CN109547021A - 一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器 - Google Patents
一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109547021A CN109547021A CN201811170927.4A CN201811170927A CN109547021A CN 109547021 A CN109547021 A CN 109547021A CN 201811170927 A CN201811170927 A CN 201811170927A CN 109547021 A CN109547021 A CN 109547021A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- feedback
- resistance
- amplifier
- single ended
- feedback resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
- H03M1/1245—Details of sampling arrangements or methods
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/32—Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大技术。包括单端反馈路径和负载电阻；放大器A包括第一、第二输入端和第一、第二输出端，所述第一输入端与单端输入信号Vin同相，所述第二输入端与共模电平Vcm反相；单端输入信号Vin与第一输入端相连，所述共模电平Vcm与第二输入端相连；反馈路径包括反馈电阻，第一反馈电阻、电阻R2分别串联在放大器A的第一输入端、第二输入端，第三反馈电阻并联在放大器A的第一输入端与第一输出口的两端，第四反馈电阻并联在放大器A的第二输入端和第二输出口两端；第三反馈电阻、电阻R4两端分别并联有反馈电容C3、电容C4。本发明实施例解决了现有技术存在的精度低、噪声大的问题。
Description
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大技术。
背景技术
单端信号是通过一根导线传递的电信号，电压值是相对于地而确定的，非常容易受到电源的噪声，以及时钟噪声的干扰。而差分信号是通过两个传输导线来传递电信号，幅度为两个的信号之间的差值。两个电信号在受到噪声影响时会发生变化，而信号之间的差值会抵消两者的变化量。因此，对于差分信号而言，可有效抵抗电源噪声耦合和时钟馈通效应的干扰。同时，相位差值为180度的差分信号，传输幅度是同等幅度单端信号的两倍。
由于差分信号的种种优势，目前集成电路领域中大多数高速模数转换器ADC(Analog-to-Digital Converter模数转换器)均采用了差分输入。这些ADC被广泛的应用于各种领域。包括但不限于通信无线基础设施，测试和测量示波器，以及多种终端应用当中。
目前来看，随着工艺技术的进步，以及ADC设计方法的革新，各种高速高精度ADC层出不穷，转换速率超过1000M，转换精度在16位以上的ADC越来越多。这些ADC无一例外的采用了差分输入结构来保证可靠的高性能。因此对前端的单端转差分放大器的性能要求也越来越高。首先，目前主流采用的大多数ADC类型为SAR ADC逐次逼近型模数转换器。由于该类型的ADC在速度、功耗以及精度等方面都有良好的表现，是其他几种结构ADC的折中，所以SAR ADC被广泛的应用。但是逐次逼近型模数转换器主要依靠电容阵列的翻转进行转换，因此具有较大的输入电容，对于前端的单端转差分放大器来说，需要能够承受较大负载的电容，即在控制功耗的前提下，对驱动能力具有较高的要求。有高的驱动能力才能有高的压摆率，才能减少对后端ADC精度和速度的影响。
随着ADC转换速度的提高，现有的前段单端转差分放大器在限制功耗和面积的前提下无法同时兼具比ADC量程更大的输出动态范围和在该输出范围内保持较高的线性度、低噪声。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大技术。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大技术，包括单端输入信号端、共模电平信号端和放大器、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻、第四反馈电阻；
所述放大器A包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；
所述单端输入信号端通过第一反馈电阻与第一输入端相连，共模电平信号端通过第二反馈电阻与第二输入端相连；
所述第三反馈电阻并联在放大器的第一输入端和第一输出端两端，第四反馈电阻并联在第二输入端和第二输出端两端；
所述第三反馈电阻、第四反馈电阻两端分别并联有第三反馈电容、第四反馈电容。
在本发明的一个实施例中，所述放大器的两个输出端分别串联一个第一负载电阻和第二负载电阻。
在本发明的一个实施例中，还包括第一负载电阻、第二负载电阻；所述第一负载电阻与第一输出端串联，第二负载电阻与第二输出端串联。
在本发明的一个实施例中，所述放大器为全差分放大器，且全差分放大器的输出端为AB类输出级。
在本发明的一个实施例中，还包括第一反馈电容、第二反馈电容；所述第一反馈电阻、第二反馈电阻两端分别并联第一反馈电容、第二反馈电容。
在本发明的一个实施例中，所述反馈电阻、反馈电容、负载电阻、后端ADC电容的时间常数数值差不超过10％。
在本发明的一个实施例中，所述第一输入端与单端输入信号同相，所述第二输入端与共模电平反相。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明中在放大器的第一输入端、第一输出端和第二输入端、第二输出端分别与第三反馈电阻、第四反馈电阻并联，单端输入信号Vin通过第一反馈电阻与第一输入端连接，共模电平Vcm与第二输入端连接，可以通过第三反馈电阻与第一反馈电阻的比值精确地设置电压增益，在放大器的两端并联有反馈电阻，在满足后级ADC动态范围的前提下，缩小了放大器的动态输出范围，减少了放大器的输出压力，增大了放大器的稳定性。在第三反馈电阻与第四反馈电阻两端并联反馈电容C3与反馈电容C4，可以滤除输入电阻、反馈电阻以及放大器的热噪声；
(2)本发明中放大器A的两个输出端分别串联一个第一负载电阻和第二负载电阻，本发明将后端ADC看作一个电容负载电阻与后端ADC形成一个串联RC滤波电路，在确保输出信号所要求的建立时间的前提下，缩短信号带宽，可以有效减少噪声功率谱密度；
(3)本发明实施例中的全差分放大器的输出端采用AB类输出级，可以在静态电流较小的情况下能够瞬时提供大的输出电流，能够在较低功耗下驱动大电容负载，且功耗低、利于集成，保证输出信号仍具有较高的压摆率；
(4)本发明实施例中的第一反馈电阻与第二反馈电阻两端并联有反馈电容，可以防止响应速度减慢；
(5)本发明实施例中反馈电阻、电容的时间常数数值和负载电阻、后端ADC电容的时间常数数值大小相近，可以有效的滤除电阻噪声，同时保证输出信号所需的建立时间。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大技术的电路结构示意图。
附图标记：1-反馈路径；101-第一反馈电阻；102-第三反馈电阻；103-第二反馈电阻；104-第四反馈电阻；110-第一反馈电容；120-第三反馈电容；130-第二反馈电容；140-第四反馈电容；201-第一负载电阻；202-第二负载电阻。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
从图1可以看出，本发明包括单端输入信号端Vin、共模电平信号Vcm端和放大器、第一反馈电阻101、第二反馈电阻103、第三反馈电阻102、第四反馈电阻104；
所述放大器A包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；
所述单端输入信号端Vin通过第一反馈电阻101与第一输入端相连，共模电平信号端Vcm通过第二反馈电阻与第二输入端相连；
所述第三反馈电阻102并联在放大器的第一输入端和第一输出端两端，第四反馈电阻104并联在第二输入端和第二输出端两端；
所述第三反馈电阻102、第四反馈电阻104两端分别并联有第三反馈电容120、第四反馈电容140。
在本发明的一个实施例中，所述第一负载电阻201与第一输出端串联，第二负载电阻202与第二输出端串联。
具体的，单端输入信号端Vin从第一输入端输入，共模电平信号端Vcm从第二输入端输入。单端输入信号端Vin与共模电平信号端Vcm通过放大器，再经过第三反馈电阻102和第四反馈电阻104的调节下，输出相位差为108°，与共模电平信号端Vcm差值的绝对值完全相等的差分信号，并且差分信号幅度为两个输出信号的差值，实现了单端输入信号到双端输入信号的转换。
在本发明的一个实施例中，还包括第一负载电阻101、第二负载电阻103；所述第一负载电阻201与第一输出端串联，第二负载电阻202与第二输出端串联。
具体的，可以精确设置全差分放大器的输出信号带宽，在保证输出信号所要求的前提下，通过改变第一负载电阻201和第二负载电阻202的阻值，进而缩短信号带宽，可以有效的减少噪声功率谱密度
在本发明的一个实施例中，所述放大器为全差分放大器，且全差分放大器的输出端为AB类输出级。
具体地，使得单端输入差分输出的可调增益放大器具有驱动大负载电容的能力。AB类输出级的静态电流小，能够提供较大的动态电流，可以满足在大负载电容条件下，输出信号仍具有较高的压摆率。
在本发明的一个实施例中，还包括第一反馈电容110、第二反馈电容130；所述第一反馈电阻101、第二反馈电阻103两端分别并联第一反馈电容110、第二反馈电容130。
具体的，可以防止输入信号被低通滤波电路过滤，并且可以防止在多种信号源输入的情况下，响应速度会减慢。
在本发明的一个实施例中，所述反馈电阻、反馈电容、负载电阻、后端ADC电容的时间常数数值差不超过10％。
具体的，可以有效的滤除电阻噪声，同时保证输出信号所需的建立时间。
在本发明的一个实施例中，所述第一输入端与单端输入信号同相，所述第二输入端与共模电平反相。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器，其特征在于：
包括单端输入信号端(Vin)、共模电平信号端(Vcm)和放大器(A)、第一反馈电阻(101)、第二反馈电阻(103)、第三反馈电阻(102)、第四反馈电阻(104)；
所述放大器(A)包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；
所述单端输入信号端(Vin)通过第一反馈电阻(101)与第一输入端相连，所述共模电平信号端(Vcm)通过第二反馈电阻(103)与第二输入端相连；
所述第三反馈电阻(102)并联在放大器(A)的第一输入端和第一输出端两端，第四反馈电阻(104)并联在第二输入端和第二输出端两端；
所述第三反馈电阻(102)、第四反馈电阻(104)两端分别并联有第三反馈电容(120)、第四反馈电容(140)。
2.根据权利要求1所述的一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器，其特征在于：
还包括第一负载电阻(101)、第二负载电阻(103)；
所述第一负载电阻(201)与第一输出端串联，第二负载电阻(202)与第二输出端串联。
3.根据权利要求1所述的一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器，其特征在于：所述放大器(A)为全差分放大器，且全差分放大器的输出端为AB类输出级。
4.根据权利要求3所述的一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器，其特征在于：
还包括第一反馈电容(110)、第二反馈电容(120)；
所述第一反馈电阻(101)、第二反馈电阻(103)两端分别并联第一反馈电容(110)、第二反馈电容(130)。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器，其特征在于：所述反馈电阻、反馈电容、负载电阻、后端ADC电容的时间常数数值差不超过10％。
6.根据权利要求5所述的一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器，其特征在于：所述第一输入端与单端输入信号(Vin)同相，所述第二输入端与共模电平(Vcm)反相。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811170927.4A CN109547021A (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811170927.4A CN109547021A (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109547021A true CN109547021A (zh) | 2019-03-29 |
Family
ID=65843523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811170927.4A Pending CN109547021A (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109547021A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110166053A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-23 | 莆田学院 | 特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置 |
| CN111555727A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-18 | 苏州真感微电子科技有限公司 | 一种高增益低噪声的开关电容可调增益放大器 |
| CN111835353A (zh) * | 2019-04-19 | 2020-10-27 | 深圳市柯雷科技开发有限公司 | 一种单端/差分信号到各种差分信号的通用转换电路 |
| CN111865314A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-30 | 同济大学 | 模数转换器模拟前端电路 |
| CN112886934A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-01 | 新郦璞科技(上海)有限公司 | 输入输出电压可调的可编程增益放大器 |
| CN113225035A (zh) * | 2020-01-21 | 2021-08-06 | 瑞昱半导体股份有限公司 | 负反馈系统架构及其环路滤波器 |
| WO2023201829A1 (zh) * | 2022-04-19 | 2023-10-26 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 单端转差分麦克风电路及电子设备 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080064359A1 (en) * | 2005-08-01 | 2008-03-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Amplifier, filter using the same, and radio communication device |
| US20090231036A1 (en) * | 2008-03-17 | 2009-09-17 | Hideaki Murakami | Amplifier circuit |
| CN102053177A (zh) * | 2009-11-10 | 2011-05-11 | 北京普源精电科技有限公司 | 一种有源差分电压探头 |
| CN102832904A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-12-19 | 华南理工大学 | 差分电容网络反馈结构cmos生物医学信号采集器 |
| CN105897205A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-08-24 | 江苏星宇芯联电子科技有限公司 | 一种低通滤波的可变增益仪表放大器 |
| CN106817099A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-06-09 | 高科创芯(北京)科技有限公司 | 用于生理电势信号检测的放大器 |
| CN107276548A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-10-20 | 江西云晖生物芯片技术有限公司 | 一种next系列产品cmos自动增益控制电路 |
| CN107370465A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-11-21 | 和芯星通（上海）科技有限公司 | 高精度宽带可编程增益放大器 |
-
2018
- 2018-10-09 CN CN201811170927.4A patent/CN109547021A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080064359A1 (en) * | 2005-08-01 | 2008-03-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Amplifier, filter using the same, and radio communication device |
| US20090231036A1 (en) * | 2008-03-17 | 2009-09-17 | Hideaki Murakami | Amplifier circuit |
| CN102053177A (zh) * | 2009-11-10 | 2011-05-11 | 北京普源精电科技有限公司 | 一种有源差分电压探头 |
| CN102832904A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-12-19 | 华南理工大学 | 差分电容网络反馈结构cmos生物医学信号采集器 |
| CN105897205A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-08-24 | 江苏星宇芯联电子科技有限公司 | 一种低通滤波的可变增益仪表放大器 |
| CN107276548A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-10-20 | 江西云晖生物芯片技术有限公司 | 一种next系列产品cmos自动增益控制电路 |
| CN106817099A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-06-09 | 高科创芯(北京)科技有限公司 | 用于生理电势信号检测的放大器 |
| CN107370465A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-11-21 | 和芯星通（上海）科技有限公司 | 高精度宽带可编程增益放大器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 川上正光等: "《晶体管及其电路》", 30 April 1980, 人民邮电出版社 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111835353A (zh) * | 2019-04-19 | 2020-10-27 | 深圳市柯雷科技开发有限公司 | 一种单端/差分信号到各种差分信号的通用转换电路 |
| CN110166053A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-23 | 莆田学院 | 特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置 |
| CN110166053B (zh) * | 2019-05-24 | 2024-02-09 | 莆田学院 | 高精度逐次逼近型8位模数转换装置及其控制方法 |
| CN113225035A (zh) * | 2020-01-21 | 2021-08-06 | 瑞昱半导体股份有限公司 | 负反馈系统架构及其环路滤波器 |
| CN111555727A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-18 | 苏州真感微电子科技有限公司 | 一种高增益低噪声的开关电容可调增益放大器 |
| CN111555727B (zh) * | 2020-04-24 | 2023-07-21 | 苏州真感微电子科技有限公司 | 一种高增益低噪声的开关电容可调增益放大器 |
| CN111865314A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-30 | 同济大学 | 模数转换器模拟前端电路 |
| CN112886934A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-01 | 新郦璞科技(上海)有限公司 | 输入输出电压可调的可编程增益放大器 |
| CN112886934B (zh) * | 2021-01-11 | 2024-03-19 | 新郦璞科技(上海)有限公司 | 输入输出电压可调的可编程增益放大器 |
| WO2023201829A1 (zh) * | 2022-04-19 | 2023-10-26 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 单端转差分麦克风电路及电子设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109547021A (zh) | 一种单端输入信号转差分输出信号的可调增益放大器 | |
| US7863977B1 (en) | Fully differential non-inverted parallel amplifier for detecting biology electrical signal | |
| KR101658286B1 (ko) | 무선 주파수 커플러용 시스템 및 방법 | |
| CN102053177B (zh) | 一种有源差分电压探头 | |
| CN108768380B (zh) | 一种传感器的调理电路 | |
| CN102156209B (zh) | 一种宽带数字示波器通道偏置调节电路 | |
| CN104748858B (zh) | 一种InGaAs短波红外探测器信号处理系统 | |
| CN102217192A (zh) | 可变增益放大器 | |
| CN204442387U (zh) | 一种可见光通信信号接收前置电路 | |
| CN108336978A (zh) | 一种级联的分布式低噪声放大器 | |
| CN103354419B (zh) | 基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络 | |
| CN102565485A (zh) | 数字荧光示波器前置放大器 | |
| CN208461789U (zh) | 一种基于运算放大器的有源偏置器 | |
| US9024654B2 (en) | System and method to actively drive the common mode voltage of a receiver termination network | |
| TW202038562A (zh) | 傳送器、接收器及混合式傳送接收器 | |
| CN101414807B (zh) | 信号放大电路 | |
| CN104244138B (zh) | 电流放大器及使用该电流放大器的发射器 | |
| CN104682946B (zh) | 一种差分信号转单端信号电路 | |
| CN103604963A (zh) | 一种宽带信号调理电路 | |
| CN208079023U (zh) | 一种宽带程控增益运放电路 | |
| CN101251399B (zh) | 超声波流量计的高输入阻抗差动前置放大器电路 | |
| CN106549645A (zh) | 前置放大器 | |
| CN204559585U (zh) | 应用于光接收机前端tia带rssi的分相电路 | |
| CN104931996A (zh) | 辐射探测中大动态快脉冲的信号调理系统 | |
| CN107769737A (zh) | 一种运算放大器校准方法及电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190329 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |