[發明專利]一種可處理雙極性信號的前置放大器

在審

• 申請號: 202011541644.3
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112737516A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 崔珊珊;魏微;李貞杰;李航旭;張杰;劉鵬;朱科軍;江曉山;王錚
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/68;H03F3/45;H03F1/02;H03F1/56
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種可處理雙極性信號的前置放大器，其特征在于，包括核心放大電路和反饋電路；其中該核心放大電路包括一共源共柵放大器(1)作為輸入級、源跟隨器(3)作為第二級、偏置電路(4)、第一偏置電流源(2)、第二偏置電流源(5)和第三偏置電流源(6)；輸入級并聯接入第一偏置電流源(2)，用于增大輸入級的工作電流；該輸入級與該第二級之間連接一反饋電容，用于調節前置放大器的閉環增益；該偏置電路(4)與該輸入級連接，為共源共柵放大器(1)的共柵管提供偏置電壓；該反饋電路包括用于對該反饋電容的積分電壓進行電荷泄放的等效反饋電阻支路(7)和用于吸收回流前置放大器的輸入漏電流等效反饋電感支路(8)。

技術領域

本發明屬于電子學技術領域，涉及一種可處理雙極性信號的前置放大器。

背景技術

在我們的日常生產生活和科學研究中，經常出現需要接收來自信號源的微弱電壓信號的情況，這時就需要先利用前置放大器進行一級預放大處理，提高電路的信噪比，在保證低噪聲的前提下再送給后級電路進行下一步的信號處理。比如，常見的音響放大器，通過麥克風拾取的聲音信號通常比較弱，需要先放大到一定電平之后才能傳遞給后一級電路；另外在科學研究方面，高能物理實驗的讀出系統以及其他核輻射測量中，探測器輸出的信號往往比較小，需要先經過放大之后再進行測量，所以探測器的輸出信號往往都是通過前置放大器的處理之后，再傳送給下一級電路。因此，前置放大電路是電子學中微弱信號處理中的一個必要組成部分。

隨著集成電路制造工藝不斷的更新迭代，其電路的工作電壓也在不斷降低，例如，在130nm等先進工藝節點下已經降低到1.2V及以下，而過低的電源電壓對電路的動態范圍提出極大挑戰，因此，受限于電源電壓，前置放大電路只會針對某一特定極性信號進行定向的優化設計，比如針對負極性輸入信號調整電路工作點使其適應更大的輸入動態范圍以及進行噪聲性能的優化和漏電流的補償結構設計等，而這也導致前置放大電路難以兼顧兩種極性輸入信號的預放大，因為輸入信號的過幅擺動會導致放大電路的直流工作點發生變化，進而失去飽和放大的特性，這就導致了現有前置放大電路應用范圍的局限性，即只能單一應用于正極性輸入信號或負極性輸入信號的情況，存在較大的應用局限性。另外，如果對于前置放大電路各方面的性能指標需求保持不變，只是輸入信號由正擺幅改為負擺幅，那么很大程度上核心電路結構是相似的甚至保持一致的，只是電路的反饋結構進行相應的調整和優化，那么基于此前提條件，為了適應處理兩種極性的輸入信號而設計兩個核心電路結構相似，反饋結構略微不同的前置放大電路，會造成設計資源和人力成本的極大浪費。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種可處理雙極性信號的前放電路，是一種用于微弱信號讀出的前置放大器電路，其在保證前置放大器電路低噪聲性能的前提下，同時可以實現兼容處理正負兩種極性輸入信號的放大功能，用于微弱信號測量。

本發明的技術方案為：

一種可處理雙極性信號的前置放大器，其特征在于，包括核心放大電路和反饋電路；其中該核心放大電路包括一共源共柵放大器1作為輸入級、源跟隨器3作為第二級、偏置電路4、第一偏置電流源2、第二偏置電流源5和第三偏置電流源6；該輸入級并聯接入該第一偏置電流源2，用于增大輸入級的工作電流，提高電壓增益；該輸入級與該第二級之間連接一反饋電容，用于調節前置放大器的閉環增益；該偏置電路4與該輸入級連接，為共源共柵放大器1的共柵管提供偏置電壓，保證其工作在放大區；第二偏置電流源5和第三偏置電流源6分別與該偏置電路4連接，第三偏置電流源6用于為共源共柵放大器1提供偏置電流，第二偏置電流源5用于為偏置電路4提供偏置電流，偏置電路4用于為共源共柵放大器1提供偏置電壓；

該反饋電路包括等效反饋電阻支路7和等效反饋電感支路8；其中該等效反饋電阻支路7分別與該源跟隨器3、偏置電路4連接，用于對該反饋電容的積分電壓進行電荷泄放，使得前置放大器的輸出回到基線；該等效反饋電感支路8用于吸收回流前置放大器的輸入漏電流，使其不流經等效反饋電阻支路7。