[發明專利]一種高頻帶通前饋運算放大器電路及信號放大方法

在審

• 申請號: 202310105773.5
• 申請日: 2023-02-13
• 公開（公告）號: CN116317972A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 張國和;張奇正;常科;王育新;徐代果
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;中國電子科技集團公司第二十四研究所
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F1/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

一種高頻帶通前饋運算放大器電路及信號放大方法，電路結構包括由Gm1d跨導放大器構成一階增益路徑；由Gm1a跨導放大器、Gm2b跨導放大器以及Gm1c跨導放大器構成三階增益路徑；由Gm1a跨導放大器、Gm2a跨導放大器、Gm3a跨導放大器以及Gm1c跨導放大器構成四階增益路徑；所述的三階增益路徑、四階增益路徑與一階增益路徑并聯連接；Gm2b跨導放大器與Gm2a跨導放大器、Gm3a跨導放大器構成的二階通路并聯連接。本發明通過前饋通路和多級級聯實現了對帶寬和相位的調整，在實現高增益的同時達到超寬帶寬；在連續時間Sigma?Delta調制器中，能夠改善其信噪失真比，提升調制器的性能。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計技術領域，具體涉及一種高頻帶通前饋運算放大器電路及信號放大方法。

背景技術

對于需要高頻工作的運算放大器，前饋結構比米勒補償結構被更加廣泛的使用。相較于米勒補償，前饋補償結構在相同功耗下能夠達到更大的帶寬。其原因在于，米勒補償實現穩定性背后的理念是通過添加電容來減緩第一階段的速度，且添加一個大電容器并對其進行充電和放電會增加米勒補償運算放大器的功耗。

在超高速連續時間Sigma?Delta調制器中，目前常用的運算放大器難以在高頻時保持較大的增益，且多級的運算放大器結構常常導致極點過多，無法保證帶寬的需求，對積分器的穩定性產生不利影響。同時對噪聲的抑制效果差，降低了Sigma?Delta調制器的SNDR(Signal?to?Noise?and?Distortion?Ratio，信噪失真比)，增大了調制器輸出頻譜中的諧波，影響著調制器的性能。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種高頻帶通前饋運算放大器電路及信號放大方法，能夠在高頻時保持較大的增益，并且在實現高增益的同時達到超寬帶寬，對于不同應用有良好的適配性，在連續時間Sigma?Delta調制器中，能夠改善其信噪失真比，提升調制器的性能。

為了實現上述目的，本發明有如下的技術方案：

一種高頻帶通前饋運算放大器電路，包括Gm1a跨導放大器、Gm2a跨導放大器、Gm2b跨導放大器、Gm3a跨導放大器、Gm1c跨導放大器及Gm1d跨導放大器；

其中，由Gm1d跨導放大器構成一階增益路徑；由Gm1a跨導放大器、Gm2b跨導放大器以及Gm1c跨導放大器構成三階增益路徑；由Gm1a跨導放大器、Gm2a跨導放大器、Gm3a跨導放大器以及Gm1c跨導放大器構成四階增益路徑；

所述的三階增益路徑、四階增益路徑與一階增益路徑并聯連接；所述的Gm2b跨導放大器與Gm2a跨導放大器、Gm3a跨導放大器構成的二階通路并聯連接。

作為一種優選方案，在Gm1a跨導放大器的輸出端設置第一共模反饋電路cmfb；

在Gm2a跨導放大器與Gm3a跨導放大器之間設置第二共模反饋電路cmfb；

在Gm2b跨導放大器以及Gm3a跨導放大器與Gm1c跨導放大器之間設置第三共模反饋電路cmfb；

在Gm1d跨導放大器與Gm1c跨導放大器之間設置第四共模反饋電路cmfb。

作為一種優選方案，所述的Gm2a跨導放大器、Gm3a跨導放大器、Gm2b跨導放大器均為差動共源極結構。

作為一種優選方案，所述的Gm1c跨導放大器及Gm1d跨導放大器均采用由PMOS輸入對管組成的偽差分逆變器結構，跨導放大器輸入信號交流耦合到PMOS輸入對管，共模反饋電平直流耦合到PMOS輸入對管。

作為一種優選方案，所述的Gm1c跨導放大器及Gm1d跨導放大器均包括一組由M1管和M2管組成的第一輸入對管以及由M3管和M4管組成的第二輸入對管，其中，所述第一輸入對管的跨導值為104.13mS，所述第二輸入對管的跨導值為70.90mS。