CN107645280A - 高速放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速放大电路，包括偏置子电路、与所述偏置子电路相连的第一级放大子电路以及与所述第一级放大子电路相连的第二级放大子电路，所述偏置子电路控制所述高速放大电路中的场效应管工作在饱和区域，所述偏置子电路包括用于保证环路工作稳定性的反馈模块及与所述反馈模块相连的用于产生直流电压的直流电压产生模块，所述第一级放大子电路接收输入的差分信号并进行放大后传送至所述第二级放大子电路，所述第二级放大子电路对接收到的信号进行放大后输出。本发明减小了高速信号路径节点处的寄生电容，提高了高速放大电路的带宽。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种用于低电源电压的高速放大电路。
背景技术
高速放大电路是通信和高速模拟转换系统中不可或缺的电路模组，在高速放大电路中，电路中的器件的特征频率限制了电路的带宽上限，且高速信号路径节点处的寄生电容会影响电路的带宽，因此，如何通过优化电路结构来减小高速信号路径节点处的寄生电容，成为高速放大电路设计的关键所在。
在现有的高速放大电路中，为了保证直流偏置电路的正常工作，往往在第一级放大电路中采用将场效应管进行二极管的接法，但是，场效应管在二极管接法的节点处的寄生电容较大，此时，如果采用增加电流来增加场效应管的跨导，从而减小寄生电容的影响的方法，会导致过驱电压的增加，因此不能用于低电源的电压下。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于低电源电压的高速放大电路，采用偏置电路与信号路径独立的方式，减小高速信号路径节点处的寄生电容，采用电阻作为负载，使得高速放大电路的带宽逼近工艺极限，同时采用自偏置方式，使得整个电路的电流均由电流自身产生，而无需额外的偏置电流产生电路。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高速放大电路，包括偏置子电路、与所述偏置子电路相连的第一级放大子电路以及与所述第一级放大子电路相连的第二级放大子电路，所述偏置子电路控制所述高速放大电路中的场效应管工作在饱和区域，所述偏置子电路包括用于保证环路工作稳定性的反馈模块及与所述反馈模块相连的用于产生直流电压的直流电压产生模块，所述第一级放大子电路接收输入的差分信号并进行放大后传送至所述第二级放大子电路，所述第二级放大子电路对接收到的信号进行放大后输出。
所述反馈模块包括放大器及与所述放大器相连的电容，所述直流电压产生模块包括第一场效应管、与所述第一场效应管相连的第二场效应管、与所述第二场效应管相连的第一电阻、与所述第二场效应管及所述第一电阻相连的第三场效应管及与所述第一场效应管及所述第三场效应管相连的第二电阻。
所述第一级放大子电路包括第四场效应管、与所述第四场效应管相连的第五场效应管、与所述第五场效应管相连的第三电阻、第六场效应管、与所述第六场效应管相连的第七场效应管及与所述第七场效应管相连的第四电阻；所述第二级放大子电路包括第五电阻、第六电阻、与所述第五电阻相连的第八场效应管及与所述第六电阻相连的第九场效应管。
所述反馈模块中的放大器的输入端与所述第二电阻的一端及所述第三场效应管的漏极相连，所述放大器的输出端与所述电容的一端共同连接所述第一场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极及所述第六场效应管的栅极，所述电容的另一端接地。
所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源级相连，所述第二场效应管的栅极连接共模电压输入端，所述第二场效应管的漏极与所述第一电阻的一端及所述第三场效应管的栅极相连。
所述第四场效应管的漏极与所述第五场效应管的源级、所述第六场效应管的漏极及所述第七场效应管的源级相连，所述第五场效应管的漏极与所述第三电阻的一端及所述第八场效应管的栅极相连，所述第七场效应管的漏极与所述第四电阻的一端及所述第九场效应管的栅极相连，所述第五场效应管的栅极及所述第六场效应管的栅极分别连接差分信号输入端。
所述第五电阻的一端与所述第八场效应管的漏极及输出端相连，所述第六电阻的一端与所述第九场效应管的漏极及另一输出端相连。
所述第一场效应管的源级、所述第二电阻的另一端、所述第四场效应管的源级、所述第六场效应管的源级、所述第五电阻的另一端及所述第六电阻的另一端共同连接电源端，所述第一电阻的另一端、所述第三场效应管的源级、所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的另一端、所述第八场效应管的源级及所述第九场效应管的源级共同连接地端。
所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管及所述第七场效应管为P型场效应管，所述第三场效应管、所述第八场效应管及所述第九场效应管为N型场效应管。
本发明的有益效果是：采用偏置电路与信号路径独立的方式，减小了高速信号路径节点处的寄生电容，采用电阻作为负载，使得高速放大电路的带宽逼近工艺极限，同时采用自偏置方式，使得整个电路的电流均由电流自身产生，而无需额外的偏置电流产生电路。
附图说明
图1为本发明高速放大电路的结构框图；
图2为本发明高速放大电路的具体电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，本发明高速放大电路包括偏置子电路、与偏置子电路相连的第一级放大子电路以及与第一级放大子电路相连的第二级放大子电路，其中，偏置子电路包括用于保证环路工作稳定性的反馈模块及与反馈模块相连的用于产生直流电压的直流电压产生模块，偏置子电路用于控制高速放大电路中的场效应管工作在饱和区域，第一级放大子电路用于接收输入的差分信号并进行放大后传送至第二级放大子电路，第二级放大子电路对接收到的信号进行放大后输出。
请同时参阅图2，图2为本发明高速放大电路的具体电路结构图。在本发明中，反馈模块包括放大器A1及与放大器A1相连的电容C1，直流电压产生模块包括第一场效应管M1、与第一场效应管M1相连的第二场效应管M2、与第二场效应管M2相连的第一电阻R1、与第二场效应管M2及第一电阻R1相连的第三场效应管M3及与第一场效应管M1及第三场效应管M3相连的第二电阻R2；第一级放大子电路包括第四场效应管M4、与第四场效应管M4相连的第五场效应管M5、与第五场效应管M5相连的第三电阻R3、第六场效应管M6、与第六场效应管M6相连的第七场效应管M7及与第七场效应管M7相连的第四电阻R4；第二级放大子电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、与第五电阻R5相连的第八场效应管M8及与第六电阻R6相连的第九场效应管M9。
本发明高速放大电路的具体电路连接关系如下：反馈模块中的放大器A1的输入端与第二电阻R2的一端及第三场效应管M3的漏极相连，放大器A1的输出端与电容C1的一端共同连接第一场效应管M1的栅极、第四场效应管M4的栅极及第六场效应管M6的栅极，电容C1的另一端接地。第一场效应管M1的漏极与第二场效应管M2的源级相连，第二场效应管M2的栅极连接共模电压输入端Vcom，第二场效应管M2的漏极与第一电阻R1的一端及第三场效应管M3的栅极相连。第四场效应管M4的漏极与第五场效应管M5的源级、第六场效应管M6的漏极及第七场效应管M7的源级相连，第五场效应管M5的漏极与第三电阻R3的一端及第八场效应管M8的栅极相连，第七场效应管M7的漏极与第四电阻R4的一端及第九场效应管M9的栅极相连，第五场效应管M5的栅极及第六场效应管M6的栅极分别连接两个差分信号输入端Vip、Vin。第五电阻R5的一端与第八场效应管M8的漏极及输出端Vop相连，第六电阻R6的一端与第九场效应管M9的漏极及另一输出端Von相连。第一场效应管M1的源级、第二电阻R2的另一端、第四场效应管M4的源级、第六场效应管M6的源级、第五电阻R5的另一端及第六电阻R6的另一端共同连接电源端VDD，第一电阻R1的另一端、第三场效应管M3的源级、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第八场效应管M8的源级及第九场效应管M9的源级共同连接地端VSS。
其中，在本实施例中，第一场效应管M1、第二场效应管M2、第四场效应管M4、第五场效应管M5、第六场效应管M6及第七场效应管M7为P型场效应管，第三场效应管M3、第八场效应管M8及第九场效应管M9为N型场效应管，在其他实施例中，上述场效应管可以为其他结构可以实现相同功能的元器件，并不限于此。
本发明高速放大电路的工作原理如下：
差分信号输入端Vip、Vin分别输入信号至第一级放大子电路中的第五场效应管M5及第六场效应管M6，偏置子电路产生整个高速放大电路所需的电流，并使得每一条信号路径上流过的电流成比例关系，保证了高速放大电路中的场效应管均工作于正常饱和区域。输入信号经过第一级放大子电路与第二级放大子电路进行放大后由输出端Vop、Von输出。通过采用第三电阻R3与第四电阻R4作为高速放大电路的负载，减小了寄生电容，且提高了高速放大电路的带宽。
本发明高速放大电路采用了偏置子电路与信号路径独立的方式，减小了高速信号路径节点处的寄生电容，并采用电阻作为负载，使得高速放大电路的带宽逼近工艺极限，同时采用自偏置方式，使得整个电路的电流均由电流自身产生，而无需额外的偏置电流产生电路。
综上所述，本发明高速放大电路减小了寄生电容，提高了带宽，且由于采用了自偏置方式，所需电流均可自身产生，无需额外的偏置电流产生电路。
Claims (9)
1.一种高速放大电路，其特征在于：所述高速放大电路包括偏置子电路、与所述偏置子电路相连的第一级放大子电路以及与所述第一级放大子电路相连的第二级放大子电路，所述偏置子电路控制所述高速放大电路中的场效应管工作在饱和区域，所述偏置子电路包括用于保证环路工作稳定性的反馈模块及与所述反馈模块相连的用于产生直流电压的直流电压产生模块，所述第一级放大子电路接收输入的差分信号并进行放大后传送至所述第二级放大子电路，所述第二级放大子电路对接收到的信号进行放大后输出。
2.根据权利要求1所述的高速放大电路，其特征在于：所述反馈模块包括放大器及与所述放大器相连的电容，所述直流电压产生模块包括第一场效应管、与所述第一场效应管相连的第二场效应管、与所述第二场效应管相连的第一电阻、与所述第二场效应管及所述第一电阻相连的第三场效应管及与所述第一场效应管及所述第三场效应管相连的第二电阻。
3.根据权利要求2所述的高速放大电路，其特征在于：所述第一级放大子电路包括第四场效应管、与所述第四场效应管相连的第五场效应管、与所述第五场效应管相连的第三电阻、第六场效应管、与所述第六场效应管相连的第七场效应管及与所述第七场效应管相连的第四电阻；所述第二级放大子电路包括第五电阻、第六电阻、与所述第五电阻相连的第八场效应管及与所述第六电阻相连的第九场效应管。
4.根据权利要求3所述的高速放大电路，其特征在于：所述反馈模块中的放大器的输入端与所述第二电阻的一端及所述第三场效应管的漏极相连，所述放大器的输出端与所述电容的一端共同连接所述第一场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极及所述第六场效应管的栅极，所述电容的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的高速放大电路，其特征在于：所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源级相连，所述第二场效应管的栅极连接共模电压输入端，所述第二场效应管的漏极与所述第一电阻的一端及所述第三场效应管的栅极相连。
6.根据权利要求5所述的高速放大电路，其特征在于：所述第四场效应管的漏极与所述第五场效应管的源级、所述第六场效应管的漏极及所述第七场效应管的源级相连，所述第五场效应管的漏极与所述第三电阻的一端及所述第八场效应管的栅极相连，所述第七场效应管的漏极与所述第四电阻的一端及所述第九场效应管的栅极相连，所述第五场效应管的栅极及所述第六场效应管的栅极分别连接差分信号输入端。
7.根据权利要求6所述的高速放大电路，其特征在于：所述第五电阻的一端与所述第八场效应管的漏极及输出端相连，所述第六电阻的一端与所述第九场效应管的漏极及另一输出端相连。
8.根据权利要求7所述的高速放大电路，其特征在于：所述第一场效应管的源级、所述第二电阻的另一端、所述第四场效应管的源级、所述第六场效应管的源级、所述第五电阻的另一端及所述第六电阻的另一端共同连接电源端，所述第一电阻的另一端、所述第三场效应管的源级、所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的另一端、所述第八场效应管的源级及所述第九场效应管的源级共同连接地端。
9.根据权利要求3所述的高速放大电路，其特征在于：所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管及所述第七场效应管为P型场效应管，所述第三场效应管、所述第八场效应管及所述第九场效应管为N型场效应管。
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