專利名稱：高頻帶寬放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地涉及一種高頻帶寬放大電路。
背景技術(shù)：
在各種信號接收機(jī)(射頻通信、光纖通信、高速串行通信)中，需要對接收到的微弱信號進(jìn)一步放大，以便后續(xù)電路對該信號的處理。隨著信號頻率越來越來高，高頻信號在介質(zhì)傳輸過程中的損失也越來越大。眾所周知地,信號的頻率越高需要的放大電路的帶寬越寬，信號的損失越高需要放大電路的增益越大；綜合這兩方面使得對放大器的增益帶寬積的需求要求越來越高。請參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中高頻帶寬放大電路的原理圖?，F(xiàn)有的高頻帶寬放大電路主要由運(yùn)放組成，且運(yùn)放包括第一場效應(yīng)管Ml與第二場效應(yīng)管M2,第一場效應(yīng)管Ml的柵極與第二場效應(yīng)管M2的柵極與外部輸入端IN連接，第一場效應(yīng)管Ml的源極與外部電源VDD連接，第二場效應(yīng)管M2的源極接地，第一場效應(yīng)管Ml的漏極與第二場效應(yīng)管M2的漏極均與輸出端口 OUT連接，從而運(yùn)放將外部輸入端IN輸入的高頻信號經(jīng)放大后由輸出端口 OUT輸出；其中，在運(yùn)放對輸入的高頻信號進(jìn)行放大的過程中，由于第一場效應(yīng)管Ml與第二場效應(yīng)管M2的寄生電容的存在，使得高頻信號在其傳輸通路上引入一個極點(diǎn)，高頻信號傳輸函數(shù)在該極點(diǎn)處以20db/10倍頻程下降，從而使得高頻信號傳遞函數(shù)帶寬降低；眾所周知地，放大器(也即是所述運(yùn)放)僅對帶寬以內(nèi)的高頻信號有放大作用，帶寬越低放大器對高頻信號放大作用越弱，因此對高頻帶寬放大電路而言，應(yīng)使寄生電容盡可能地減小而使其對高頻信號帶寬的影響盡可能的小。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常是通過使用小尺寸的放大器以減小寄生電容，但是小尺寸的放大器其電流驅(qū)動能力也很弱，使得放大器不能滿足工作要求。另外，在上述基礎(chǔ)上要獲得更高的增益帶寬積，還可通過提供更高的電流以及功耗來實(shí)現(xiàn)，因增益帶寬積與工作電流的平方成正比；但這種方法需要提供較大的電流，同時也需要較大的功耗，從而使得這種方法越來越失去吸引力。隨著高頻帶寬放大電路對增益帶寬積的需求進(jìn)一步增加，由于傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，即使將電流再增大也無法使增益帶寬積有效地增大，從而使高頻帶寬放大電路對增益帶寬積的提高陷入工藝瓶頸。因此，有必要提供一種改進(jìn)的高頻帶寬放大電路以克服上述缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種高頻帶寬放大電路，該高頻帶寬放大電路具有更高的增益帶寬積，更小的功耗，且主運(yùn)放結(jié)構(gòu)簡單，寄生電容小，噪聲低。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種高頻帶寬放大電路，包括正向通路與反向通路，所述正向通路的輸入端與外部正向輸入端連接，其輸出端與正向輸出端口連接，以輸出正向高頻信號，所述反向通路的輸入端與外部反向輸入端連接，其輸出端與反向輸出端口連接，以輸出反向高頻信號，其中，所述高頻帶寬放大電路還包括一反饋網(wǎng)絡(luò)，所述正向通路包括第一運(yùn)放與第二運(yùn)放，所述第一運(yùn)放的輸入端與外部正向輸入端連接，其輸出端與所述第二運(yùn)放的輸入端連接，所述第二運(yùn)放的輸出端與正向輸出端口連接，所述反向通路包括第三運(yùn)放與第四運(yùn)放，所述第三運(yùn)放的輸入端與外部反向輸入端連接，其輸出端與所述第四運(yùn)放的輸入端連接，所述第四運(yùn)放的輸出端與反向輸出端口連接，所述反饋網(wǎng)絡(luò)包括第五運(yùn)放與第六運(yùn)放，所述第五運(yùn)放的輸入端與正向輸出端口連接，其輸出端與第四運(yùn)放的輸入端連接，所述第六運(yùn)放的輸入端與反向輸出端口連接，其輸出端與第二運(yùn)放的輸入端連接。較佳地，所述第一運(yùn)放、第二運(yùn)放、第三運(yùn)放及第四運(yùn)放上均跨接有反饋電阻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的高頻帶寬放大電路由于所述正向通路與反向通路均由兩個運(yùn)放構(gòu)成，使得輸出的正向高頻信號與反向高頻信號均是經(jīng)過兩級放大的，從而輸出的高頻信號具有更大的增益帶寬積；由于在所述正向通路與反向通路之間還連接有反饋網(wǎng)絡(luò)，使得所述正向通路的第一運(yùn)放的輸出端與第反向通路的第三運(yùn)放的輸出端均耦合有相應(yīng)的電感，從而在第一運(yùn)放的輸出端與第三運(yùn)放的輸出端分別提供一額外零點(diǎn)，以抵消第一運(yùn)放和第三運(yùn)放輸出端的極點(diǎn)，擴(kuò)展輸出高頻信號的帶寬，提高輸出高頻信號的增益帶寬積；且所述反饋網(wǎng)絡(luò)將所述正向通路與反向通路聯(lián)系起來，使得偽差分電路結(jié)構(gòu)通過反饋網(wǎng)絡(luò)成為全差分電路結(jié)構(gòu)，提高了整個高頻帶寬放大電路的共模抑制比。通過以下的描述并結(jié)合附圖，本實(shí)用新型將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本實(shí)用新型的實(shí)施例。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中高頻帶寬放大電路的原理圖。圖2為本實(shí)用新型高頻帶寬放大電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考附圖描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。如上所述，本實(shí)用新型提供了一種高頻帶寬放大電路，該高頻帶寬放大電路具有更高的增益帶寬積，更小的功耗，且主運(yùn)放結(jié)構(gòu)簡單，寄生電容小，噪聲低。請參考圖2，圖2為本實(shí)用新型高頻帶寬放大電路的原理圖。如圖所示,本實(shí)用新型的高頻帶寬放大電路包括正向通路、反向通路及反饋網(wǎng)絡(luò)。所述正向通路的輸入端與外部正向輸入端Vinl連接，其輸出端與正向輸出端口 Voutl連接，外部正向輸入端Vinl向所述正向通路輸入正向高頻信號，所述正向通路將該高頻信號放大后經(jīng)正向輸出端口 Vout I而輸出正向高頻信號；所述反向通路的輸入端與外部反向輸入端Vin2連接，其輸出端與反向輸出端口 Vout2連接，與所述正向通路類似地，外部反向輸入端Vin2向所述反向通路輸入反向高頻信號，所述反向通路將該高頻信號放大后經(jīng)反向輸出端口 Vout2而輸出反向高頻信號；從而所述正向通路與所述反向通路構(gòu)成一偽差分電路，以向后續(xù)負(fù)載電路輸出符合要求的正向高頻信號與反向高頻信號；所述反饋網(wǎng)絡(luò)連接于所述正向通路與反向通路之間，從而所述反饋網(wǎng)絡(luò)將所述正向通路與反向通路聯(lián)系起來，使得偽差分電路結(jié)構(gòu)通過反饋網(wǎng)絡(luò)成為全差分電路結(jié)構(gòu)，提高了整個高頻帶寬放大電路的共模抑制比。具體地，所述正向通路包括第一運(yùn)放OPAl與第二運(yùn)放0PA2，所述第一運(yùn)放OPAl的輸入端與外部正向輸入端Vinl連接，其輸出端與所述第二運(yùn)放0PA2的輸入端連接，所述第二運(yùn)放0PA2的輸出端與正向輸出端口 Voutl連接，即所述第一運(yùn)放OPAl與第二運(yùn)放0PA2串聯(lián)連接于正向輸入端Vinl與正向輸出端口 Voutl之間；所述第一運(yùn)放OPAl與第二運(yùn)放0PA2可分別對所述正向輸入端Vinl輸入的正向高頻信號進(jìn)行放大，從而使得輸入的正向高頻信號在所述正向通路內(nèi)經(jīng)兩級放大而輸出，以提高輸出的正向高頻信號的增益帶寬積。所述反向通路包括第三運(yùn)放0PA3與第四運(yùn)放0PA4，所述第三運(yùn)放0PA3的輸入端與外部反向輸入端Vin2連接，其輸出端與所述第四運(yùn)放0PA4的輸入端連接，所述第四運(yùn)放0PA4的輸出端與反向輸出端口 Vout2連接；與所述正向通路類似地，所述反向輸入端Vin2輸入的反向高頻信號經(jīng)所述第三運(yùn)放0PA3與第四運(yùn)放0PA4兩級放大后，由所述反向輸出端口 Vout2輸出，提高了輸出的反向高頻信號的增益帶寬積。所述反饋網(wǎng)絡(luò)包括第五運(yùn)放0PA5與第六運(yùn)放0PA6，且所述第五運(yùn)放0PA5的輸入端與正向輸出端口 Voutl連接，其輸出端與第四運(yùn)放0PA4的輸入端連接，所述第六運(yùn)放0PA6的輸入端與反向輸出端口 Vout2連接，其輸出端與第二運(yùn)放0PA2的輸入端連接；從而所述第五運(yùn)放0PA5與第六運(yùn)放0PA6在整個高頻帶寬放大電路中構(gòu)成一有源負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，且所述第五運(yùn)放0PA5與第六運(yùn)放0PA6將所述正向通路與反向通路聯(lián)系起來，使得偽差分電路結(jié)構(gòu)通過反饋網(wǎng)絡(luò)耦合成為全差分電路結(jié)構(gòu)，提高了整個高頻帶寬放大電路的共模抑制比。其中所述反饋網(wǎng)絡(luò)將所述正向輸出端口 Voutl的正向高頻信號反饋至所述反向通路，且將反向輸出端口 Vout2的反向高頻信號反饋至所述正向通路，即反饋網(wǎng)絡(luò)將反向通路與正向通路耦合在一起，從而當(dāng)外部輸入的正向高頻信號或反向高頻信號在某一時刻產(chǎn)生一共模噪聲時，通過對正向通路與反向通路的耦合作用，該變化將作為共模信號同時作用于正向高頻信號與反向高頻信號，由于全差分電路固有特性將消除該共模噪聲，提高共模抑制比。其中，本實(shí)用新型的各個所述運(yùn)放0PA1-0PA6的結(jié)構(gòu)及功能作用均與背景技術(shù)中所述的運(yùn)放完全相同，在此不再重復(fù)描述。另外，如背景技術(shù)所述可知，在高頻帶寬放大電路中，各運(yùn)放因存在寄生電容而在高頻信號的傳輸通路上引入極點(diǎn)，而影響輸出高頻信號的帶寬；在本實(shí)用新型中，將第一運(yùn)放OPAl的寄生電容定義為C21，將第二運(yùn)放0PA2與正向輸出端口 Voutl組合產(chǎn)生的寄生電容定義為C22，相應(yīng)地，將第三運(yùn)放0PA3的寄生電容定義為C31，將第四運(yùn)放0PA4與反向輸出端口 Vout2組合產(chǎn)生的寄生電容定義為C32 ;通過控制理論系統(tǒng)傳遞函數(shù)的推導(dǎo)，反饋網(wǎng)絡(luò)將改變高頻信號從輸入到輸出的傳遞函數(shù)，具體地，在本實(shí)用新型中，由于在所述高頻帶寬放大電路中引入所述反饋網(wǎng)絡(luò)，所述反饋網(wǎng)絡(luò)將所述正向通路的第一運(yùn)放OPAl的輸出端處的極點(diǎn)映射成為零點(diǎn)，也即是通過反饋網(wǎng)絡(luò)的第六運(yùn)放0PA6作為系統(tǒng)負(fù)反饋部件存在,將使得反向通路上的寄生電容C32在第二運(yùn)放0PA2輸入端呈現(xiàn)為電感效應(yīng)，即0PA4輸出端處寄生電容C32通過所述第六運(yùn)放0PA6的反饋?zhàn)饔棉D(zhuǎn)化為第一運(yùn)放OPAl輸出端處的對偶電感，從而在第一運(yùn)放OPAl的輸出端提供一額外零點(diǎn)，高頻信號傳輸函數(shù)在零點(diǎn)處以20db/10倍頻程上升，恰好補(bǔ)償了寄生電容C21在該處產(chǎn)生的極點(diǎn)的影響，從而所述第六運(yùn)放0PA6在保持大增益的同時擴(kuò)展了正向輸出端口 Voutl輸出高頻信號的帶寬，增加了正向輸出高頻信號的增益帶寬積；其中，所述極點(diǎn)及零點(diǎn)的產(chǎn)生及對高頻信號的具體影響，均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再詳細(xì)描述；類似地，寄生電容C22通過所述第五運(yùn)放0PA5作為其對偶電感而反饋耦合到第三運(yùn)放0PA3的輸出端，在所述第三運(yùn)放0PA3的輸出端提供一額外零點(diǎn)，恰好補(bǔ)償了寄生電容C31在該處產(chǎn)生的極點(diǎn)，增加了反向輸出高頻信號的增益帶寬積。從而，在本實(shí)用新型的高頻帶寬放大電路中，可通過所述反饋網(wǎng)絡(luò)分別增大正向輸出高頻信號與反向輸出高頻信號的增益帶寬積，而且高頻信號輸出穩(wěn)定可靠，同時提高了整個高頻帶寬放大電路的共模抑制比。在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述正向通路與反向通路的各個所述運(yùn)放上均跨接有反饋電阻；具體地，所述第一運(yùn)放OPAl上跨接第一反饋電阻R1，所述第二運(yùn)放0PA2上跨接第二反饋電阻R2，所述第三運(yùn)放0PA3上跨接第直反饋電阻R3，所述第四運(yùn)放0PA4上跨接第四反饋電阻R4 (具體見圖2);各個所述反饋電阻構(gòu)成相應(yīng)所述運(yùn)放的負(fù)反饋，該負(fù)反饋降低了對應(yīng)的運(yùn)放作為前級的負(fù)載電阻，同時也降低本級的輸出負(fù)載電阻，擴(kuò)展了高頻信號輸出后的工作帶寬，并且使得運(yùn)放增益在各種工藝條件下相對恒定；另外，所述反饋電阻可實(shí)現(xiàn)其對應(yīng)的運(yùn)放對電壓的取樣及電流求和(即對電流進(jìn)行放大)，使得整個高頻帶寬放大電路結(jié)構(gòu)簡單，功耗小。以上結(jié)合最佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但本實(shí)用新型并不局限于以上揭示的實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本實(shí)用新型的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合。
權(quán)利要求1.一種高頻帶寬放大電路，包括正向通路與反向通路，所述正向通路的輸入端與外部正向輸入端連接，其輸出端與正向輸出端口連接，以輸出正向高頻信號，所述反向通路的輸入端與外部反向輸入端連接，其輸出端與反向輸出端口連接，以輸出反向高頻信號，其特征在于，還包括一反饋網(wǎng)絡(luò)，所述正向通路包括第一運(yùn)放與第二運(yùn)放，所述第一運(yùn)放的輸入端與外部正向輸入端連接，其輸出端與所述第二運(yùn)放的輸入端連接，所述第二運(yùn)放的輸出端與正向輸出端口連接，所述反向通路包括第三運(yùn)放與第四運(yùn)放，所述第三運(yùn)放的輸入端與外部反向輸入端連接，其輸出端與所述第四運(yùn)放的輸入端連接，所述第四運(yùn)放的輸出端與反向輸出端口連接，所述反饋網(wǎng)絡(luò)連接于所述正向通路與反向通路之間，且包括第五運(yùn)放與第六運(yùn)放，所述第五運(yùn)放的輸入端與正向輸出端口連接，其輸出端與第四運(yùn)放的輸入端連接，所述第六運(yùn)放的輸入端與反向輸出端口連接，其輸出端與第二運(yùn)放的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻帶寬放大電路，其特征在于，所述第一運(yùn)放、第二運(yùn)放、第三運(yùn)放及第四運(yùn)放上均跨接有反饋電阻。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高頻帶寬放大電路，包括正向通路與反向通路，正向通路的輸入端與外部正向輸入端連接，其輸出端與正向輸出端口連接，反向通路的輸入端與外部反向輸入端連接，其輸出端與反向輸出端口連接，其中，高頻帶寬放大電路還包括一反饋網(wǎng)絡(luò)，正向通路包括第一運(yùn)放與第二運(yùn)放，第一運(yùn)放的輸入端與外部正向輸入端連接，其輸出端與第二運(yùn)放的輸入端連接，第二運(yùn)放的輸出端與正向輸出端口連接，反向通路包括第三運(yùn)放與第四運(yùn)放，第三運(yùn)放的輸入端與外部反向輸入端連接，其輸出端與第四運(yùn)放的輸入端連接，第四運(yùn)放的輸出端與反向輸出端口連接，反饋網(wǎng)絡(luò)連接于正向通路與反向通路之間。本實(shí)用新型的高頻帶寬放大電路具有更高的增益帶寬積，更小的功耗，且主運(yùn)放結(jié)構(gòu)簡單，寄生電容小，噪聲低。
文檔編號H03F1/42GK202906839SQ20122054861
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張子澈, 武國勝 申請人:四川和芯微電子股份有限公司