[實用新型]低電壓高線性度的放大器

有效

• 申請號: 201720101049.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN206698188U
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 陸建華;馬杰;張僑
• 申請（專利權）人: 江蘇安其威微電子科技有限公司
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32;H03F3/45
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司31300
• 代理人: 肖華

技術領域

本實用新型屬于集成電路技術領域，具體涉及一種低電壓高線性度的放大器電路。

背景技術

在寬帶應用領域，放大器具有阻性負載的同時我們希望工作電源電壓要小于二到三倍的單管閾值電壓。設計能提供大輸出擺幅、高增益、高線性度的放大器具有非常大的挑戰。

目前現有技術中，多采用單管電阻負載共源放大器、基于反向器的放大器以及差分形式基于反向器的放大器等放大器。

然而，對驅動寬帶ADC的前端放大器來說，它的電壓輸出擺幅必須要比ADC的滿量程要大，并且它的線性度要可比擬或高于ADC的線性度來保證整體系統的線性度。它的輸出一般都選擇偏置在電源和地之間的正中心。

對長溝道工藝來說，擊穿電壓和電源電壓都足夠大，電壓裕度的限制在這里并不是緊要問題。器件線性度主要由偏置條件和輸入端器件的特性來決定。但是對具有低擊穿電壓和電源電壓的超短溝道工藝來說，前面的結論已不再正確。對45nm CMOS工藝中的典型晶體管的線性度研究發現，線性度主要由輸出端口的條件決定，尤其是電壓裕度。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有的技術不足，提供一種低電壓高線性度的放大器電路。

本實用新型的上述目的是通過如下技術方案實現的：一種低電壓高線性度的放大器，包括輸入端以及輸出端，其中放大器包括CMOS反相器，CMOS反相器由第一P型MOS 和第二N型MOS組成；并且輸入端分別與第一P型MOS的第一G極和第二N型MOS 的第二G極連接。輸入端與第一G極之間具有電容，并且輸入端與第二G極之間具有電容；其中第一P型MOS由第一偏置電路提供第一偏置電流。第二N型MOS由第二偏置電路提供第二偏置電流。

即，本實用新型的放大器在輸入端采用互補CMOS晶體管。第一P型MOS和第二N 型MOS均為跨導管并且分別采用采用獨立偏置技術，輸入端信號采用電容耦合方式加載到互補跨導管上。

進一步，第一偏置電路和第二偏置電路均采用電流鏡形式。

進一步，輸入端經由電容電阻串聯電路與輸出端連接，因此輸入輸出端阻抗可通過該電容電阻串聯電路來調節；

放大器的輸出端具有共模反饋電路，共模反饋電路以輸出端的輸出電壓和參考電壓為輸入信號，共模反饋電路的共模反饋輸出通過為第一P型MOS以及第二N型MOS提供電流補償來調節該放大器的直流輸出。

具體地，上述電流補償可以是調整與放大器輸出端連接的電流源，用于為第一P型 MOS以及第二N型MOS提供上拉電流或下拉電流微調。共模反饋也可以直接輸出至第一 P型MOS和/或第二N型MOS以調節第一P型MOS和/或第二N型MOS直流工作狀態。

在電源電壓小于二到三倍的單管閾值電壓的情況下，該放大器還能提供大輸出擺幅、高增益、高線性度。在較大的電源電壓變化下，該放大器的增益、工作電流、跨導、輸出阻抗都非常穩定。

附圖說明

圖1示出本實用新型所提出的低電壓高線性度的放大器理論方案；

圖2示出本實用新型的放大器中的共模反饋電路輸出反饋到P型MOS管的實施方法；

圖3示出本實用新型的放大器中的共模反饋電路輸出反饋到N型MOS管的實施方法；

圖4(A)和圖4(B)示出現有技術的單管電阻負載共源放大器；

圖5(A)和圖5(B)示出現有技術的常規基于反向器的放大器；

圖6示出根據本實用新型的以差分形式組成的低電壓高線性度的放大器；

圖7示出現有技術的差分形式的基于反向器的放大器；

圖8示出本實用新型的放大器組成的差分放大器與常規差分放大器的增益比較；

圖9示出本實用新型的放大器組成的差分放大器與常規差分放大器的跨導和輸出阻抗隨電源電壓變化的比較；

圖10示出本實用新型的放大器組成的差分放大器與常規差分放大器的1dB壓縮點變化的比較。

具體實施方式

本實用新型提出的低電壓高線性度的放大器結構如圖1所示，其具有輸入端IN以及輸出端OUT，該放大器電路的核心部分是基于由兩個MOS管MP、MN組成的CMOS反相器，兩個MOS管MP、MN都充當了跨導管。輸入信號通過交流方式耦合到兩個MOS 管MP、MN上，為此，輸入端IN分別經由電容C1、C2與兩個MOS管MP、MN的G極連接。