出电平，供输入级100消除直流失调。

限幅放大器由于工艺偏差等不匹配因素，导致的失调电压会影响电路正常工作。如图1中，滤波网络从输出级106的输出信号滤取直流电平以供失调电压消除。在光接收机中级联增益级一般3-5级，而在RSSI电路中级联增益级往往能高达7-8级。由于限幅放大器的级联增益级是多级级联，不匹配导致的失调在输出级106之前就能让级联的限幅放大器工作在非正常状态，影响电路工作。此外，现有的限幅放大器中的滤波网络的低通截止频率要求很低，往往需要用外接大电容获取陡峭的低通截止频率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种限幅放大器，以克服上述技术缺陷。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够更有效地消除电压失调现象的限幅放大器。

为实现上述目的，本发明提供了一种限幅放大器，包括具有直流失调消除功能的输入级、级联增益级、输出级以及反馈级。输入级接收差分输入信号，且能够完成直流失调消除功能并产生第一级差分信号。级联增益级耦接于输入级，且接收第一级差动信号并产生第二级差分信号。输出级耦接于级联增益级，且接收第二级差分信号并产生输出信号。反馈级的输出端耦接于输入级的输入端，反馈级的输入端选择性地耦接于级联增益级的输出端或者输出级的输出端，反馈级接收级联增益级的输出端的中间输出信号或者输出级的输出信号并产生直流调整信号。其中，输入级接收直流调整信号。

在本发明的较佳实施方式中，反馈级包括滤波网络与反馈放大器，反馈放大器耦接于输入级，滤波网络选择性地耦接于级联增益级的输出端或者输出级的输出端。

在本发明的较佳实施方式中，滤波网络包括阻抗模块和分别跨接在放大器的两对输入引脚和输出引脚之间的两个阻抗匹配电容。

在本发明的较佳实施方式中，阻抗模块包括两个切换开关和两个阻抗匹配电阻，两个切换开关控制滤波网络耦接于级联增益级的输出端或者输出级的输出端。

在本发明的较佳实施方式中，两个阻抗匹配电容的电容值相同。

在本发明的较佳实施方式中，输入级包括两组跨导级差分对管、两个R-C低通滤波器、阻抗级以及源随器，其中一组跨导级差分对管的输入端为差分输入信号，其中另一组跨导级差分对管的输入端为直流调整信号经过两个R-C低通滤波后的信号，两组跨导级差分对管的输出信号依次经过阻抗级与源随器以产生第一级差分信号。

在本发明的较佳实施方式中，级联增益级包括多个依次级联的增益单元，级联增益级的输出端为任一增益单元的输出端。

在本发明的较佳实施方式中，多个增益单元分别包括负米勒补偿电容。

在本发明的较佳实施方式中，多个增益单元分别包括源随器。

在本发明中，反馈级的输出端耦接于输入级的输入端，反馈级的的输入端选择性地耦接于级联增益级的输出端或者输出级的输出端，反馈级接收级联增益级的输出端的中间输出信号或者输出级的输出信号并产生直流调整信号。即，反馈级产生直流调整信号的基础可以是来自级联增益级的输出端的中间输出信号或是来自输出级的输出信号，由此能够形成双环的直流负反馈环路，以更有效地消除限幅放大器由于其级联增益级的多级级联而在输出级之前出现不匹配导致的电压失调现象。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有的限幅放大器示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的限幅放大器示意图；

图3是图2所示的限幅放大器中的输入级的示意图；

图4是图2所示的限幅放大器中的级联增益级的一个增益单元的示意图。

具体实施方式

如图2所示，本实施例中，限幅放大器包括输入级200、级联增益级211、输出级206以及反馈级。级联增益级211耦接于输入级200与输出级206之间。反馈级的输出端接于输入级的输入端，反馈级的输入端选择性地耦接于级联增益级211的输出端或者输出级206的输出端。

如图3所示，在本实施例中，输入级200包括两组跨导级差分对管、两个R-C低通滤波器、阻抗级以及源随器。阻抗级包括两个电阻R1、R2。两个R-C低通滤波器分别由电阻R5、电容C5组成以及由电阻R6、电容C6组成。源随器包括电阻R3、R4，两个MOS管M5、M6，以及电流源I3、I4。源随器的增益近似为1以起到缓冲输出作用。阻抗级与源随器分别耦接入电压端Vdd。其中一组跨导级差分对管包括两个MOS管M1、M2；其中，M1、M2的栅极用以接收差分输入信号Vip和Vin，M1、M2的源级通过电流源I1接地，M1、M2的漏极耦接于阻抗级。其中另一组跨导级差分对管包括两个MOS管M3、M4；其中，M3、M4的栅极通过两个R-C低通滤波器接收直流调整信号Vfdp、Vfbn，M3、M4的源级通过电流源I2接地，M3、M4的漏极耦接于阻抗级。两组跨导级差分对管的输出电流依次经过阻抗级与源随器以产生第一级差分信号Von1、Vop1。据此，输入级200的差分输出信号Vout1的计算公式为Vout1=Vop1-Von1=（Vin*gm_1、2-Vfd*gm_3、4）*R，其中，gm_1、2、gm_3、4分别为MOS管M1、M2和M3、M4的跨导，R为电阻R1、R2的阻值，Vin为差分输入信号的值，Vfb为直流调整信号的值。即，输入级200接收直流调整信号Vfdp、Vfbn以完成对差分输入信号Vip、Vin的直流失调消除功能，从而抑制限幅放大器由于工艺偏差等不匹配因素而导致的电压失调。

在本实施例中，级联增益级211包括多个增益单元201-205。每一个增益单元的结构示意图如图4，包括负米勒补偿电容C7和C8以扩展带宽，还包括由两个MOS管M9和M10、电阻R9和R10以及电流源I6、I7形成的源随器以缓冲输出。每一个增益单元输入一对差分信号Vi+、Vi-，输出一对差分信号Vo+、Vo-。例如对于增益单元201，其输入的一对差分信号Vi+、Vi-为第一级差分信号Von1、Vop1；对于增益单元205，其输出的一对差分信号Vo+、Vo-为第二级差分信号Von2、Vop2。每一个增益单元中的电阻R7和R8、电容C7和C8、MOS管M7和M8以及电流源I5形成该增益单元的放大级。由此，级联增益级211接收并放大第一级差分信号Von1、Vop1，以产生第二级差分信号Von2、Vop2。即，级联增益级211起到放大信号的作用。级联增益级211中增益单元的数量并不限制为图2中的五个，于其它实施例中，增益单元的数量可以根据实际需要选择。

在本实施例中，输出级206接收并缓冲第二级差分信号Von2、Vop2，以产生输出信号Von、Vop。即，输出级206起到缓冲信号的作用，以保证后续应用的匹配。

在本实施例中，反馈级包括滤波网络210与反馈放大器209，反馈放大器209耦接于输入级200，滤波网络210选择性地耦接于级联增益级211的输出端或者输出级206的输出端。在本实施例中，级联增益级211的输出端设为增益单元203的输出端，即滤波网络210选择性地耦接于级联增益级211的增益单元203的输出端或者输出级206的输出端。然而，本发明并不以此为限制，级联增益级211的输出端可以设为增益单元201、202、204的其中任一的输出端。于其它实施例中，可以根据实际需要选择级联增益级211中不同增益单元的输出端，以达到直流失调消除的最佳功效。

在本实施例中，滤波网络210包括阻抗模块207和分别跨接在放大器208的两对输入引脚和输出引脚之间的两个阻抗匹配电容C3、C4。阻抗模块207包括两个切换开关K1、K2和两个阻抗匹配电阻R1、R2，其中，切换开关K1串联于阻抗匹配电阻R1，切换开关K2串联于阻抗匹配电阻R2。切换开关K1、K2分别为单刀双掷开关，能够切换耦接至增益单元203的输出端或者上述输出级206的输出端。即，当开关K1、K2切换耦接至增益单元203的输出端时，滤波网络210接收级联增益级211的增益单元203输出的差分信号并滤取其中的直流失调信号，反馈放大器209将直流失调信号放大后输出直流调整信号Vfdp、Vfbn；当开关K1、K2切换耦接至输出级206的输出端时，滤波网络210接收输出级206输出的输出信号以滤取其中的直流失调信号，反馈放大器209将直流失调信号放大后输出直流调整信号Vfdp、Vfbn。

在本实施例中，两个阻抗匹配电容C3、C4的电容值相同且分别跨接在放大器208的两对输入引脚和输出引脚之间，以形成米勒补偿效应。据此，滤波网络210的低通截止频率的计算公式为1/(A*C*R)，其中，A为放大器208的增益，C为阻抗匹配电容C3、C4的电容值，R为阻抗匹配电阻R1、R2的电阻值。由上述计算公式可知，当C、R的值不变时，放大器208的增益A越大，滤波网络210的低通截止频率越低。即，米勒补偿能使接入的电容值不变的情况下，实现较低的低通截止频率，亦即米勒补偿能够应用中等的电容值获得大电容（A*C视作等效后的电容值）。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种限幅放大器，其特征是，包括：

具有直流失调消除功能的输入级，所述输入级接收差分输入信号，产生第一级差分信号；

级联增益级，所述级联增益级耦接于所述输入级，所述级联增益级接收所述第一级差分信号并产生第二级差分信号；

输出级，所述输出级耦接于所述级联增益级，所述输出级接收所述第二级差分信号并产生输出信号；以及

反馈级，所述反馈级的输出端耦接于所述输入级的输入端，所述反馈级的输入端选择性地耦接于所述级联增益级的输出端或者所述输出级的输出端，所述反馈级接收所述级联增益级的输出端的中间输出信号或者所述输出级的所述输出信号并产生直流调整信号，

其中，所述输入级接收所述直流调整信号；所述级联增益级包括多个依次级联的增益单元，所述级联增益级的输出端为任一所述增益单元的输出端；

所述多个增益单元皆包括放大级和源随器，所述放大级由电阻R7和R8、负米勒补偿电容C7和C8、MOS管M7和M8以及电流源I5形成，所述源随器由两个MOS管M9和M10、电阻R9和R10以及电流源I6、I7形成；

在任意一个所述增益单元中，MOS管M7、M8、M9和M10的漏极分别通过电阻R7、R8、R9和R10连接到电压端Vdd；MOS管M7、M8的源极相连并通过电流源I5接地，MOS管M9和M10的源极分别通过电流源I6和I7接地，MOS管M7的栅极通过负米勒补偿电容C7连接到MOS管M8的漏极，MOS管M8的栅极通过负米勒补偿电容C8连接到MOS管M7的漏极，MOS管M9的栅极与MOS管M8的漏极相连，MOS管M10的栅极与MOS管M7的漏极相连；MOS管M7和M8的栅极作为所述增益单元的输入端，接收一对差分信号；MOS管M9和M10的源极作为所述增益单元的输出端，输出一对差分信号；

在所述多个依次级联的增益单元中，第一级所述增益单元的输入端接收的一对差分信号为所述第一级差分信号，非第一级所述增益单元的输入端接收的一对差分信号为其前一级所述增益单元的输出端输出的一对差分信号，作为所述级联增益级的输出端的所述增益单元的输出端输出的一对差分信号为所述第二级差分信号。

2.根据权利要求1所述的限幅放大器，其特征是，所述反馈级包括滤波网络与反馈放大器，所述反馈放大器耦接于所述输入级，所述滤波网络选择性地耦接于所述级联增益级的输出端或者所述输出级的输出端。

3.根据权利要求2所述的限幅放大器，其特征是，所述滤波网络包括阻抗模块和分别跨接在放大器的两对输入引脚和输出引脚之间的两个阻抗匹配电容。

4.根据权利要求3所述的限幅放大器，其特征是，所述阻抗模块包括两个切换开关和两个阻抗匹配电阻，所述两个切换开关控制所述滤波网络耦接于所述级联增益级的输出端或者所述输出级的输出端。

5.根据权利要求3所述的限幅放大器，其特征是，所述两个阻抗匹配电容的电容值相同。

6.根据权利要求1所述的限幅放大器，其特征是，所述输入级包括两组跨导级差分对管、两个R-C低通滤波器、阻抗级以及源随器，其中一组跨导级差分对管的输入信号为所述差分输入信号，其中另一组跨导级差分对管的输入信号为所述直流调整信号经过所述两个R-C低通滤波后的信号，所述两组跨导级差分对管的输出信号依次经过所述阻抗级与所述源随器以产生所述第一级差分信号。