[發明專利]一種基于CMOS精確電壓放大器的對數放大器

無效

• 申請號: 201010108225.0
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101771387A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 李曉波;孫禮中
• 申請（專利權）人: 蘇州科山微電子科技有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 趙楓

技術領域：

本發明涉及一種基于CMOS精確電壓放大器的對數放大器。?

背景技術：

圖1是對數放大器的基本結構。其中A是電壓放大器(在圖1中，有N個電壓放大器串聯，在本例中N＝4)，Gm是電流發生器(電壓電流轉換)，∑I則用于將輸出電流相加。?

假設放大器飽和時，放大器的輸入信號為E，則此時放大器輸出將不再隨輸入信號增大而增大，恒為AE，如圖2。在這種情況下，由圖3可知，當輸入信號從E/A³變化到AE的時候，所有放大器輸出信號的和由大約AE變化到了大約5AE。即輸入信號成倍增加時，輸出信號線性增大。這是對數放大器的基本原理。在實際電路應用中，因為電壓難以進行加法運算，所以需要電流發生器將電壓轉換為電流，然后再把電流相加得到最終的輸出信號。?

對數放大器的性能主要由它的動態量程范圍和增益決定。由圖3可知這兩項屬性都由A、E決定。由圖3中的電路為例，輸入動態量程范圍：E/A³到AE，增益：A⁴。精確的控制A和E就成為當下對數放大器設計中的一個重要課題。?

如圖4所示，傳統的電壓放大器通常有兩種結構來得到恒定的增益。圖4a的電路增益為R2/R1，但是必須滿足GmR1＞＞1。也就是說Gm或者R1要足夠大，這樣的放大器無法由低功耗或小面積的電路來實現。圖4b的電路可實現恒定增益為(W1L2/W2L1)^1/2，并對功耗和面積沒有要求，但其線性度無法控制。?

發明內容：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于CMOS精確電壓放大器的對數放大器。?

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于CMOS精確電壓放大器的對數放大器，其特征是：所述CMOS精確電壓放大器由CMOS跨導電路，偏置電路和負載電路聯接而成，所述CMOS跨導電路包括輸入差分對M1和M2，電流源M3、M4和M7、M8，以及與M1、M2構成負反饋回路的M5、M6；所述偏置電路由M0，M11和M12組成；所述負載電路由M13至M18，以及M9、M10和分別連接在M9和M10柵極與漏極之間的兩個R2組成；其中M0～M18為場效應晶體管，R1和R2都是電阻；?

所述偏置電路為：M0的源極接電源，其柵極與其漏極相連，并連接M3、M4、和M11的柵極；M12的源極接地，其柵極與其漏極相連，并連接M7和M8的柵極；M11源極接電源，漏極連接M12的柵極；?

所述偏置電路M0的漏極接收輸入偏置電流ib，并通過與M3、M4、M7、M8的共柵連接向所述CMOS跨導電路提供偏置電流；?

所述CMOS跨導電路：R1的一端與M1的源極、M3的漏極和M5的漏極相連；R1另一端與M2的源極以及M4和M6的漏極相連；M1柵極接差分輸入信號的正極vinp，M1漏極與M5柵極、M7漏極和M14柵極相連；M2柵極接差分輸入信號負極vinn，M2漏極與M6柵極、M8漏極和M16柵極相連；M5～M8的源極接地；M3和M4的漏極接電源；?

所述負載電路：M14柵極連接M5柵極，M16柵極連接M6柵極；M13柵極與其漏極相連，并連接M14漏極和M17柵極；M15柵極與其漏極相連，并連接M16漏極和M18柵極；M17漏極連接輸出端負極outn以及M9漏極和一個R2的一端，此R2的另一端連M9的柵極；M18漏極連接輸出端正極outp以及M10漏極和另一個R2的一端，此R2的另一端連M10的柵極；M9柵極與M10柵極相連；M14、M16、M9和M10的源極接地；M13、M15、M17、M18源極接電源；?

所述負載電路通過M14與M5、M16與M6的共柵連接，接收所述CMOS?跨導電路產生的信號電流，再通過M13與M17，M15與M18的共柵連接將信號電流傳送到兩個R2上產生差分信號輸出電壓；M9與M10為本級輸出端也就是下一級輸入端提供偏置電壓。?

本實用新型可實現對于對數放大器的增益和動態量程的精確控制，從而使得對數放大器的性能不再受工藝、溫度、電壓變化的影響。?

附圖說明：

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。?

圖1是對數放大器的基本結構。?

圖2是電壓放大器的輸入輸出特性。?

圖3是對數放大器的基本原理。?

圖4是基于現有技術的電壓放大器示意圖。?

圖5是本實用新型的電壓放大器示意圖。?