[發明專利]恒定跨導軌到軌輸入差分輸出的高速可編程增益放大器

有效

• 申請號: 202110684352.3
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113328711B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 張嘯蔚;錢福悅;何樂年;奚劍雄
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/32
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種恒定跨導軌到軌輸入差分輸出的高速可編程增益放大器，其主要用于滿足信號鏈系統中對高頻信號的放大要求，降低了高頻信號的諧波失真，并將其傳輸給后端高速模數轉換器。本發明增益放大器結構由兩個恒定gm單端輸出的運放作為第一級和一個恒定gm差分輸出的運放作為第二級級聯形成，輸入信號根據外部增益選擇信號調節反饋電阻的比例，從而將信號放大到目標增益。因此，本發明具有線性度良好、速度快、gm恒定以及能夠實時放大等優點。

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種恒定跨導軌到軌輸入差分輸出的高速可編程增益放大器。

背景技術

模擬前端是信號系統中處理模擬信號的核心模塊，被廣泛應用于數據采集系統、傳感器、雷達通信等，是連接模擬電路和數字電路的橋梁。模擬前端信號檢測并放大自然界的模擬信號，然后經過模數轉換器，轉換成易于處理的數字信號，送至數字系統進行處理；而可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)是模擬前端模塊的核心組成部分之一，其能夠根據輸入信號的大小將信號放大到不同的倍數，提高系統的動態范圍。

如今，集成電路發展的一個重要的特點是集成化和微型化，高集成度的系統芯片能夠降低整體成本，更易于應用移動便攜市場。作為信號系統的重要模塊，可編程增益放大器的性能對整個信號系統有至關重要的影響，將其集成進系統芯片是主流的發展趨勢；因此，高帶寬、高線性度以及增益范圍調節比較大的可編程增益放大器是不可或缺的。

傳統的可編程增益放大器一般采用儀用放大器結構，如圖1所示，儀用放大器采用兩級放大器，第一級采用同向并聯差分放大器，第二級采用基本差分放大器，其具有輸入阻抗高，共模抑制能力強，調節增益方便等優點。但是，此結構只能是單端輸出，并且大多應用于放大低頻信號，如果放大高頻信號，則會出現增益誤差大、諧波失真明顯等情況。

另一方面，傳統的可編程增益放大器對輸入信號的共模電壓有一定的范圍限制，因此當輸入共模電壓接近電源電壓或者地時，可編程增益放大器無法進行正常工作，并且當輸入信號的共模電壓偏差較大時，放大器的增益也會相應的進行波動；自然界中的模擬信號，因為共模電壓并不恒定，因此會造成可編程增益放大器性能不穩定，不利于應用集成系統中。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種恒定跨導軌到軌輸入差分輸出的高速可編程增益放大器，以應用于放大高頻信號，提供穩定增益和低諧波失真。

一種恒定跨導軌到軌輸入差分輸出的高速可編程增益放大器，包括7個可調節電阻陣列R₁～R₇、2個一級運放A1和A2以及差分輸出的二級運放A3，其中A1的同相輸入端接同相輸入信號V_IP，A1的輸出端與R₁的一端以及R₂的一端相連，A1的反相輸入端與R₁的另一端以及R₇的一端相連，R₂的另一端與A3的反相輸入端以及R₃的一端相連，R₃的另一端與A3的同相輸出端相連以產生放大后的同相輸出信號V_OUTP，A2的同相輸入端接反相輸入信號V_IN，A2的輸出端與R₄的一端以及R₅的一端相連，A2的反相輸入端與R₄的另一端以及R₇的另一端相連，R₅的另一端與A3的同相輸入端以及R₆的一端相連，R₆的另一端與A3的反相輸出端相連以產生放大后的反相輸出信號V_OUTN。