[發(fā)明專利]高壓放大器及其高壓產(chǎn)生電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110027861.9
• 申請(qǐng)日: 2021-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN112886957A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳華;劉珂;孟真;閻躍鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H03K17/687
• 分類號(hào): H03K17/687
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王文思

本發(fā)明提供一種高壓放大器，包括：電流鏡差分電路，包括高壓電源(VDDH)、輸入對(duì)管和電流鏡管，所述輸入對(duì)管由第一場(chǎng)效應(yīng)管(M1)和第二場(chǎng)效應(yīng)管(M2)構(gòu)成，所述電流鏡管由第三場(chǎng)效應(yīng)管(M3)和第四場(chǎng)效應(yīng)管(M4)構(gòu)成；尾部偏置電路，包括低壓電源(VDDL)、恒定電流源(11)、第五場(chǎng)效應(yīng)管(M5)和第六場(chǎng)效應(yīng)管(M6)，用于為所述電流鏡差分電路提供偏置電流源；閉環(huán)反饋電路，結(jié)合所述電流鏡差分電路和尾部偏置電路聯(lián)合產(chǎn)生反饋信號(hào)，并將所述反饋信號(hào)輸入所述第二場(chǎng)效應(yīng)管(M2)的柵極。本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于該高壓放大器的高壓產(chǎn)生電路。本發(fā)明的高壓放大器可以實(shí)現(xiàn)接近滿擺幅，同時(shí)保持較低的失真度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓放大器及其高壓產(chǎn)生電路。

背景技術(shù)

相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微型機(jī)電系統(tǒng))傳感器具有成本低、尺寸小、重量輕、功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在消費(fèi)電子、醫(yī)療健康、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了越來越多的應(yīng)用。相對(duì)于壓阻式、壓電式、電磁式等其他敏感機(jī)理，電容式MEMS傳感器具有靈敏度高、直流特性穩(wěn)定、溫漂小、功耗低，并且溫度系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于壓力、加速度、角速度、流量、濕度等測(cè)量中。

作為慣性測(cè)量單元(IMU，Inertial Measurement Unit)的核心組件，MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀的性能直接影響了測(cè)控系統(tǒng)的精度。面對(duì)檢測(cè)通路的大量低頻噪聲和失調(diào)，一般采用調(diào)制加低通濾波技術(shù)來消除。這就需要在MEMS質(zhì)量塊上施加一個(gè)交變的電壓信號(hào)，此信號(hào)一方面為質(zhì)量塊提供極化電壓(一般為高壓，大于或遠(yuǎn)大于接口電路的電源)，另一方面還需提供一個(gè)調(diào)制載波(一般至少為MEMS諧振頻率的10倍)。因此，MEMS器件外圍需要設(shè)計(jì)一款高壓放大器，提供此交變的電壓信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)智能化的傳感器微系統(tǒng)，需要高壓放大器低功耗設(shè)計(jì)；為了能提供足夠大的驅(qū)動(dòng)能力，需要高壓放大器大擺幅設(shè)計(jì)。但值得注意的是，電容式MEMS器件對(duì)高壓電路呈現(xiàn)容性負(fù)載，幾乎不消耗高壓電路輸出級(jí)的靜態(tài)電流，這有利于低功耗設(shè)計(jì)。

在現(xiàn)有的公開文獻(xiàn)″A 120V high voltage DAC array for a tunable antennain communication system.″中，提供了一種面向可重構(gòu)射頻收發(fā)機(jī)的可調(diào)諧器件，其中給出了一個(gè)可集成的高壓放大器方案，如圖1所示。該方案采用雙級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)為低壓電路，第二級(jí)為高壓電路，這樣可以節(jié)省功耗，同時(shí)減小面積。第一級(jí)主要由M9～M13普通MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體)管組成，采用低電源電壓VDDA供電的帶電流鏡負(fù)載的差動(dòng)放大器。第二級(jí)主要由M1～M4，M17～M20組成，采用高電源電壓供電VDDH的帶電流源負(fù)載的共源共柵放大器。其中，M1～M3是高壓MOS管，M4是低壓MOS管，起第二級(jí)的放大作用，M17～M20是低壓MOS管，起到保護(hù)輸出級(jí)的作用。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)存在如下技術(shù)缺陷：

(1)當(dāng)輸入信號(hào)為正弦信號(hào)，頻率為100kHz，幅度為滿擺幅(大信號(hào))時(shí)，輸出電壓呈現(xiàn)三角波形狀，且擺幅很小。此時(shí)，輸出電壓的失真非常大。

(2)當(dāng)加大功耗，比如提高輸出級(jí)的偏置電流時(shí)，輸出電壓擺脫了三角波形狀，接近正弦波，但波峰出現(xiàn)了截頂，波谷出現(xiàn)了很長(zhǎng)拖尾，且波谷電平比較高，這大大壓縮了輸出電壓的擺幅，無法實(shí)現(xiàn)滿擺幅。此時(shí)，輸出電壓的失真也很大。

(3)輸出電路的電流源負(fù)載和放大通路均采用共源共柵結(jié)構(gòu)，這一特征限制了輸出電壓的擺幅大小。

因此，有必要提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案來克服上述技術(shù)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種高壓放大器及其高壓產(chǎn)生電路，以實(shí)現(xiàn)接近滿擺幅，同時(shí)保持較低的失真度。