CN215010182U - 增益调整电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种增益调整电路，将第一放大电路连接在第一放大管的漏极和第一负载管的栅极之间，形成高增益负反馈环路，以将第一放大管的漏极的电压放大后输出至第一负载管的栅极，高增益负反馈环路可以稳定增益调整电路的增益，并很大程度降低增益误差，确保增益调整电路的单位增益。

Description

增益调整电路

技术领域

本实用新型涉及微麦克风技术领域，尤其涉及一种增益调整电路。

背景技术

MEMS电容式传感器通常输出的信号为高阻态的电压信号，需要利用缓冲电路和增益放大电路对电压信号进行阻抗转换(高阻态转换为低阻态)和增益放大，从而增强驱动能力。然而，现有的缓冲电路的单位增益不够稳定、误差大，且缓冲电路和增益放大电路是两个独立的电路模块，无法合并在一起。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增益调整电路，以解决现有的缓冲电路的单位增益不够稳定等问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种增益调整电路，包括：

第一放大回路，包括依次串联在电源电压和地之间的第一负载管、第一放大管和第一调整电阻，所述第一放大管的栅极用于接入第一电压信号；以及，

第一放大电路，连接在所述第一放大管的漏极和所述第一负载管的栅极之间，用于将所述第一放大管的漏极的电压放大后输出至所述第一负载管的栅极，所述第一负载管的漏极与所述第一放大管的源极之间的节点输出第二电压信号。

可选的，所述第一放大电路为单输入、单输出的第一放大电路，且所述第一放大电路的输入端连接所述第一放大管的漏极，输出端连接所述第一负载管的栅极。

可选的，所述第一放大电路为双输入、单输出的第一放大电路，所述第一放大电路的一个输入端连接所述第一放大管的漏极，另一个输入端用于接入参考电压，输出端连接所述第一负载管的栅极。

可选的，所述第一放大电路为单输入、双输出的第一放大电路，所述第一放大电路的输入端连接所述第一放大管的漏极，一个输出端连接所述第一负载管的栅极，另一个输出端连接所述第一负载管的漏极与所述第一放大管的源极之间的节点。

可选的，所述第一放大电路包括运算放大器。

可选的，还包括第二调整电阻及第三调整电阻，所述第二调整电阻的第一端连接所述第一负载管的漏极，所述第二调整电阻的第二端连接所述第一放大管的源极，所述第三调整电阻的第一端连接所述第一放大管的源极，所述第三调整电阻的第二端用于接入所述第二电压信号的共模电压信号；以及，

所述第二调整电阻的第一端与所述第一负载管的漏极之间的节点输出所述第二电压信号。

可选的，所述第二调整电阻及所述第三调整电阻中至少一个为可调电阻，通过调整所述可调电阻的阻值调整所述增益调整电路的增益系数。

可选的，所述第二电压信号的幅值Vo满足如下关系：

其中，Vi为所述第一电压信号的幅值，Ra为所述第二调整电阻的阻值，Rs为所述第三调整电阻的阻值。

可选的，还包括：

第二放大回路，包括依次串联在所述电源电压和地之间的第二负载管、第二放大管和第四调整电阻，所述第二放大管的栅极用于接入所述第一电压信号的共模电压信号；以及，

第二放大电路，连接在所述第二放大管的漏极和所述第二负载管的栅极之间，用于将所述第二放大管的漏极的电压放大后输出至所述第二负载管的栅极，所述第二负载管的漏极与所述第二放大管的源极之间的节点输出所述第二电压信号的共模电压信号。

可选的，所述第一放大电路与所述第二放大电路为相同的电路。

在本实用新型提供的增益调整电路中，将第一放大电路连接在第一放大管的漏极和第一负载管的栅极之间，以将第一放大管的漏极的电压放大后输出至第一负载管的栅极，形成高增益负反馈环路，高增益负反馈环路可以稳定增益调整电路的增益，并很大程度降低增益误差，确保增益调整电路的单位增益；进一步地，还可以通过调整高增益负反馈环路的反馈系数来调整增益调整电路的增益系数，相当于实现了缓冲电路和增益放大电路的合并。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的增益调整电路的电路图；

图2为本实用新型实施例二提供的增益调整电路的电路图；

图3为本实用新型实施例三提供的增益调整电路的电路图；

图4为本实用新型实施例四提供的增益调整电路的电路图；

其中，附图标记为：

M1-第一负载管；M2-第一放大管；M3-第二负载管；M4-第二放大管；Vin-第一电压信号；Vout-第二电压信号；Vocom-第一共模信号；Vincom-第二共模电压信号；Vres1-第一参考电压；Vres2第二参考电压；A1-第一运算放大器；A2-第二运算放大器；R1-第一调整电阻；R2-第二调整电阻；R3-第三调整电阻；R4-第四调整电阻；M5第一MOS管；M6-第二MOS管；M7-第三MOS管；M8-第四MOS管；M9-第五MOS管；M10-第六MOS管；M11-第七MOS管；M12-第八MOS管；Rm-密勒补偿电阻；Cm-密勒补偿电容；K1、K2、K3、K4-节点；Vdd-电源电压；Vss-地。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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。

实施例一

图1为本实施例提供的增益调整电路的电路图。如图1所示，所述增益调整电路包括第一放大回路和第一放大电路。其中，所述第一放大回路包括依次串联在电源电压Vdd和地Vss(Vss表征整个电路的最低电压)之间的第一负载管M1、第一放大管M2和第一调整电阻R1，所述第一放大管M2的栅极用于接入第一电压信号Vin；所述第一放大电路连接在所述第一放大管M2的漏极和所述第一负载管M1的栅极之间，用于将所述第一放大管M2的漏极的电压放大后输出至所述第一负载管M1的栅极，所述第一负载管M1的漏极与所述第一放大管M2的源极之间的节点K1输出第二电压信号Vout。

请继续参阅图1，本实施例中，所述第一放大电路包括第一运算放大器A1，且所述第一运算放大器A1为双输入、单输出的运算放大器，也即所述第一运算放大器A1具有正相输入端、负相输入端和输出端。所述第一负载管M1的源极接入所述电源电压Vdd，所述第一负载管M1的漏极连接所述第一放大管M2的源极，所述第一放大管M2的漏极连接第一调整电阻R1后接地Vss，所述第一放大管M2的栅极接入所述第一电压信号Vin。进一步地，所述第一运算放大器A1的正相输入端连接所述第一放大管M2的漏极，负相输入端接入第一参考电压Vres1，所述第一运算放大器A1的输出端连接所述第一负载管M1的栅极。

本实施例中，所述第一电压信号Vin通常为高阻态的电压信号，通常没有驱动能力，所述增益调整电路用于对所述第一电压信号Vin进行阻抗转换(高阻态转换为低阻态)和增益放大，从而输出低阻态的所述第二电压信号Vout，所述第二电压信号Vout即可具有驱动能力。并且，将第一放大电路连接在所述第一放大管M2的漏极和第一负载管M1的栅极之间，相当于在所述第一放大管M2的漏极和第一负载管M1的栅极之间形成了高增益负反馈环路。所述第一放大管M2的漏极上的电流可由所述第一调整电阻R1的阻值控制，所述高增益负反馈环路将所述第一放大管M2的漏极上的电流经所述第一运算放大器A1放大后反馈回所述第一负载管M1的栅极进行增益调节，从而增强所述增益调整电路的电压跟随效果，稳定所述增益调整电路的增益，很大程度降低了所述增益调整电路的转换误差，确保所述增益调整电路的单位增益。

本实施例中，所述第一参考电压Vres1可以有多种途径产生，例如可以是其他未示出的晶体管的栅极和源极之间的电压、二极管结压降、稳压二极管的压降或者带隙电压、电阻上的压降等，此处不再一一举例说明。

应理解，本实用新型中的第一放大电路不限于是运算放大器，还可以具有放大功能的其他器件或器件的组合。例如，所述第一放大电路也可以是一MOS管，其栅极连接在所述第一放大管M2的漏极与所述第一调整电阻R1之间，漏极连接所述第一负载管M1的栅极，源极可接地或者接其他的电压。

进一步地，所述第一运算放大器A1不限于是双输入、单输出的运算放大器，也可以是单输入、单输出的运算放大器，当所述第一运算放大器A1为单输入、单输出的运算放大器时，所述第一运算放大器A1的输入端可以连接所述第一放大管M2的漏极，所述第一运算放大器A1的输出端可以连接所述第一负载管M1的栅极。

实施例二

图2为本实施例提供的增益调整电路的电路图。如图2所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述增益调整电路还包括第二调整电阻R2及第三调整电阻R3，所述第二调整电阻R2的第一端连接所述第一负载管M1的漏极，所述第二调整电阻R2的第二端连接所述第一放大管M2的源极，所述第三调整电阻R3的第一端连接所述第一放大管M2的源极，所述第三调整电阻R3的第二端用于接入所述第二电压信号Vout的共模电压信号(下称第一共模信号Vocom)。此时，所述第二调整电阻R2的第一端与所述第一负载管M1的漏极之间的节点K2输出所述第二电压信号Vout。

本实施例中，所述第二调整电阻R2及所述第三调整电阻R3均为可调电阻，通过调整所述第二调整电阻R2和/或所述第三调整电阻R3的阻值可以调整增益调整电路的负反馈系数，进而调整所述增益调整电路的增益系数，相当于实现了缓冲电路和增益放大电路的合并。

作为可选实施例，所述第二调整电阻R2及所述第三调整电阻R3中也可以一个为可调电阻，另一个为固定电阻，通过调节所述可调电阻的阻值也可以调整所述增益调整电路的增益系数。

基于此，本实施例中，由于所述第二调整电阻R2及所述第三调整电阻R3均为可调电阻，通过调整所述第二调整电阻R2和/或所述第三调整电阻R3的阻值可以调节所述第二电压信号Vout的幅值Vo。具体的，所述第二电压信号Vout幅值Vo满足如下关系：

其中，Vi为所述第一电压信号Vin的幅值，Rs为所述第三调整电阻R3的阻值，Ra为所述第二调整电阻R2的阻值。

实施例三

图3为本实施例提供的增益调整电路的电路图。如图3所示，与实施例二的区别在于，本实施例中，所述增益调整电路还包括第二放大回路及第二放大电路，所述第二放大回路及所述第二放大电路用于提供所述第一共模信号Vocom。

请继续参阅图3，所述第二放大回路包括依次串联在所述电源电压Vdd和地Vss之间的第二负载管M3、第二放大管M4和第四调整电阻R4，所述第二放大管M4的栅极用于接入所述第一电压信号Vin的共模电压信号(下称第二共模电压信号Vincom)。所述第二放大电路连接在所述第二放大管M4的漏极和所述第二负载管M3的栅极之间，用于将所述第二放大管M4的漏极的电压放大后输出至所述第二负载管M3的栅极，所述第二负载管M3的漏极与所述第二放大管M4的源极之间的节点K3输出所述第一共模信号Vocom。

请继续参阅图3，本实施例中，所述第二放大电路包括第二运算放大器A2，且所述第二运算放大器A2为双输入、单输出的运算放大器，也即所述第二运算放大器A2也具有正相输入端、负相输入端和输出端。所述第二负载管M3的源极接入所述电源电压Vdd，所述第二负载管M3的漏极连接所述第二放大管M4的源极，所述第二放大管M4的漏极连接第四调整电阻R4后接地Vss，所述第二放大管M4的栅极接入所述第二共模电压信号Vincom；所述第二运算放大器A2的正相输入端连接所述第二放大管M4的漏极，负相输入端接入第二参考电压Vres2，所述第二运算放大器A2的输出端连接所述第二负载管M3的栅极；所述第二负载管M3的漏极与所述第二放大管M4的源极之间的节点K3输出所述第一共模信号Vocom。

与所述第一放大回路及所述第一放大电路类似，本实施例中的所述第二放大回路与所述第二放大电路也会将高阻态的第二共模电压信号Vincom进行阻抗转换(高阻态转换为低阻态)和增益放大，从而输出低阻态的所述第一共模信号Vocom。并且，所述第二放大电路连接在所述第二放大管M4的漏极和第二负载管M3的栅极之间，相当于在所述第二放大管M4的漏极和第二负载管M3的栅极之间形成了高增益负反馈环路。可见，本实施例中的所述第二放大回路与所述第二放大电路与所述第一放大回路及所述第一放大电路是镜像的电路，由于所述第二共模电压信号Vincom是所述第一电压信号Vin的共模电压信号，所述第一共模信号Vocom也应该是所述第二电压信号Vout的共模电压信号。

应理解，所述第一放大电路与所述第二放大电路可以为相同的电路，也可以为不同的电路，也即，所述第二放大电路也不限于是运算放大器，还可以具有放大功能的其他器件或器件的组合。

本实施例中，所述第一参考电压Vres1与所述第二参考电压Vres2为相同的电压，但不应以此为限。

进一步地，所述第二运算放大器A2不限于是双输入、单输出的运算放大器，也可以是单输入、单输出的运算放大器，当所述第二运算放大器A2为单输入、单输出的运算放大器时，所述第二运算放大器A2的输入端可以连接所述第二放大管M4的漏极，所述第二运算放大器A2的输出端可以连接所述第二负载管M3的栅极。

实施例四

图4为本实施例提供的增益调整电路的电路图。如图4所示，与实施例二的区别在于，本实施例中，所述第一放大电路为单输入、双输出的放大电路。

请继续参阅图4，本实施例中，所述第一放大电路包括第一MOS管M5、第二MOS管M6、第三MOS管M7、第四MOS管M8、第五MOS管M9、第六MOS管M10、第七MOS管M11、第八MOS管M12、密勒补偿电阻Rm及密勒补偿电容Cm；以及，

其中，所述第一MOS管M5、第二MOS管M6、第三MOS管M7、第四MOS管M8及第五MOS管M9的源极均连接地Vss，所述第六MOS管M10、第七MOS管M11及第八MOS管M12的源极连接所述电源电压Vdd；所述第一MOS管M5作为所述第一放大电路的放大管，其栅极与所述密勒补偿电阻Rm的第一端连接后作为所述第一放大电路的输入端，与所述第一放大管M2的漏极连接，所述密勒补偿电阻Rm的第二端连接所述密勒补偿电容Cm的第一端，所述密勒补偿电容Cm的第二端与所述第一MOS管M5的漏极连接后作为所述第一放大电路的一个输出端，与所述第二调整电阻R2的第一端与所述第一放大管M2的源极之间的节点K2连接；所述密勒补偿电阻Rm的第一端与所述第二MOS管M6的栅极连接后连接至所述第三MOS管M7的栅极；所述第六MOS管M10的栅极接入偏置电压VBIAS，所述第六MOS管M10的漏极连接所述第五MOS管M9的漏极，所述第五MOS管M9的漏极与其栅极连接后再与所述第三MOS管M7的漏极连接后连接至所述第四MOS管M8的栅极，从而为所述第四MOS管M8的栅极提供偏压；所述第二MOS管M6的漏极连接所述第八MOS管M12的漏极和栅极后再连接所述第七MOS管M11的栅极，所述第七MOS管M11的漏极连接所述第四MOS管M8的漏极，所述第七MOS管M11的漏极与所述第四MOS管M8的漏极之间的节点K4作为所述第一放大电路的另一输出端，连接所述第一负载管M1的栅极。

本实施例中，所述密勒补偿电阻Rm及所述密勒补偿电容Cm用以调整所述第一放大电路的零极点，保证所述第一放大电路具有合适的相位裕度，另外根据实际线路情况其他线路节点(比如所述第七MOS管M11的栅极和所述第一负载管M2的栅极)根据需要也可以接入含有电容的电路(RC电路或者单独的一个电容)，从而调整所述第一放大电路的零极点。

相较于其他实施例来说，本实施例中的第一放大电路引入的噪声较小，可以增加增益，调整电路的信噪比。

综上，在本实用新型实施例提供的增益调整电路中，将第一放大电路连接在第一放大管的漏极和第一负载管的栅极之间，以将第一放大管的漏极的电压放大后输出至第一负载管的栅极，形成高增益负反馈环路，高增益负反馈环路可以稳定增益调整电路的增益，并很大程度降低增益误差，确保增益调整电路的单位增益。进一步地，还可以通过调整高增益负反馈环路的反馈系数来调整增益调整电路的增益系数，相当于实现了缓冲电路和增益放大电路的合并。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增益调整电路，其特征在于，包括：

第一放大回路，包括依次串联在电源电压和地之间的第一负载管、第一放大管和第一调整电阻，所述第一放大管的栅极用于接入第一电压信号；以及，

第一放大电路，连接在所述第一放大管的漏极和所述第一负载管的栅极之间，用于将所述第一放大管的漏极的电压放大后输出至所述第一负载管的栅极，所述第一负载管的漏极与所述第一放大管的源极之间的节点输出第二电压信号。

2.如权利要求1所述的增益调整电路，其特征在于，所述第一放大电路为单输入、单输出的第一放大电路，且所述第一放大电路的输入端连接所述第一放大管的漏极，输出端连接所述第一负载管的栅极。

3.如权利要求1所述的增益调整电路，其特征在于，所述第一放大电路为双输入、单输出的第一放大电路，所述第一放大电路的一个输入端连接所述第一放大管的漏极，另一个输入端用于接入参考电压，输出端连接所述第一负载管的栅极。

4.如权利要求1所述的增益调整电路，其特征在于，所述第一放大电路为单输入、双输出的第一放大电路，所述第一放大电路的输入端连接所述第一放大管的漏极，一个输出端连接所述第一负载管的栅极，另一个输出端连接所述第一负载管的漏极与所述第一放大管的源极之间的节点。

5.如权利要求2或3所述的增益调整电路，其特征在于，所述第一放大电路包括运算放大器。

6.如权利要求1～4中任一项所述的增益调整电路，其特征在于，还包括第二调整电阻及第三调整电阻，所述第二调整电阻的第一端连接所述第一负载管的漏极，所述第二调整电阻的第二端连接所述第一放大管的源极，所述第三调整电阻的第一端连接所述第一放大管的源极，所述第三调整电阻的第二端用于接入所述第二电压信号的共模电压信号；以及，

所述第二调整电阻的第一端与所述第一负载管的漏极之间的节点输出所述第二电压信号。

7.如权利要求6所述的增益调整电路，其特征在于，所述第二调整电阻及所述第三调整电阻中至少一个为可调电阻，通过调整所述可调电阻的阻值调整所述增益调整电路的增益系数。

8.如权利要求7所述的增益调整电路，其特征在于，所述第二电压信号的幅值Vo满足如下关系：

其中，Vi为所述第一电压信号的幅值，Ra为所述第二调整电阻的阻值，Rs为所述第三调整电阻的阻值。

9.如权利要求6所述的增益调整电路，其特征在于，还包括：

第二放大回路，包括依次串联在所述电源电压和地之间的第二负载管、第二放大管和第四调整电阻，所述第二放大管的栅极用于接入所述第一电压信号的共模电压信号；以及，

第二放大电路，连接在所述第二放大管的漏极和所述第二负载管的栅极之间，用于将所述第二放大管的漏极的电压放大后输出至所述第二负载管的栅极，所述第二负载管的漏极与所述第二放大管的源极之间的节点输出所述第二电压信号的共模电压信号。

10.如权利要求9所述的增益调整电路，其特征在于，所述第一放大电路与所述第二放大电路为相同的电路。

Images