CN208956003U - 跨导放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种跨导放大器，包括共源级的第一NMOS管、第二NMOS管，共源共栅级的第一PMOS管、第二PMOS管，第一NMOS管的栅极接正输入端，第二NMOS管的栅极接负输入端，第一NMOS管和第二NMOS管的源极接电流源，第一NMOS管的漏极接第一放大器的一端，第一放大器的另一端连接第二PMOS管的源极，第二NMOS管的漏极接第二放大器的一端，第二放大器的另一端连接第一PMOS管的源极，第一PMOS管的漏极连接第三放大器的一端，第三放大器的另一端连接输出端，第二PMOS管的漏极连接输出端。本实用新型使用的放大器采用电流镜像放大器的架构，栅极控制端噪声与电源噪声的增益接近0dB，输出级采用共源共栅架构，实现了很好的电源抑制性能。

Description

跨导放大器

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，特别是涉及一种跨导放大器。

背景技术

为了尽可能提高跨导放大器的信号动态范围，传统设计一方面开发出各种技术来提高信号输出范围，另一方面也开发出各种抑制供电噪声的技术，供电噪声在输出端的响应一般用电源抑制比指标来衡量，电源抑制比越高，信号的动态范围会越高。传统提高跨导放大器电源抑制的技术有如下几种：

(1)电源预调节技术；

即对供电电源采用线性调整技术，用调整过的电源给跨导放大器供电，例如LDO(Low drop out)或者子调整器(Sub-regulator)供电。这些电源的输出相对于原始电源一般PSRR(power supply rejection ratio)有20dB的提升。但该技术不适合低电压应用，而且辅助电路复杂。

(2)Cascode(共射共基或者共源共栅)技术；

利用该技术可提高输出端的等价阻抗，从而降低正负电源对输出端的噪声传递。但是该技术会降低输出信号范围，对低电压设计有影响。

(3)前馈噪声抵消技术；

采样电源噪声加载到控制器件栅极控制端，这样控制器件源端和栅端等价小信号相互抵消，控制器件导通特性不随电源噪声变化，从而输出端在很宽频率范围能够得到很高的PSRR。这种技术需要复杂的电路支持。

(4)输出滤波技术；

该技术需要大面积的电容，而且对输出信号建立时间影响较大。

因此，如何获得结构简单，效果优良的跨导放大器，一直是业界期待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种跨导放大器，优化器件结构，提高正电源抑制比性能。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种跨导放大器，包括：

共源级的第一NMOS管、第二NMOS管，共源共栅级的第一PMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管的栅极接正输入端，所述第二NMOS管的栅极接负输入端，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的源极接电流源，所述第一NMOS管的漏极接第一放大器的一端，所述第一放大器的另一端连接第二PMOS管的源极，所述第二NMOS管的漏极接第二放大器的一端，所述第二放大器的另一端连接第一PMOS管的源极，所述第一PMOS管的漏极连接第三放大器的一端，所述第三放大器的另一端连接输出端，所述第二PMOS管的漏极连接输出端。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的衬底连接至一个低通滤波器。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述输出端还设置有滤波电容。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述电容的电容量大于等于1pF。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述第一放大器包括第三PMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管，所述第三PMOS管的漏极连接所述第一NMOS管的漏极，并连接所述第四PMOS管的栅极和所述第五PMOS管的栅极，所述第三PMOS管的源极连接所述第四PMOS管的漏极，所述第四PMOS管的源极和所述第五PMOS管的源极接电源电压，所述第五PMOS管的漏极接第二PMOS管的源极。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述第二放大器包括第六PMOS管、第七PMOS管和第八PMOS管，所述第六PMOS管的漏极连接所述第二NMOS管的漏极，并连接所述第七PMOS管的栅极和所述第八PMOS管的栅极，所述第六PMOS管的源极连接所述第七PMOS管的漏极，所述第七PMOS管的源极和所述第八PMOS管的源极接电源电压，所述第八PMOS管的漏极接第一PMOS管的源极。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述第三PMOS管和所述第六PMOS管的衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述第三PMOS管和所述第六PMOS管的衬底连接至所述低通滤波器。

可选的，对于所述的跨导放大器，所述第三放大器包括第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管，所述第三NMOS管的漏极连接所述第一PMOS管的漏极，并连接所述第四NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的源极连接所述第四NMOS管的漏极，所述第四NMOS管的源极和所述第五NMOS管的源极接地；所述第五NMOS管的漏极连接第六NMOS管的源极，所述第六NMOS管的栅极与所述第三NMOS管的栅极接偏置电压，所述第六NMOS管的漏极连接所述第二PMOS管的漏极。

本实用新型使用的第一、第二、第三放大器采用电流镜像放大器的架构，第一级共源差分的输出节点为电流镜低阻抗输入，栅极控制端噪声与电源噪声的增益接近0dB，这样跨导放大器输出级的共源器件近似采用了前馈噪声抵消技术，在共源级器件的漏端实现了很好的电源抑制性能；输出级采用共源共栅架构，提升输出级阻抗，从而跨导放大器输出端的电源抑制性能得到进一步提升；

进一步的，对P型共源共栅器件衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置，又可使电源抑制性能得以提升；

此外，输出端采用一定的滤波电容，该电容除了起到频率补偿作用，增加稳定性，还可以进一步提升电源抑制性能。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中跨导放大器的示意图；

图2为本实用新型一实施例中跨导放大器的具体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的跨导放大器进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图1和图2所示，本实用新型的主要思想在于，提供一种跨导放大器，包括：

共源级的第一NMOS管MN0、第二NMOS管MN1，共源共栅级(cascode)的第一PMOS管MP0、第二PMOS管MP1，所述第一NMOS管的栅极接正输入端VINP，所述第二NMOS管的栅极接负输入端VINN，所述第一NMOS管MN0和所述第二NMOS管MN1的源极接电流源，所述第一NMOS管MN0的漏极接第一放大器CM0的一端，所述第一放大器CM0的另一端连接第二PMOS管MP1的源极，所述第二NMOS管MN1的漏极接第二放大器CM1的一端，所述第二放大器CM1的另一端连接第一PMOS管MP0的源极，所述第一PMOS管MP0的漏极连接第三放大器CM2的一端，所述第三放大器CM2的另一端连接输出端VOUT，所述第二PMOS管MP1的漏极连接输出端。

这样，跨导放大器采用镜像放大器的架构，输出节点VP0、VN0为电流镜低阻抗输入，此时输出噪声与电源噪声的增益接近0dB，这样跨导放大器输出级的共源器件(第五PMOS管MP4、第八PMOS管MP7，将在下文介绍)近似采用了前馈噪声抵消技术，在共源级器件的漏端VP1、VN1得到了很好的电源抑制性能。

而且，输出级第一PMOS管MP0、第二PMOS管MP1采用共源共栅架构，提升输出端阻抗，从而跨导放大器输出端的电源抑制性能得以提升。

举例而言，跨导放大器的输出端VOUT在100MHz频率范围内可以获得约30dB的电源抑制性能。

进一步的，所述第一PMOS管MP0的栅极和所述第二PMOS管MP1的栅极接入偏置电压VCSP，所述第一PMOS管MP0和所述第二PMOS管MP1的衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置。例如，所述第一PMOS管MP0和所述第二PMOS管MP1的衬底连接至一个低通滤波器。

经过这一衬底滤波技术的施加，对于跨导放大器的输出端VOUT在100MHz频率范围内又可以获得约10dB的电源抑制性能提升。

进一步的，所述输出端VOUT还设置有滤波电容C0。所述滤波电容C0的设置也可以使电源抑制性能得到提升。

在一个实施例中，所述电容C0的电容量大于等于1pF。

下面具体参考图2，所述第一放大器CM0包括第三PMOS管MP2、第四PMOS管MP3和第五PMOS管MP4，所述第三PMOS管MP2的漏极连接所述第一NMOS管MN0的漏极，并连接所述第四PMOS管MP3的栅极和所述第五PMOS管MP4的栅极，所述第三PMOS管MP2的源极连接所述第四PMOS管MP3的漏极，所述第四PMOS管MP3的源极和所述第五PMOS管MP4的源极接电源电压，所述第五PMOS管MP4的漏极接第二PMOS管MP1的源极。

所述第二放大器CM1包括第六PMOS管MP5、第七PMOS管MP6和第八PMOS管MP7，所述第六PMOS管MP5的漏极连接所述第二NMOS管MN1的漏极，并连接所述第七PMOS管MP6的栅极和所述第八PMOS管MP7的栅极，所述第六PMOS管MP5的源极连接所述第七PMOS管MP6的漏极，所述第七PMOS管MP6的源极和所述第八PMOS管MP7的源极接电源电压，所述第八PMOS管MP7的漏极接第一PMOS管MP0的源极。

进一步的，所述第三PMOS管MP2的栅极和所述第六PMOS管MP5的栅极接入偏置电压VCSP，所述第三PMOS管MP2和所述第六PMOS管MP5的衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置。

例如，所述第三PMOS管MP2和所述第六PMOS管MP5的衬底连接至所述低通滤波器。

具体的，所述第三PMOS管MP2、所述第六PMOS管MP5、所述第一PMOS管MP0和所述第二PMOS管MP1的衬底连接至相同的一个低通滤波器。

其中，第三PMOS管MP2和第六PMOS管MP5为共源共栅器件，第三PMOS管MP2和第四PMOS管MP3构成共源共栅结构，第六PMOS管MP5和第七PMOS管MP6构成共源共栅结构。

所述第三放大器CM2包括第三NMOS管MN2、第四NMOS管MN3、第五NMOS管MN4和第六NMOS管MN5，所述第三NMOS管MN2的漏极连接所述第一PMOS管MP0的漏极，并连接所述第四NMOS管MN3的栅极和所述第五NMOS管MN4的栅极，所述第三NMOS管MN2的源极连接所述第四NMOS管MN3的漏极，所述第四NMOS管MN3的源极和所述第五NMOS管MN4的源极接地；所述第五NMOS管MN4的漏极连接第六NMOS管MN5的源极，所述第六NMOS管MN5的栅极与所述第三NMOS管MN2的栅极接偏置电压VCSN，所述第六NMOS管MN5的漏极连接所述第二PMOS管MP1的漏极。

其中，第三NMOS管MN2和第六NMOS管MN5为共源共栅器件。

依据实际需求，所述第一放大器CM0、所述第二放大器CM1和所述第三放大器CM2可以具有不同的放大比例，例如输入输出比可以为1：K，其中K≥1。例如图1中示出的所述第二放大器CM1即为1：1的比例。

由上述描述可见，本实用新型的跨导放大器，结构并不复杂，因此，功耗也得到了改进。并且在维持结构和功耗的情况下，实现了电源抑制性能的大幅改善，如跨导放大器的输出端VOUT在100MHz频率范围内可以获得40dB左右的电源抑制性能提升。

经过实际实验表明，本实用新型可以实现对全频率都能够达到40dB以上的正电源抑制比。

综上所述，本实用新型提供的跨导放大器中，跨导放大器采用电流镜像放大器的架构，第一级的输出节点为电流镜低阻抗输入，此时第一级输出噪声(即栅极控制端噪声)与电源噪声的增益接近0dB，这样跨导放大器输出级的共源器件近似采用了前馈噪声抵消技术，在共源级器件的漏端实现了很好的电源抑制性能；输出级采用共源共栅架构，提升输出级阻抗，从而跨导放大器输出端的电源抑制性能得到进一步提升；

进一步的，对P型共源共栅器件衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置，又可使电源抑制性能得以提升；

此外，输出端采用一定的滤波电容，该电容除了起到频率补偿作用，增加稳定性，还可以进一步提升电源抑制性能。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种跨导放大器，其特征在于，包括：

共源级的第一NMOS管、第二NMOS管，共源共栅级的第一PMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管的栅极接正输入端，所述第二NMOS管的栅极接负输入端，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的源极接电流源，所述第一NMOS管的漏极接第一放大器的一端，所述第一放大器的另一端连接第二PMOS管的源极，所述第二NMOS管的漏极接第二放大器的一端，所述第二放大器的另一端连接第一PMOS管的源极，所述第一PMOS管的漏极连接第三放大器的一端，所述第三放大器的另一端连接输出端，所述第二PMOS管的漏极连接输出端。

2.如权利要求1所述的跨导放大器，其特征在于，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置。

3.如权利要求2所述的跨导放大器，其特征在于，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的衬底连接至一个低通滤波器。

4.如权利要求1所述的跨导放大器，其特征在于，所述输出端还设置有滤波电容。

5.如权利要求4所述的跨导放大器，其特征在于，所述电容的电容量大于等于1pF。

6.如权利要求3所述的跨导放大器，其特征在于，所述第一放大器包括第三PMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管，所述第三PMOS管的漏极连接所述第一NMOS管的漏极，并连接所述第四PMOS管的栅极和所述第五PMOS管的栅极，所述第三PMOS管的源极连接所述第四PMOS管的漏极，所述第四PMOS管的源极和所述第五PMOS管的源极接电源电压，所述第五PMOS管的漏极接第二PMOS管的源极。

7.如权利要求6所述的跨导放大器，其特征在于，所述第二放大器包括第六PMOS管、第七PMOS管和第八PMOS管，所述第六PMOS管的漏极连接所述第二NMOS管的漏极，并连接所述第七PMOS管的栅极和所述第八PMOS管的栅极，所述第六PMOS管的源极连接所述第七PMOS管的漏极，所述第七PMOS管的源极和所述第八PMOS管的源极接电源电压，所述第八PMOS管的漏极接第一PMOS管的源极。

8.如权利要求7所述的跨导放大器，其特征在于，所述第三PMOS管和所述第六PMOS管的衬底偏置采用滤波后的静态电压偏置。

9.如权利要求8所述的跨导放大器，其特征在于，所述第三PMOS管和所述第六PMOS管的衬底连接至所述低通滤波器。

10.如权利要求7所述的跨导放大器，其特征在于，所述第三放大器包括第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管，所述第三NMOS管的漏极连接所述第一PMOS管的漏极，并连接所述第四NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的源极连接所述第四NMOS管的漏极，所述第四NMOS管的源极和所述第五NMOS管的源极接地；所述第五NMOS管的漏极连接第六NMOS管的源极，所述第六NMOS管的栅极与所述第三NMOS管的栅极接偏置电压，所述第六NMOS管的漏极连接所述第二PMOS管的漏极。