[發明專利]一種低噪聲高帶寬的電流傳感芯片設計

在審

• 申請號: 202111323210.0
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114036880A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 張麗敏;熊朗;高嵩;李卓航;徐子然;閆鋒
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06F30/32
• 分類號: G06F30/32;G06F119/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種低噪聲高帶寬的電流傳感芯片，其特征在于，包括低噪聲甲乙類運算放大器A1和由反向放大器B與電流衰減器C所組成的高性能偽電阻R_F。其顯著優勢在于本發明提出的電流傳感芯片設計可以在芯片內小面積上實現等效的大阻值反饋電阻，提供高達1GΩ的跨阻增益，同時相對于片外電阻，具有低噪聲，小面積，線性度好和寬調節范圍等優點，可以實現16kHz的信號帶寬以及帶寬下等效噪聲電流有效幅值為0.7pA，適合于在芯片內部實現高跨阻增益、高帶寬和低噪聲的電流探測。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，涉及一種微電流放大器，尤其涉及一種高增 益，高精度，低噪聲，輸入偏置電壓可調的微電流放大器。

背景技術

模擬電路中的傳感器許多表現為電流信號輸出，對于電流信號的處理常常是 將其轉換為電壓信號，因此設計將電流轉換為電壓的跨阻放大器(TIA)是不可 或缺的，對于TIA的性能，尤其是在集成電路內部實現高性能前端放大器是不斷 探索的過程。

常規的微弱電流檢測系統的通常采用運放加反饋電阻的結構，這種結構需要 有約上百兆歐姆高阻值且高精度的電阻，通常無法在集成在芯片內，同時其寄生 電容使得檢測信號的帶寬受到限制，1GΩ阻值的電阻寄生電容可達0.1pF。另 一方面，多級放大的結構中常常引入更多的噪聲，不利于采集微弱的電流信號。

目前商用的設備整體的結構都較為復雜且適用范圍有限，因此我們提出了一 種低噪聲高帶寬的電流傳感芯片，兼備寬輸入范圍，高分辨率，高帶寬，低噪聲 和芯片內高度集成設計的優點。

發明內容

為了提升跨阻放大器的實用性，實現片上集成和多通道探測，本發明提出了 一種低噪聲高帶寬的電流傳感芯片設計。

本發明采用的技術方案如下：

一種低噪聲高帶寬的電流傳感芯片設計，其特征在于，包括低噪聲甲乙類運 算放大器A1、A2和A3，電阻R1、R2和R3，NMOS管M0和M2，PMOS管 M1和M3以及反饋電容C_F，提供3個信號端口，輸入電流端I_in，可以連接具有較 大輸入電容Cs的電流信號源，偏置電壓端V_CMD，用于調節輸入端的偏置電壓， 和輸出電壓端V_O；電阻R1和R2以及低噪聲甲乙類運算放大器A2構成一級反 相放大器B，電阻R3，NMOS管M0和M2，PMOS管M1和M3和低噪聲甲乙 類運算放大器A3構成一級電流衰減器C；一級反相放大器B和一級電流衰減器 C一起構成高性能偽電阻R_F；所述低噪聲甲乙類運算放大器A1、A2和A3由一 級折疊共源共柵放大器和一級推挽放大器構成，A1反相輸入端連接輸入電流端I_in，其同相輸入端連接偏置電壓端V_CMD，輸出端連接輸出電壓端V_O；所述一級反 相放大器B的輸出端V_X連接一級電流衰減器C的輸入端，一級電流衰減電路C 的輸出端連接輸入電流端I_in，一級反相放大器B的同相輸入端和一級電流衰減 器C的同相輸入端均連接偏置電壓V_CMD。