CN106982034B - 一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，包括：跨阻放大器、差分放大器、误差放大器、虚拟放大器以及一开关管M0；所述跨阻放大器、虚拟放大器的输出端分别连接至所述差分放大器；所述误差放大器包括两组正极和负极输入端；其中一组正极和负极输入端分别连接至所述跨阻放大器和虚拟放大器的输出端，另一组正极和负极输入端分别连接至所述差分放大器的两个输出端；所述误差放大器的输出端连接至开关管M0的栅极，开关管M0的源极接地，漏极与跨阻放大器的输入端连接。本发明提供了一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路,保留原有直流恢复电路的基础上，采用多路反馈，对电路进行直流失调补偿，减小输出信号失真。

Description

一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路
技术领域
本发明涉及一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路。
背景技术
光通信的接收前端主要由跨阻放大电路(TIA)和限幅放大电路(LA)组成，而跨阻放大电路则主要由跨阻放大级和差分放大级组成。跨阻放大级实现将电流转换为电压，差分放大级将前级输出电压进一步放大，以满足限幅放大电路对前级输出(输入)电压的要求。随着光通信速率的不断提高，跨阻放大级的增益不断减小，以满足速率要求，与此同时对差分放大级增益的要求就不断提高，以补偿跨阻放大级增益的减小。另一方面，为了降低功耗，差分放大级的增益也被要求进一步提高，以实现后级限幅放大电路的限幅功能。提高差分放大级增益所带来的一个严重问题就是电路输出端的直流失调问题。由于增益的提高，前级电路的直流失调被差分放大级更进一步放大，最终可能导致输出端共模电平一高一低，造成输出信号严重失真。另外，如果采用高节点的CMOS工艺(如65nm,40nm,28nm等)进行高速跨阻放大器的研发，由于器件尺寸越小，电路失配越严重，又从另一方面加剧了上述问题。
为了解决这个问题，现有技术中常常设置一个直流恢复电路，典型的结构如图1所示。当直流电流Iin输入TIA Core后，V1节点的直流电压会随着Iin的增大而减小，如果V1过小，将造成下一级电路的直流偏置点过低，影响电路正常工作。直流恢复电路的目的在于通过环路控制，使得Iin通过开关管M0直接流入地电位，避免V1节点的直流电压随着Iin的增大而减小。
其中Dummy部分的输出直流电压作为参考电压。Iin＝0时，TIA Core部分的输出直流电压和Dummy部分的输出直流电压接近相等。当Iin增大后，V1节点电压下降，V1和V2之间形成电压差，通过Error Amp的放大作用，控制M1管的导通，将Iin导入到地电位，从而实现V1节点的直流电压不随lin的增大而减小。
上述现有技术主要考虑了输入直流所引起的直流工作点偏移的问题。未针对电路的直流失调进行补偿。如上所述，由于增益的提高，前级电路的直流失调被差分放大级更进一步放大，最终可能导致输出端共模电平一高一低，造成输出信号严重失真。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路,保留原有直流恢复电路的基础上，采用多路反馈，对电路进行直流失调补偿，减小输出信号失真。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，包括：跨阻放大器、差分放大器、误差放大器、虚拟放大器以及一开关管M0；
所述跨阻放大器、虚拟放大器的输出端分别连接至所述差分放大器；所述误差放大器包括两组正极和负极输入端；其中一组正极和负极输入端分别连接至所述跨阻放大器和虚拟放大器的输出端，另一组正极和负极输入端分别连接至所述差分放大器的两个输出端；
所述误差放大器的输出端连接至开关管M0的栅极，开关管M0的源极接地，漏极与跨阻放大器的输入端连接。
在一较佳实施例中：所述跨阻放大器、虚拟放大器的输出端与误差放大器的正极和负极输入端之间分别设置一电阻R1、R2。
在一较佳实施例中：所述差分放大器的两个输出端与误差放大器的正极和负极输入端之间分别设置一电阻R3、R4。
在一较佳实施例中：所述误差放大器采用电流相加的形式，将两组正极和负极输入端输入的直流电压引入误差放大器的反馈回路。
在一较佳实施例中：所述误差放大器的两组正极和负极输入端分别施加在开关管M2、M3的栅极和背栅；开关管M1、M2的源极连接至所述反馈回路。
在一较佳实施例中：所述误差放大器采用电压相加的形式，将两组正极和负极输入端输入的直流电压引入误差放大器的反馈回路。
在一较佳实施例中：所述误差放大器的一组正极和负极输入端施加在开关管M1、M2的栅极，另一组正极和负极输入端施加在开关管M3、M4的栅极；所述开关管M1、M2、M3、M4的源极连接至所述反馈回路；并且开关管M1和M3的源极相连,开关管M2和M4的源极相连。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明在原有直流恢复电路的基础上，通过多端输入的误差放大器(Error Amp)将差分放大器(PostAmp)的输出直流电压(Vnet3和Vnet4)引入反馈环路。小信号分析如下：
开关管M0的跨导为gm1，Post Amp的增益为A，差分放大器输出端失调电压为Voffset,误差放大器Error Amp第一组正极和负极输入端之间的跨导为gE12(gE1,2),第二组正极和负极输入端之间的跨导为gE34(gE3,4)；假设gE12＝gE34(gE1,2＝gE3,4)，Error Amp的输出阻抗为Ro，可以得到：
Figure BDA0001207170980000041
从以上分析可以看出，在将差分放大器的直流输出电压引入反馈环路后，Vnet3和Vnet4之间的直流失调电压下降为原来的1/(A-1)。
附图说明
图1为现有技术中直流恢复电路的电路图；
图2为本发明优选实施例中带有直流失调补偿功能的直流恢复电路图；
图3为本发明优选实施例1中误差放大器的电路图；
图4为本发明优选实施例2中误差放大器的电路图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
参考图2，一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，包括：跨阻放大器TIA、差分放大器Post Amp、误差放大器Error Amp、虚拟放大器DUMMY以及一开关管M0；
所述跨阻放大器TIA、虚拟放大器DUMMY的输出端分别连接至所述差分放大器PostAmp；所述误差放大器Error Amp包括两组正极和负极输入端；其中一组正极和负极输入端分别连接至所述跨阻放大器TIA和虚拟放大器DUMMY的输出端，另一组正极和负极输入端分别连接至所述差分放大器Post Amp的两个输出端；
所述误差放大器Error Amp的输出端连接至开关管M1的栅极，开关管M1的源极接地，漏极与跨阻放大器TIA的输入端连接。
所述跨阻放大器TIA、虚拟放大器DUMMY的输出端与误差放大器Error Amp的正极和负极输入端之间分别设置一电阻R1、R2。
所述差分放大器Post Amp的两个输出端与误差放大器Error Amp的正极和负极输入端之间分别设置一电阻R3、R4。
本实施例在原有直流恢复电路的基础上，通过多端输入的误差放大器Error Amp将差分放大器Post Amp的输出直流电压Vnet3和Vnet4引入反馈环路。小信号分析如下：
开关管M0的跨导为gm1，PostAmp的增益为A，差分放大器输出端失调电压为Voffset,误差放大器Error Amp第一组正极和负极输入端之间的跨导为gE12(gE1,2),第二组正极和负极输入端之间的跨导为gE34(gE3,4)；假设gE12＝gE34(gE1,2＝gE3,4)，Error Amp的输出阻抗为Ro，可以得到：
Figure BDA0001207170980000051
从以上分析可以看出，在将差分放大器Post Amp的直流输出电压引入反馈环路后，Vnet3和Vnet4之间的直流失调电压下降为原来的1/(A-1)。因此，即达到了对电路进行直流失调补偿，同时也减小了输出信号失真。
进一步参考图3，本实施例中，所述误差放大器Error Amp采用电流相加的形式，将两组正极和负极输入端输入的直流电压引入误差放大器Error Amp的反馈回路。
所述误差放大器Error Amp的两组正极和负极输入端分别施加在开关管M1、M2的栅极和背栅；开关管M1、M2的源极连接至所述反馈回路。
反馈回路的输出电压为：
Vctrl＝2·[gm1,2(VIP1-VIN1)+gmb1,2(VIP2-VIN2)]·Ro
其中gm1,2为VIP1和VIN1之间的跨导，gmb1,2为VIP2和VIN2之间的衬底跨导。
实施例2
参考图4，本实施例与实施例1的区别在于：所述误差放大器Error Amp采用电压相加的形式，将两组正极和负极输入端输入的直流电压引入误差放大器Error Amp的反馈回路。所述误差放大器Error Amp的一组正极和负极输入端施加在开关管M1、M3的栅极，另一组正极和负极输入端施加在开关管M2、M47的栅极；所述开关管M1、M2、M3、M4的源极连接至所述反馈回路；并且开关管M1和M3的源极相连,开关管M2和M4的源极相连。
反馈回路的输出电压为：
Vctrl＝2·[gm1,2(VIP1-VIN1)+gm3,4(VIP2-VIN2)]·Ro
其中gm1,2为VIP1和VIN1之间的跨导，gm3,4为VIP2和VIN2之间的衬底跨导
和图3相比，图4中的开关管M3和M4具有更高的控制灵活性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，应当指出，在不脱离本发明的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，其特征在于包括：跨阻放大器、差分放大器、误差放大器、虚拟放大器以及一开关管M0；
所述跨阻放大器、虚拟放大器的输出端分别连接至所述差分放大器；所述误差放大器包括两组正极和负极输入端；其中一组正极和负极输入端分别连接至所述跨阻放大器和虚拟放大器的输出端，另一组正极和负极输入端分别连接至所述差分放大器的两个输出端；
所述误差放大器的输出端连接至开关管M0的栅极，开关管M0的源极接地，漏极与跨阻放大器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，其特征在于：所述跨阻放大器、虚拟放大器的输出端与误差放大器的正极和负极输入端之间分别设置一电阻R1、R2。
3.根据权利要求2所述的一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，其特征在于：所述差分放大器的两个输出端与误差放大器的正极和负极输入端之间分别设置一电阻R3、R4。
4.根据权利要求1所述的一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，其特征在于：所述误差放大器采用电流相加的形式，将两组正极和负极输入端输入的直流电压引入误差放大器的反馈回路。
5.根据权利要求4所述的一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，其特征在于：所述误差放大器的两组正极和负极输入端分别施加在开关管M1、M2的栅极和背栅；开关管M1、M2的源极连接至所述反馈回路。
6.根据权利要求1所述的一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，其特征在于：所述误差放大器采用电压相加的形式，将两组正极和负极输入端输入的直流电压引入误差放大器的反馈回路。
7.根据权利要求6所述的一种带有直流失调补偿功能的直流恢复电路，其特征在于：所述误差放大器的一组正极和负极输入端施加在开关管M1、M2的栅极，另一组正极和负极输入端施加在开关管M3、M4的栅极；所述开关管M1、M2、M3、M4的源极连接至所述反馈回路；并且开关管M1和M3的源极相连,开关管M2和M4的源极相连。
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