CN105529994B - 带有增益自举功能的跨阻放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了带增益自举功能的跨阻放大器，其特征在于，包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、NMOS晶体管MN4、NMOS晶体管MN5、NMOS晶体管MN6、NMOS晶体管MN7、NMOS晶体管MN8、NMOS晶体管MN9、NMOS晶体管MN10、NMOS晶体管MN11、电流源I0、电流源I1、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C0。解决常用的跨阻放大器输入管的栅漏电容的米勒等效电容对减小跨阻放大器的带宽问题比较严重的问题。

Description

带有增益自举功能的跨阻放大器
技术领域
本发明属于放大器电路技术领域，涉及一种带有增益自举功能的跨阻放大器。
背景技术
光信号能量经过光纤在到达远端的光电二极管之前会发生一定的损耗。在远端，光电二极管按照一定的比例将光强转换为电流，然后通过一个跨阻放大器(TIA)将这个电流放大并转换成电压。TIA的设计需要在噪声、带宽、增益、电源电压和功率损耗之间进行权衡，并且在CMOS和双极型技术方面提出了严峻的挑战。
本发明涉及的是带有增益自举功能的跨阻放大器的设计内容。
图1给出了常用的跨阻放大器的电路结构。图1中，跨阻放大器由一个高增益单端NMOS晶体管MN1放大器和一个反馈电阻R0组成，其中NMOS晶体管MN2为源极跟随器电路。反馈在输入端产生一个虚拟的低阻抗，实际上所有的输入电流均通过反馈电阻，在输出端形成电压。
实际应用中，由于NMOS晶体管MN1的栅漏端存在栅漏电容，同时栅漏电容CGD很大，其米勒等效到栅端的电容很大，这样便使得跨阻放大器的输入电容Cin很大，进而使跨阻放大器的带宽变得很小，很难使带宽的设计满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有增益自举功能的跨阻放大器，解决常用的跨阻放大器输入管的栅漏电容的米勒等效电容对减小跨阻放大器的带宽问题比较严重的问题。
本发明所采用的技术方案是，包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、NMOS晶体管MN4、NMOS晶体管MN5、NMOS晶体管MN6、NMOS晶体管MN7、NMOS晶体管MN8、NMOS晶体管MN9、NMOS晶体管MN10、NMOS晶体管MN11、电流源I0、电流源I1、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C0；所述NMOS晶体管MN3的漏极、NMOS晶体管MN4的漏极、NMOS晶体管MN5的漏极和电阻R1的一端同时连接电源VDD；所述NMOS晶体管MN3的栅极同时连接电阻R1的另一端、NMOS晶体管MN2的漏极和误差放大器A0的同相输入端；所述NMOS晶体管MN3的源极同时连接电阻R0的一端、电流源I0的正端和跨阻放大器的输出端Vout，电流源I0的负端连接GND；所述NMOS晶体管MN4的栅极同时连接NMOS晶体管MN5的栅极和误差放大器A0的输出端VO，NMOS晶体管MN4的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接误差放大器A0的反向输入端和NMOS晶体管MN6的漏极；所述NMOS晶体管MN6的栅极同时连接NMOS晶体管MN10的栅极和NMOS晶体管MN7的栅极，NMOS晶体管MN6的源极连接NMOS晶体管MN8的漏极；所述NMOS晶体管MN8的栅极同时连接NMOS晶体管MN11的栅极、NMOS晶体管MN9的栅极和电容C0的一端，NMOS晶体管MN8的漏极连接GND；所述NMOS晶体管MN10的漏极同时连接电流源I1和NMOS晶体管MN10的栅极，NMOS晶体管MN10的源极同时连接NMOS晶体管MN11的漏极和栅极，NMOS晶体管MN11的源极连接GND；所述NMOS晶体管MN5的源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接NMOS晶体管MN7的漏极和NMOS晶体管MN2的栅极；所述NMOS晶体管MN7的源极连接NMOS晶体管MN9的漏极，NMOS晶体管MN9的源极连接GND；所述NMOS晶体管MN2的源极同时连接电容C0的一端和NMOS晶体管MN1的漏极；所述NMOS晶体管MN1的栅极同时连接电阻R0的另一端和TIA跨阻放大器的输入端PINA，NMOS晶体管MN1的源极连接GND。
本发明的有益效果是：提出带有增益自举功能的跨阻放大器电路对减小输入管的栅漏电容的米勒等效电容对跨阻放大器的带宽的影响已经通过了仿真结果验证。图3给出了常用的跨阻放大器电路和本发明中的带有增益自举功能的跨阻放大器电路的交流小信号增益的仿真结果。图中曲线1为常用的跨阻放大器的交流小信号增益的曲线，曲线2是本发明所述带有增益自举功能的跨阻放大器的交流小信号增益的曲线。从图3可以看出常用的跨阻放大器的-3dB带宽为1.03GHz，本发明中提出的带有增益自举功能的跨阻放大器的-3dB带宽为2.66GHz。从仿真结果可以看出，本发明提出的带有增益自举功能的跨阻放大器的-3dB带宽明显好于常用的跨阻放大器的-3dB带宽，其带宽扩展了2.6倍。
附图说明
图1是现有常用跨阻放大器的电路原理图。
图2是本发明的跨阻放大器的结构示意图。
图3是常用的跨阻放大器电路和本发明中的跨阻放大器电路的交流小信号增益的仿真结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种带有增益自举功能的跨阻放大器，结构如图2所示。
包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、NMOS晶体管MN4、NMOS晶体管MN5、NMOS晶体管MN6、NMOS晶体管MN7、NMOS晶体管MN8、NMOS晶体管MN9、NMOS晶体管MN10、NMOS晶体管MN11、电流源I0、电流源I1、、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C0、；
NMOS晶体管MN3的漏极、NMOS晶体管MN4的漏极、NMOS晶体管MN5的漏极和电阻R1的一端同时连接电源VDD；
NMOS晶体管MN3的栅极同时连接电阻R1的另一端、NMOS晶体管MN2的漏极和误差放大器A0的同相输入端；
NMOS晶体管MN3的源极同时连接电阻R0的一端、电流源I0的正端和跨阻放大器的输出端Vout，电流源I0的负端连接GND；
NMOS晶体管MN4的栅极同时连接NMOS晶体管MN5的栅极和误差放大器A0的输出端VO，NMOS晶体管MN4的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接误差放大器A0的反向输入端和NMOS晶体管MN6的漏极；
NMOS晶体管MN6的栅极同时连接NMOS晶体管MN10的栅极和NMOS晶体管MN7的栅极，NMOS晶体管MN6的源极连接NMOS晶体管MN8的漏极；
NMOS晶体管MN8的栅极同时连接NMOS晶体管MN11的栅极、NMOS晶体管MN9的栅极和电容C0的一端，NMOS晶体管MN8的漏极连接GND；
NMOS晶体管MN10的漏极同时连接电流源I1和NMOS晶体管MN10的栅极，NMOS晶体管MN10的源极同时连接NMOS晶体管MN11的漏极和栅极，NMOS晶体管MN11的源极连接GND；
NMOS晶体管MN5的源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接NMOS晶体管MN7的漏极和NMOS晶体管MN2的栅极；
NMOS晶体管MN7的源极连接NMOS晶体管MN9的漏极，NMOS晶体管MN9的源极连接GND；
NMOS晶体管MN2的源极同时连接电容C0的一端和NMOS晶体管MN1的漏极；
NMOS晶体管MN1的栅极同时连接电阻R0的另一端和TIA跨阻放大器的输入端PINA，NMOS晶体管MN1的源极连接GND。
图3给出了常用的跨阻放大器电路和本发明中的带有增益自举功能的跨阻放大器电路的交流小信号增益的仿真结果。图中曲线1为常用的跨阻放大器的交流小信号增益的曲线，曲线2是本发明所述带有增益自举功能的跨阻放大器的交流小信号增益的曲线。从图3可以看出常用的跨阻放大器的-3dB带宽为1.03GHz，本发明中提出的带有增益自举功能的跨阻放大器的-3dB带宽为2.66GHz。从仿真结果可以看出，本发明提出的带有增益自举功能的跨阻放大器的-3dB带宽明显好于常用的跨阻放大器的-3dB带宽，其带宽扩展了2.6倍。

Claims (1)

1.带增益自举功能的跨阻放大器，其特征在于，包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、NMOS晶体管MN4、NMOS晶体管MN5、NMOS晶体管MN6、NMOS晶体管MN7、NMOS晶体管MN8、NMOS晶体管MN9、NMOS晶体管MN10、NMOS晶体管MN11、电流源I0、电流源I1、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C0；
所述NMOS晶体管MN3的漏极、NMOS晶体管MN4的漏极、NMOS晶体管MN5的漏极和电阻R1的一端同时连接电源VDD；所述NMOS晶体管MN3的栅极同时连接电阻R1的另一端、NMOS晶体管MN2的漏极和误差放大器A0的同相输入端；所述NMOS晶体管MN3的源极同时连接电阻R0的一端、电流源I0的正端和跨阻放大器的输出端VOUT，电流源I0的负端连接GND；
所述NMOS晶体管MN4的栅极同时连接NMOS晶体管MN5的栅极和误差放大器A0的输出端VO，NMOS晶体管MN4的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接误差放大器A0的反向输入端和NMOS晶体管MN6的漏极；
所述NMOS晶体管MN6的栅极同时连接NMOS晶体管MN10的栅极和NMOS晶体管MN7的栅极，NMOS晶体管MN6的源极连接NMOS晶体管MN8的漏极；
所述NMOS晶体管MN8的栅极同时连接NMOS晶体管MN11的栅极、NMOS晶体管MN9的栅极和电容C0的一端，NMOS晶体管MN8的漏极连接GND；
所述NMOS晶体管MN10的漏极同时连接电流源I1和NMOS晶体管MN10的栅极，NMOS晶体管MN10的源极同时连接NMOS晶体管MN11的漏极和栅极，NMOS晶体管MN11的源极连接GND；
所述NMOS晶体管MN5的源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接NMOS晶体管MN7的漏极和NMOS晶体管MN2的栅极；
所述NMOS晶体管MN7的源极连接NMOS晶体管MN9的漏极，NMOS晶体管MN9的源极连接GND；
所述NMOS晶体管MN2的源极同时连接电容C0的一端和NMOS晶体管MN1的漏极；
所述NMOS晶体管MN1的栅极同时连接电阻R0的另一端和TIA跨阻放大器的输入端PINA，NMOS晶体管MN1的源极连接GND。
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