本發(fā)明涉及放大電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高等效帶寬和高增益線性度的放大電路。

背景技術(shù)：

在信號處理電路中，通常需要閉環(huán)放大電路來實(shí)現(xiàn)對輸入信號的放大、相減等處理。由于閉環(huán)放大電路需要考慮環(huán)路的穩(wěn)定性，因此在其他同等條件下閉環(huán)放大電路帶寬通常不如開環(huán)放大電路，導(dǎo)致放大電路環(huán)路的時間常數(shù)較大。在開關(guān)電容電路中，這會導(dǎo)致在規(guī)定時間內(nèi)放大器輸出未能達(dá)到預(yù)期值，無法達(dá)到要求的精度。另外，放大電路通常需要處理較大幅度的信號，通常開環(huán)放大電路的增益和帶寬都會隨著輸出信號的變化而發(fā)生較大變化，從而導(dǎo)致輸入到輸出增益的非線性。因此開環(huán)放大電路通常無法直接用于高精度信號處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高等效帶寬和高增益線性度的放大電路，能夠在同等電流下增加放大電路的等效帶寬。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種高等效帶寬和高增益線性度的放大電路，包括主放大器、第一輔助放大器和反饋電路；所述反饋電路的第一輸入端接收輸入信號，反饋電路的第二輸入端接主放大器的輸出端，反饋電路的輸出端接主放大器的輸入端；所述第一輔助放大器的輸入端接主放大器的輸入端；所述主放大器的輸出和第一輔助放大器的輸出之差作為放大電路的輸出。

所述反饋電路為電容反饋電路或電阻反饋電路。

所述反饋電路包括第一反饋電路和第二反饋電路，第一反饋電路的第一輸入端接收輸入信號，第一反饋電路的第二輸入端接主放大器的正輸出端，第一反饋電路的輸出端接主放大器的負(fù)輸入端。

所述第二反饋電路的第一輸入端接收輸入信號，第二反饋電路的第二輸入端接主放大器的負(fù)輸出端，第二反饋電路的輸出端接主放大器的正輸入端。

所述第一輔助放大器的正輸入端接主放大器的負(fù)輸入端，第一輔助放大器的負(fù)輸入端接主放大器的正輸入端。

所述主放大器的正輸出端和負(fù)輸出端的輸出之差作為主放大器的輸出，所述第一輔助放大器的正輸出端和負(fù)輸出端的輸出之差作為第一輔助放大器的輸出。

所述第一反饋電路和第二反饋電路的結(jié)構(gòu)相同。

所述第一反饋電路包括第一采樣電容和第一反饋電容，第一采樣電容的一端接收輸入信號，第一采樣電容的另一端接第一反饋電容，第一反饋電容的另一端接主放大器的正輸出端，第一采樣電容和第一反饋電容的連接點(diǎn)接主放大器的負(fù)輸入端。

所述第二反饋電路包括第二采樣電容和第二反饋電容，第二采樣電容的一端接收輸入信號，第二采樣電容的另一端接第二反饋電容，第二反饋電容的另一端接主放大器的負(fù)輸出端，第二采樣電容和第二反饋電容的連接點(diǎn)接主放大器的正輸入端。

所述放大電路還包括增益校正電路和第二輔助放大器，第二輔助放大器與增益校正電路并聯(lián)，所述增益校正電路的輸入端接收增益目標(biāo)值，增益校正電路的輸出端分別接第一輔助放大器和第二輔助放大器的增益控制端。

所述第一輔助放大器為單機(jī)放大器或多級級聯(lián)放大器。

所述第一輔助放大器為開環(huán)放大器或閉環(huán)放大器。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的放大電路在同等電流下增加了放大電路的等效帶寬，降低了對主放大器的增益和增益偏移的要求，降低了對開環(huán)放大器的增益線性度的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中放大電路的一個實(shí)施例的示意圖；

圖2為本發(fā)明中放大電路的又一實(shí)施例的示意圖；

圖3為本發(fā)明中放大電路的又一實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

實(shí)施例一

如圖1所示，一種高等效帶寬和高增益線性度的放大電路，包括主放大器A1、第一輔助放大器A2和反饋電路N；所述反饋電路N的第一輸入端接收輸入信號，反饋電路N的第二輸入端接主放大器的輸出端，反饋電路N的輸出端接主放大器A1的輸入端；所述第一輔助放大器A2的輸入端接主放大器A1的輸入端；所述主放大器A1的輸出和第一輔助放大器A2的輸出之差作為放大電路的輸出。

所述反饋電路N為電容反饋電路或電阻反饋電路。

所述第一輔助放大器A2為單機(jī)放大器或多級級聯(lián)放大器。

所述第一輔助放大器A2為開環(huán)放大器或閉環(huán)放大器。

實(shí)施例二

如圖2所示，一種高等效帶寬和高增益線性度的放大電路，包括主放大器A1、第一輔助放大器A2和反饋電路N；所述反饋電路N包括第一反饋電路N1和第二反饋電路N2，第一反饋電路N1的第一輸入端接收輸入信號，第一反饋電路N1的第二輸入端接主放大器A1的正輸出端，第一反饋電路N1的輸出端接主放大器A1的負(fù)輸入端。

所述第二反饋電路N2的第一輸入端接收輸入信號，第二反饋電路N2的第二輸入端接主放大器A1的負(fù)輸出端，第二反饋電路N2的輸出端接主放大器A1的正輸入端。

所述第一輔助放大器A2的正輸入端接主放大器A1的負(fù)輸入端，第一輔助放大器A2的負(fù)輸入端接主放大器A1的正輸入端。

所述主放大器A1的正輸出端和負(fù)輸出端的輸出之差作為主放大器A1的輸出，所述第一輔助放大器A2的正輸出端和負(fù)輸出端的輸出之差作為第一輔助放大器A2的輸出，所述主放大器A1的輸出和第一輔助放大器A2的輸出之差作為放大電路的輸出。

所述第一反饋電路N1和第二反饋電路N2的結(jié)構(gòu)相同。

所述第一反饋電路N1包括第一采樣電容CS1和第一反饋電容CF1，第一采樣電容CS1的一端接收輸入信號，第一采樣電容CS1的另一端接第一反饋電容CF1，第一反饋電容CF1的另一端接主放大器A1的正輸出端，第一采樣電容CS1和第一反饋電容CF1的連接點(diǎn)接主放大器A1的負(fù)輸入端。

所述第二反饋電路N2包括第二采樣電容CS2和第二反饋電容CF2，第二采樣電容CS2的一端接收輸入信號，第二采樣電容CS2的另一端接第二反饋電容CF2，第二反饋電容CF2的另一端接主放大器A1的負(fù)輸出端，第二采樣電容CS2和第二反饋電容CF2的連接點(diǎn)接主放大器A1的正輸入端。

本實(shí)施例中，主放大器A1、第一采樣電容CS1、第一反饋電容CF1、第二采樣電容CS2和第二反饋電容CF2構(gòu)成基本的放大電路，其中第一采樣電容CS1和第二采樣電容CS2相同，第一反饋電容CF1和第二反饋電容CF2相同，其輸入到輸出端增益為-Cs/Cf。設(shè)主放大器A1的跨導(dǎo)為gm、輸出電容為CL、輸出電阻為RL，輔助放大器A2的增益為A2′，主放大器A1的輸入到輸出傳遞函數(shù)為：

$VOUT1=\frac{(Cf*s-gm)*\frac{Cs}{Cs+Cf}}{\frac{1}{RL}+gm*\frac{Cf}{Cs+Cf}+(CL+\frac{Cs*Cf}{Cs+Cf})*s}*(VIP-VIN)$

式中，VOUT1-主放大器A1的輸出，Cs-第一采樣電容CS1或第二采樣電容CS2的值，Cf-第一反饋電容CF1或第二反饋電容CF2的值，s-，VIP-，VIN-。

傳遞函數(shù)中包含一個極點(diǎn)，極點(diǎn)位置在:

$\mathrm{\ω}o=\frac{\frac{-Cf}{Cs+Cf}*gm}{CL+\frac{Cs*Cf}{Cs+Cf}}$

主放大器A1的輸入端的電壓差為：

$VA1-VA2=\frac{(\frac{1}{RL}+(CL+Cf)*s)*\frac{Cs}{Cs+Cf}}{\frac{1}{RL}+gm*\frac{Cf}{Cs+Cf}+(CL+\frac{Cs*Cf}{Cs+Cf})*s}*(VIP-VIN)$

則：

$VOUT3=\frac{(Cf*s-gm)*\frac{Cs}{Cs+Cf}-A2*(\frac{1}{RL}+(CL+Cf)*s)*\frac{Cs}{Cs+Cf}}{\frac{1}{RL}+gm*\frac{Cf}{Cs+Cf}+(CL+\frac{Cs*Cf}{Cs+Cf})*s}(VIP-VIN)$

如果那么：

$VOUT3=\frac{-Cs}{Cf}$

從上可知，本實(shí)施例中第一輔助放大器A2在放大電路中給的作用相當(dāng)于在輸出上增加了一個左零點(diǎn)，從而提升了放大電路的帶寬。當(dāng)?shù)谝惠o助放大器A2的增益等于主放大器A1的反饋系數(shù)的倒數(shù)時，所述左零點(diǎn)可以抵消放大電路中存在的極點(diǎn)，從而提升主放大器A1輸出的帶寬。由于第一輔助放大器A2的帶寬有限，設(shè)第一輔助放大器A2的帶寬為ω₀，則第一輔助放大器A2的輸入到輸出的傳遞函數(shù)為：

$A{2}^{\′}=\frac{Cs+Cf}{Cf}*\frac{1}{1+\frac{s}{{\mathrm{\ω}}_0}}$

因此，實(shí)際上：

$VOUT3=\frac{(Cf*s-gm)*\frac{Cs}{Cs+Cf}-\frac{Cs+Cf}{Cf}*\frac{1}{1+\frac{s}{{\mathrm{\ω}}_o}}*(\frac{1}{RL}+(CL+Cf)*s)*\frac{Cs}{Cs+Cf}}{\frac{1}{RL}+gm*\frac{Cf}{Cs+Cf}+(CL+\frac{Cs*Cf}{Cs+Cf})*s}(VIP-VIN)$

由此可知，第一輔助放大器A2的帶寬越大，VOUT3的最終輸出越接近理想輸出，由于不需要考慮環(huán)路穩(wěn)定性，開環(huán)放大器的帶寬可以設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)大于閉環(huán)放大器，因此第一輔助放大器A2可以選擇開環(huán)放大器。

第一輔助放大器A2只需要處理主放大器A1的輸入端的差分信號。在主放大器A1的帶寬相對較大的條件下，其差分輸入端的電壓幅度遠(yuǎn)小于主放大器A1輸出端的信號電壓幅度。第一輔助放大器A2只需要處理這個小幅度的信號，因此其線性度得以足夠滿足要求。與直接將開環(huán)放大器作為信號通路上的放大器不同，第一輔助放大器A2并不會影響最終的建立精度，如果主放大器A1的帶寬足夠?qū)?，其差分輸入端“虛擬短路”，那么第一輔助放大器A2輸出為0。

本發(fā)明能夠增加放大電路的等效增益，并且減小增益偏移對放大電路的線性度的影響。主放大器A1的增益通常是隨著輸出信號的變化而變化的，增益偏移會導(dǎo)致放大電路等效增益隨著輸出信號幅度的變化而變化，導(dǎo)致其線性度變差。設(shè)主放大器A1的增益為A1′(VOUT)，其中A1′(VOUT)是一個與輸出電壓相關(guān)的函數(shù)，不考慮主放大器A1和第一輔助放大器A2的帶寬，則放大電路的傳遞函數(shù)為：

$VOUT1=\frac{-\frac{Cs}{Cf}}{\frac{1}{A{1}^{\′}\left(VOUT\right)}*(\frac{Cs}{Cf}+1)+1}(VIP-VIN)$

$VOUT2=\frac{\frac{Cs}{Cf}*\frac{1}{A{1}^{\′}\left(VOUT\right)}*A{2}^{\′}}{\frac{1}{A{1}^{\′}\left(VOUT\right)}*(\frac{Cs}{Cf}+1)+1}(VIP-VIN)$

$VOUT3=-\frac{Cs}{Cf}\frac{\frac{1}{A{1}^{\′}\left(VOUT\right)}*A{2}^{\′}+1}{\frac{1}{A{1}^{\′}\left(VOUT\right)}*\frac{Cs+Cf}{Cf}+1}(VIP-VIN)$

$VOUT3\≈-\frac{Cs}{Cf}\frac{1}{\frac{1}{A{1}^{\′}\left(VOUT\right)}*\frac{Cs+Cf}{Cf}-\frac{1}{A{1}^{\′}\left(VOUT\right)}*A{2}^{\′}+1}(VIP-VIN)$

當(dāng)時，A1′(VOUT)這個非線性分量的系數(shù)總是減小的，并且當(dāng)時

$VOUT3=-\frac{Cs}{Cf}(VIP-VIN)$

公式中并不包含任何與VOUT相關(guān)的分量，因此實(shí)際上是提升了放大電路的等效增益。第一輔助放大器A2的帶寬和增益直接影響到對放大電路帶寬和增益提升效果。由于不需要考慮環(huán)路穩(wěn)定性，在相同電流下，其帶寬可以遠(yuǎn)大于主放大器，因此能在相同的電流下達(dá)到更高的帶寬。

實(shí)施例三

本實(shí)施例的技術(shù)方案在實(shí)施例二的技術(shù)方案上增加了增益校正電路M和第二輔助放大器A3，第二輔助放大器A3與增益校正電路M并聯(lián)，所述增益校正電路M的輸入端接收增益目標(biāo)值，增益校正電路M的輸出端分別接第一輔助放大器A2和第二輔助放大器A3的增益控制端。增益校正電路M的輸出同時控制第一輔助放大器A2和第二輔助放大器A3的增益控制端，這樣就能夠?qū)o助放大器進(jìn)行后臺校正。

由于第一輔助放大器A2通常為開環(huán)放大器，其增益容易受到工藝偏差影響。但是對第一輔助放大器A2的增益并不需要很精確，因?yàn)樵诟咚匐娐分凶罱K通常是第一輔助放大器A2的帶寬限制了最終的效果。第一輔助放大器A2也可以通過修調(diào)的方式來提高增益精確度，比如可以先對第一輔助放大器A2做前臺校正，或者設(shè)計(jì)一個第一輔助放大器A2的冗余單元專門用于后臺校正，校正的出來的控制電壓同時控制放大電路中的第一輔助放大器A2。再或者配合系統(tǒng)中的算法如LMS算法，可將本實(shí)施例的益處最大化。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。