[發明專利]半導體運算放大裝置和半導體感測裝置

有效

• 申請號: 202011142199.3
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN111969964B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 陳建章
• 申請（專利權）人: 杭州晶華微電子有限公司
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/45
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本文描述了半導體運算放大裝置和半導體感測裝置。該半導體運算放大裝置包括：主運算放大電路，包括被配置為接收差分輸入信號的第一雙極結型晶體管和第二雙極結型晶體管；以及輸入電流補償電路，包括第三雙極結型晶體管、鉗位運算放大器和電流鏡。鉗位運算放大器被配置為使第三雙極結型晶體管與第一雙極結型晶體管和第二雙極結型晶體管在相同的偏置下工作。電流鏡被耦合在第一節點與第一雙極結型晶體管、第二雙極結型晶體管和第三雙極結型晶體管的基極之間，并且電流鏡被配置為分別向第一雙極結型晶體管、第二雙極結型晶體管和第三雙極結型晶體管的基極提供彼此成比例的偏置電流。該半導體運算放大裝置以高精度實現微弱輸入信號的低噪聲放大。

技術領域

本公開的實施例一般地涉及半導體器件，并且更具體地涉及在BiCMOS工藝下的低輸入電流的低噪聲運算放大裝置以及感測裝置。

背景技術

高精度傳感器通常需要處理微弱電流信號。高精度傳感器例如包括光學觀測傳感器，其需要采用電流電壓轉換器，以將光電二極管的微弱電流信號放大成后續可處理的電壓信號。電流電壓轉換器一般由低噪聲運算放大器和電阻器構成，低噪聲運算放大器具有低的輸入漏電流或輸入偏置電流。

在CMOS工藝中，低噪聲運算放大器通常采用斬波技術（Chopper）或自穩零技術（AZ）來實現。然而，這兩種技術會產生輸出紋波，并且在運算放大器的輸入端子處帶來輸入漏電流。輸入漏電流針對微弱電流信號的處理帶來性能惡化作用。在BiCMOS工藝中，低噪聲運算放大器包括低噪聲雙極結型晶體管（BJT）。然而，由于雙極結型晶體管的電流放大倍數β有限，導致在運算放大器的輸入端子處存在輸入漏電流或偏置電流。

在CN206671935U中公開的常規方案中，對雙極結型晶體管架構的運算放大器的輸入漏電流進行電流復制鏡像補償。在該方案中，鏡像補償電流的匹配度隨著運算放大器的輸入共模以及電源電壓的變化而容易變化，導致輸入殘留漏電流變化。另外，該方案采用CMOS電流鏡來補償運算放大器的輸入漏電流，這會惡化運算放大器的噪聲指標。

期望提供改進的雙極結型晶體管架構的運算放大器，其具有提高的輸入漏電流補償精度。

發明內容

本公開的實施例提供了半導體運算放大裝置和半導體感測裝置，其具有提高的輸入漏電流補償精度，并且能夠以高精度實現微弱輸入信號的低噪聲放大。

在第一方面，提供了一種半導體運算放大裝置，包括：主運算放大電路，包括被配置為接收差分輸入信號的第一雙極結型晶體管和第二雙極結型晶體管，并且所述主運算放大電路被配置為對所述差分輸入信號進行放大以生成放大信號；以及輸入電流補償電路，包括：第三雙極結型晶體管；鉗位運算放大器，具有耦合到所述第一雙極結型晶體管和所述第二雙極結型晶體管的發射極的非反向輸入端子、耦合到所述第三雙極結型晶體管的發射極的反向輸入端子、以及耦合到第一節點的輸出端子，并且所述鉗位運算放大器被配置為使所述第三雙極結型晶體管與所述第一雙極結型晶體管和所述第二雙極結型晶體管在相同的偏置下工作；電流鏡，被耦合在所述第一節點與所述第一雙極結型晶體管、所述第二雙極結型晶體管和所述第三雙極結型晶體管的基極之間，并且所述電流鏡被配置為分別向所述第一雙極結型晶體管、所述第二雙極結型晶體管和所述第三雙極結型晶體管的基極提供彼此成比例的偏置電流。

在一些實施例中，所述電流鏡包括：第四雙極結型晶體管，包括耦合到所述第一節點的發射極、耦合到第二節點的基極、以及耦合到所述第三雙極結型晶體管的基極的集電極；第五雙極結型晶體管，包括耦合到所述第一節點的發射極、耦合到所述第二節點的基極、以及耦合到所述第一雙極結型晶體管的基極的集電極；以及第六雙極結型晶體管，包括耦合到所述第一節點的發射極、耦合到所述第二節點的基極、以及耦合到所述第二雙極結型晶體管的基極的集電極。

在一些實施例中，所述電流鏡還包括緩沖器，所述緩沖器包括耦合到所述第四雙極結型晶體管的集電極的輸入端子、以及耦合到所述第二節點的輸出端子，并且所述緩沖器被配置為驅動所述第四雙極結型晶體管、所述第五雙極結型晶體管和所述第六雙極結型晶體管的基極。