[發(fā)明專利]可變增益放大器的弱信號讀出電路設計方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910053851.1
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101594119A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 徐斌;郭方敏;朱自強;褚君浩
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H03G3/00
• 分類號: H03G3/00
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所
• 代理人: 徐筱梅

1.一種可變增益放大器的弱信號讀出電路設計方法，其特征在于該方法將傳感器讀出電路的弱信號經控制電路、三級可變增益電路、共模反饋電路的放大后輸出可變增益放大的差分信號，電路設計包括以下步驟：

(一)、建立控制電路

根據傳感器的讀出電路，運用偽指數電壓函數建立控制電路，該電路由6個CMOS晶體管M₁～M₆、2個電流源I_O1、I_O2組成，其中M₁、M₂為電流控制管，M₃、M₄為電流鏡管，M₅、M₆為負載管；管M₁、管M₃、管M₄的源極、電流源I_O1的正極接信號端V_DD；管M₁的漏極、電流源I_O1的負極并接后與管M₅的柵極和漏極并接；管M₂的漏極、電流源I_O2的正極、管M₃的柵極和漏極并接后與管M₄的柵極連接；管M₄的漏極與管M₆的漏極和柵極并接；管M₂、M₅、M₆的源極、電流源I_O2的負極接信號端V_ss；控制電壓Vc加載到管M₁和管M₂的柵極，產生電流I_D1、I_D2，電流I_D1和I_O1相加得到I_C1，電流I_D2和I_O2相加后通過電流鏡管M₃、M₄得到I_C2，電流I_C2和I_C1通過負載管M₆、M₅產生兩個電壓C₁和C₂?，

(二)、建立可變增益放大器電路

可變增益放大器電路包括可變增益電路(A)、共模反饋電路(B)，可變增益電路(A)由10個CMOS晶體管M₇～M₁₆組成，其中M₁₀、M₁₂為差分信號輸入管；M₉、M₁₁為共源共柵管，M₁₃、M₁₄為負載管，M₇、M₈、M₁₅、M₁₆為電流源管；由控制電路產生的電壓C₁和C₂分別作用在管M₁₆、M₁₅的柵極，其源極接信號端V_SS；管M₁₀、M₁₂的源極并接后與管M₁₅的漏極連接；管M₁₃、M₁₄的源極并接后與管M₁₆的漏極連接；管M₁₃的柵極、漏極并接后與管M₉的漏極連接；管M₁₄的柵極、漏極并接后與管M₈、M₁₁的漏極連接；管M₇、M₉的漏極并接后作為信號端V_out+輸出；管M₈、M₁₁的漏極并接后作為信號端V_out-輸出；管M₇、M₈的源極并接后與信號端V_DD連接，管M₇、M₈的柵極并接；管M₉的源極接管M₁₀的漏極；管M₁₀的源極、M₁₅的漏極并接后與管M₁₂的源極連接；管M₁₁的源極接管M₁₂的漏極；管M₁₁、M₁₂的柵極分別為?信號端V_BIAS、V_in-輸入；管M₉、M₁₀的柵極分別為信號端V_BIAS、V_in+輸入?，

共模反饋電路(B)由6個CMOS晶體管M₁₇～M₂₂、2個電流源I_O3、I_O4、電容Cp組成，其中M₁₇、M₁₈為電流源管，M₁₉、M₂₀、M₂₁、M₂₂為差分輸入對管，且管M₁₉、M₂₀和M₂₁尺寸相同；管M₁₉、M₂₀的源極并接后與電流源I_O3的正極連接；管M₂₁、管M₂₂的源極并接后與電流源I_O4的正極連接；管M₂₀、M₂₁、M₁₇的漏極、接地電容Cp并接后與可變增益電路(A)中的管M₇、M₈的柵極連接；管M₁₇、M₁₈的柵極并接后與管M₁₈、M₁₉、M₂₂漏極連接；電流源I_O3、I_O4的負極接信號端V_ss；管M₁₇、M₁₈的源極接信號端V_DD；管M₁₉、M₂₂的柵極分別與可變增益電路(A)中的V_out+和V_out-連接；管M₂₀、M₂₁的柵極并接后與參考電壓V_ref連接，其中：V_BIAS為管M₉和管M₁₁跨導的偏置電壓，改變V_BIAS可以改變共源共柵管M₉和M₁₁的跨導，從而改變放大器的增益，Vout+和Vout-為每一級放大器的差分輸出端口?，

(三)、建立可變增益放大器的微弱信號讀出電路

可變增益放大器的讀出電路由上述建立的控制電路和可變增益放大器電路組成，控制電路的兩輸出電流I_C1、I_C2分別接入依次串接的三級可變增益放大器電路VGA₁、VGA₂、VGA₃；控制電壓Vc加載到控制電路的輸入端，經控制電路的處理輸出電流I_C1、I_C2，電流I_C1、I_C2分別加載到三個可變增益放大器電路的輸入端，電流I_C1和I_C2分別通過鏡像電路復制到各個可變增益放大器電路中產生控制電壓C₁和C₂，差分信號由Vin+和Vin-輸入到可變增益放大器電路，第一級可變增益放大器電路VGA₁的差分輸出信號Vout+和Vout-分別與第二級可變增益放大器電路VGA₂的Vin+和Vin-連接，同理，第三級可變增益放大器電路VGA₃也采用這種形式的連接，同時產生兩個差分輸出信號Vout+和Vout-，差分信號由第一級可變增益放大器電路VGA₁的輸入端V_in+和V_in-接入，經三級可變增益放大器電路VGA₁、VGA₂、VGA₃的處理后，由第三級可變增益放大器電路VGA₃的輸出端V_out+、V_out-將增益放大的差分信號輸出。?