跨阻放大器自动静噪电路的设计与实现
一种跨阻放大器的设计
ｓ ｉ ｍ ｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｓ ｃ ｏ ｄ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｉ ｆ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ Ｒ Ｇ Ｃ ） ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｍ ｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ
关 键词 ： 跨阻放大器； 高增益； 高带宽 ； Ｒ Ｇ Ｃ ； Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ４ ９ ２
文 献标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ５ — ９ ４ ９ ０ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ５ — １ ０ ７ ３ — ０ ３
随 着互 联 网 、 多 媒体 通 讯 以及 数 字播 放 设备 的 快 速 发展 ， 要 求 有更 高 速 的光 电信 号 处 理 和通讯 系 统 。在典 型 的光 接 收器 中 ， 其 关键 部 件 是非 常灵 敏 的 电流 输 入 型 前 置 运 算 放 大 器 。此 类 前 置放 大器 要求 ： 低 输入 电流 噪声 ， 高 而 精确 的跨 阻增 益 ， 良好 的 闭环稳 定 性 和足 够 的带 宽 。但 是 ， 这 些要 求 通 常 是互相矛盾 的， 必 须 针 对 不 同 的应 用 需 要 ， 进 行 优 化 设计 …。而现 在 国内 的一些 共 源共栅 结 构 的设计 往 往 不 能 对两 者 同时 做 到一 个 优 化 ］ ， 或 者 是 在对
ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｈａ ｓ ａ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｇ ａ ｉ ｎ ６ ９ ． ９ ３ ｄ Ｂ， ８ ３ ０ ＭＨｚ～３ ｄ Ｂ ｂ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ． Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｐｕ ｔ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ
一种高增益低噪声低功率跨阻放大器的设计与实现
第３２卷 第３期２００９年６月电子器件ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌＯｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ．３２ Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａＨｉｇｈＧａｉｎＬｏｗＮｏｉｓｅａｎｄＬｏｗＰｏｗｅｒＴｒａｎｓ－ＩｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ倡ＴＡＮＧＬｉｔｉａｎ，ＺＨＡＮＧＨａｉｙｉｎｇ倡，ＨＵＡＮＧＱｉｎｇｈｕａ，ＬＩＸｉａｏ，ＹＩＮＪｕｎｊｉａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈｉｇｈｇａｉｎ，ｌｏｗｎｏｉｓｅａｎｄｌｏｗｐｏｗｅｒｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇＴＳＭＣ０．１８μｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｉｍｉｎｇａｔｓｏｍｅｐｒａｃｔｉｃｅｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｈａｖｉｎｇａｈｉｇｈｐａｒａｓｉｔｉｃｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆ３ｐＦ，ＲＧＣｉｎｐｕｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｇｏｏｄｔｒａｄｅｏｆｆｂｅｔｗｅｅｎｇａｉｎ，ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｎｏｉｓｅ，ｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅａｎｄｌｏｗｅｒｐｏｗｅｒｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅ：ｔｈｅｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅｇａｉｎｉｓ７８ｄＢ・Ω，ｔｈｅ－３ｄＢｂａｎｄ－ｗｉｄｔｈｉｓｂｅｙｏｎｄ３００ＭＨｚ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙａｔ１００ＭＨｚｉｓ６．３ｐＡ／Ｈｚ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｉｓｏｎｌｙ１４．４ｍＷ．Ｔｈｅｄｉｅｓｉｚｅ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｌｌｔｈｅＰＡＤｓ）ｉｓａｓｓｍａｌｌａｓ５００μｍ×４６０μｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｒｅｇｕｌａｔｅｄｃａｓｃｏｄｅ（ＲＧＣ）；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙ；０．１８μｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥＥＡＣＣ：２５７０Ｄ；１２２０；５２３０一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器设计与实现倡唐立田，张海英倡，黄清华，李 潇，尹军舰（中国科学院微电子研究所微波器件与电路研究室，北京１０００２９）收稿日期：２００９－０２－２０基金项目：国家自然科学基金资助（６０２７６０２１）；国家重点基础研究发展规划项目资助（Ｇ２００２ＣＢ３１１９０１）作者简介：唐立田（１９８３－），男，目前为中国科学院微电子研究所硕士研究生，主要研究方向为模拟与射频集成电路设计，ｔａｎｇ２００３８３１＠１６３．ｃｏｍ；张海英，女，研究员，中科院微电子所微波器件与集成电路实验室副主任，ｚｈａｎｇｈａｉｙｉｎｇ＠ｉｍｅ．ａｃ．ｃｎ摘 要：采用ＴＳＭＣ０．１８μｍＣＭＯＳ工艺设计并实现了一种高增益、低噪声和低功耗跨阻放大器。
克拉泼振荡器及跨阻放大电路设计与仿真
摘要本次课程设计主要由三部分电路设计组成，克拉泼电容三点振荡电路、四阶巴特沃斯带通滤波器和跨阻放大电路。
此次电路设计，主要介绍了三个电路的设计原理、设计仿真过程、结果分析和结论等。
克拉泼电容三点振荡器的特点是在共基电容三点式振荡器的基础上，用一电容C4，串联于电感L1的支路上。
其作用是增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性，使振荡频率的稳定度得到提高。
四阶巴特沃斯带通滤波器通过级联运放电路构成一个新电路使其转移函数的分母中含有巴特沃斯多项式，其中每个级联的子电路提供一个因式，进而得到四阶的巴特沃斯。
跨阻放大电路接连二级放大电路，将电流信号转换成电压信号，得到放大后的电信号。
完成电路原理图后再经过Protuse的仿真，得到了与理论值相近的结果，分析产生误差的原因以及所得结论。
关键字：振荡器；滤波器；放大器；ProtuseI目录1 绪论 (1)1.1 克拉泼电容三点振荡器 (1)1.2 四阶巴特沃斯带通滤波器 (1)1.3 跨阻放大器 (2)2 工作原理 (3)2.1 振荡器的工作原理 (3)2.1.1振荡器的概述 (3)2.1.2振荡器的原理 (3)2.1.3 电容三点式振荡器 (4)2.1.4 克拉泼振荡器的工作原理 (5)2.2 滤波器的工作原理 (6)2.2.1滤波器的概述 (6)2.2.2巴特沃斯响应 (6)2.2.3巴特沃斯带通滤波器的工作原理 (7)2.3 跨阻放大器的工作原理 (8)3 电路设计 (9)3.1 克拉泼振荡器的设计 (9)3.2巴特沃斯滤波器的设计 (11)3.3跨阻放大器的设计 (13)4 结果分析 (15)4.1仿真结果 (15)4.1.1 克拉泼振荡器的仿真 (15)4.1.2 巴特沃斯滤波器的仿真 (16)4.1.3跨阻放大器的仿真 (17)4.2分析结果 (17)4.2.1克拉泼的结果分析 (17)4.2.2巴特沃斯的结果分析 (18)4.2.3跨阻放大器的结果分析 (18)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录 (22)II1 绪论1.1 克拉泼电容三点振荡器振荡器主要分为晶体振荡器和LC振荡器，本次课设采用LC振荡器。
超宽带低噪声放大器设计与研究
摘要摘要随着信息化时代的到来，人们对通信的需求越来越高，为了提高通信效率、降低通信成本、加强通信安全性，超宽带技术（Ultra WideBand,UWB）应运而生。
而超宽带低噪声放大器作为无线接收机前端的重要模块，其性能直接影响着超宽带接受机的整体性能。
本文的研究对象为超宽带低噪声放大器。
在系统分析了近年来全球的超宽带低噪声放大器研究状况后，对超宽带低噪声放大器的实现原理进行了分析，并将目前主流的几种超宽带低噪声放大器拓扑结构进行了详细的分析以及对比，总结其优点以及缺点。
然后，在现有结构的基础上，提出一种新型的全对称自偏置低功耗的超宽带低噪声放大器电路，并进行设计仿真得到结果以及版图。
最后，在前文设计的基础上,又提出了一种结合人工神经网络工作特点，对超宽带低噪声放大器进行进一步优化的设计。
本次设计，主要结合了近年来超宽带低噪声放大器的主流设计架构，通过将可以实现带宽展宽的自偏置电阻负反馈匹配电路和用以实现良好阻抗匹配电感源极负反馈电路结合得到了电路的第一级结构即输入匹配级电路，在获得足够增益带宽的同时也满足了输入阻抗的匹配条件；而为了使低噪声放大器得到足够的增益尤其是高频增益，又进一步设计了第二级高频增益放大电路来使得总体电路的增益满足条件，并利用电感串联峰化技术将两级电路级联在一起以保证获得足够的工作带宽。
论文的第三章最后给出了本次超宽带低噪声放大器的仿真结果，其工作带宽为1GHz-10.6GHz，在此工作带宽内，电路增益为15.6-18dB，噪声系数NF为2.4dB-3.9dB，并实现了不错的输入阻抗匹配（S11<-10dB），而整个电路的功耗也较低，电路的总功耗仅仅为9.75mW。
同目前的同类研究对比，该电路的带宽、增益、噪声都有着一定的优势。
为了进一步提高超宽带低噪声放大器的性能，本文第四章提出了一种利用人工神经网络的记忆能力以及学习能力来对超宽带低噪声放大器性能进行优化的方法，并给出了实际案例。
(完整word版)跨阻放大器(TIA )
跨阻放大器（TIA ）全称为trans-impedance amplifier，是放大器类型的一种，放大器类型是根据其输入输出信号的类型来定义的。
TIA的功能如同我们平时在养花的过程中给花施肥的一样，如果一片贫瘠的土地上要种出鲜艳的花朵，那么在给这片土地施肥的时候，杂草和花苗同样得到了滋养，这时候我们就会人为地将杂草拔掉，这样杂草没了，肥料的营养能最大程度地供养给花苗，然后花苗才能茁壮成长。
TIA在DWDM系统中的作用就相当于我们人为地将杂草拔掉，而且还一定程度上抵制了杂草的重生。
在电学范畴，假设放大器增益A=Y/X，Y为输出，X为输入。
由于表征一个信号不是用电压就是电流，所以组合一下就有4种放大器，当输入为电流信号，输出为电压信号时，A=Y(电压)/X(电流)，具有电阻的量纲，所以一般称之为跨阻放大器，另外，我们常见的都是电压放大器，也就是输入输出都是电压的那种。
TIA由于具有高带宽的优点，一般用于高速电路，如光电传输通讯系统中普遍使用。
例如PIN-TIA，PIN-TIA光接收器是用于光通信系统中将微弱的光信号转换成电信号并将信号进行一定强度低噪声放大的探测器件，其工作原理是：PIN的光敏面受探测光照射时，由于p-n结处于反向偏置，光生载流子在电场的作用下产生漂移，在外电路产生光电流；光电流通过跨阻放大器放大输出，这样就实现了光信号转换成电信号进而将电信号初步放大的功能。
在实际应用中，我们会根据TIA的要求，采用-5.2 V、3.3 V或其它的供电形式，用不同的外围电路形式来完成封装。
我们知道在DWDM系统中，OSNR是衡量整个系统传输性能的重要指标之一，也就是信号和噪声的比值，如何将信噪比提高到一个理想的传输性能值，从上面的描述就可得知引入了TIA，它能将电信号进行一定强度的低噪放大。
信号在经过光纤传输后，光功率和色散必然在一定程度上有所衰减，光放大器将光信号转化为电信号来进行放大处理时，TIA就能有效地抑制噪声信号的放大，分母变小，分子变大，这样就不难理解TIA是如何提高光信号与噪声的比值（OSNR）了。
跨阻放大器基本原理
跨阻放大器基本原理
跨阻放大器是一种电子放大电路，利用跨阻效应来放大信号。
跨阻效应是指当一个二极管的输入信号变化时，其跨阻（即输入电
压与输出电流的比值）也会相应地变化。
基本原理是利用这种二极
管的特性来实现信号放大。
跨阻放大器通常由两个二极管和一个负反馈电阻组成。
其中一
个二极管被用作输入，另一个二极管被用作输出。
当输入信号作用
于输入二极管时，它会引起输出二极管中的电流变化，从而产生输
出信号。
负反馈电阻则用来控制放大器的增益和稳定性。
在工作时，跨阻放大器的输入信号会引起输入二极管的电流变化，这个变化的电流会通过负载电阻产生相应的输出电压。
由于二
极管的非线性特性，这个输出电压将是输入信号的放大版本。
负反
馈电阻的作用是将一部分输出信号反馈到输入端，以控制放大器的
增益和稳定性。
跨阻放大器的优点包括简单的电路结构和较宽的频率响应范围。
它们通常用于射频和微波电路中，因为它们对于高频信号具有良好
的放大特性。
但是，由于二极管的非线性特性，跨阻放大器在一些
应用中可能会产生失真，因此在设计和应用时需要仔细考虑。
总的来说，跨阻放大器的基本原理是利用二极管的跨阻效应来实现信号放大，通过合理设计电路结构和负反馈来控制放大器的增益和稳定性。
它在高频电路中有着重要的应用，但在实际应用中需要注意其非线性特性可能导致的失真问题。
(完整word版)跨导运算放大器的设计
跨导运算放大器的设计一、实验任务1-1 实验目的学会使用数模混合集成电路设计仿真软件Hspice ；学会按要求对电路的参数进行调整；学会对工艺库进行参数提取；学会用提取的参数进行手工计算分析并与仿真得出的参数进行比较。
通过上述实践达到对之前所学《模拟集成电路原理与设计》理论课程内容的更深入的理解和掌握，以及初步掌握模拟集成电路设计的方法和步骤，使学生能较快适应未来模拟集成电路设计的需求。
1-2 实验任务：设计一个跨导运算放大器（1） VDD=1.8 V , 使用models.mdl 库文件，1:B 是指两个管的w/L 之比，I bias =54 μA ，试调整各个管的参数，使该运放的放大倍数A V =inip noutv v v ->60，而且同时满足增益带宽积GBW>100 MHz ，相位裕度PM>65 oC ，并且最优指数totalLI C GBW FOM ∙=>0.422，可先参照一个样板仿真文件ota.sp 和 ota_test.sp，然C LB : 1 1 : B后自己调整；（2） 仿真各指标满足要求后，自行设计参数提取电路进行电路中的各个部分晶体管的参数提取，然后进行手算分析。
将分析结果与实际仿真结果进行比较； （3） 尽你所能调整除 VDD 之外的其他参数，包括I bias 来提高FOM ，最高能提高到多少？ 最后提交一个word 电子文档，包括参数提取过程、手算分析过程、电路图（带管子参数）、仿真波形图、及相关详尽的说明。
二、实验内容2-1 问题12-1-1参数分析•增益Av由out m V BR g A 10=，m g = 34||out o o R r r = ，333,EN o d V L r I =444EP o d V Lr I =B= (W 3/L 3)/(W 2/L 2)则43432233111//)/(2d d PN EN d ox out m v I I L L V V L W L W I L W uC BR g A ⨯⨯==所以，可通过增大M1的宽长比，增大L4的大小，以及提高M3和M2的沟道宽长比之比B 来提高放大增益V A 。
跨阻放大器电路设计说明书
VoutC 2 100nIiC1 150pCopyright © 2018, Texas Instruments Incorporated1ZHCA758A–February 2018–Revised January 2019跨阻放大器电路Analog Engineer's Circuit:AmplifiersZHCA758A–February 2018–Revised January 2019跨阻放大器电路设计目标输入输出BW 电源I iMin I iMax V oMin V oMax f p V cc V ee 0A50µA0V5V10kHz15V–15V设计说明跨阻运算放大器电路配置可以将输入电流源转换为输出电压。
电流到电压增益基于反馈电阻。
该电路能够在输入电流变化时在输入源上保持恒定的电压偏置，这可以使许多传感器受益。
设计说明1.使用具有低偏置电流的JFET 或CMOS 输入运算放大器降低直流误差。
2.可以向同相输入添加偏置电压，从而设置0A 输入电流的输出电压。
3.在线性输出电压摆幅（请参阅A ol 规格）内运行，从而最大程度地降低非线性误差。
2ZHCA758A–February 2018–Revised January 2019跨阻放大器电路设计步骤1.选择增益电阻器。
2.选择满足电路带宽要求的反馈电容器。
3.计算使电路保持稳定所必需的运算放大器增益带宽(GBW)。
•C s ：输入源电容•C d ：放大器的差分输入电容•C cm ：反相输入的共模输入电容3ZHCA758A–February 2018–Revised January 2019跨阻放大器电路设计仿真直流仿真结果交流仿真结果4ZHCA758A–February 2018–Revised January 2019跨阻放大器电路设计参考资料请参阅《模拟工程师电路说明书》，了解有关TI 综合电路库的信息。
跨阻放大器电路设计原理
跨阻放大器电路设计原理跨阻放大器电路设计原理跨阻放大器(TIA)是光学传感器(如光电二极管)的前端放大器，用于将传感器的输出电流转换为电压。
跨阻放大器的概念很简单，即运算放大器(op amp)两端的反馈电阻(RF)使用欧姆定律VOUT= I × RF将电流(I)转换为电压(VOUT)。
在这一系列博文中，我将介绍如何补偿TIA，及如何优化其噪声性能。
对于TIA带宽、稳定性和噪声等关键参数的定量分析，请参见标题为“用于高速放大器的跨阻抗注意事项”的应用注释。
在实际电路中，寄生电容会与反馈电阻交互，在放大器的回路增益响应中形成不必要的极点和零点。
寄生输入和反馈电容的最常见来源包括光电二极管电容(CD)、运算放大器的共模(CCM)和差分输入电容(CDIFF)，以及电路板的电容(CPCB)。
反馈电阻RF并不理想，并且具有可能高达0.2pF的寄生并联电容。
在高速TIA应用中，这些寄生电容相互交互，也与RF交互生成一个不理想的响应。
在本篇博文中，我将阐述如何来补偿TIA。
图1显示了具有寄生输入和反馈电容源的完整TIA电路。
图1:含寄生电容的TIA电路三个关键因素决定TIA的带宽: Ÿ 总输入电容(CTOT)。
Ÿ 由RF设置理想的跨阻增益。
Ÿ 运算放大器的增益带宽积(GBP):增益带宽越高，产生的闭环跨阻带宽就越高。
这三个因素相互关联:对特定的运算放大器来说，定位增益将设置最大带宽;反之，定位带宽将设置最大增益。
无寄生的单极放大器这一分析的第一步假定在AOL响应和表1所示的规格中有一个单极的运算放大器。
DC、AOL(DC)时运算放大器的开环增益 120dB 运算放大器GBP 1GHz 反馈电阻RF 159.15kW 表1:TIA规格放大器的闭环稳定性与其相位裕度ΦM有关，相位裕度由定义为AOL× β的环路增益响应来确定，其中β是噪声增益的倒数。
一种低噪声大动态范围跨阻放大器的设计
一种低噪声大动态范围跨阻放大器的设计
陈海燕;张红
【期刊名称】《微电子学》
【年(卷),期】2007(37)3
【摘要】基于CMOS反相器结构跨阻放大器,提出了一种低噪声大动态范围跨阻放大器电路结构。
对电路进行跨阻分析和噪声分析,从而指导电路设计。
采用XFAB 0.6μm CMOS工艺提供的PDK,在Cadence SpectreS环境下进行电路设计、版图设计、仿真验证等。
测试结果表明,该电路静态功耗为112 mW,最大跨阻增益为91.2 kΩ,带宽为146.7 MHz(-端)及168.4 MHz(+端),波形失真小。
该电路已经运用到光接收机中,性能良好。
【总页数】5页(P399-402)
【关键词】跨阻放大器;模拟集成电路;CMOS
【作者】陈海燕;张红
【作者单位】西南科技大学通信工程学院;重庆邮电大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN432
【相关文献】
1.一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计 [J], 杨赟秀;袁菲;明鑫;邓世杰;路小龙;景立;呙长冬
2.一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器设计与实现 [J], 唐立田;张海英;黄清华;李
潇;尹军舰
3.2.5,Gb/s低噪声差分交叉耦合跨阻放大器的设计与实现 [J], 谢生;高谦;毛陆虹;吴思聪;谷由之
4.光发射功率自适控制系统中CMOS低噪声跨阻放大器设计 [J], 王方林;王涛;朱臻;洪志良
5.一种宽输入动态范围跨阻放大器的设计 [J], 付生猛;郑兆青
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一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计
一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计杨赟秀;袁菲;明鑫;邓世杰;路小龙;景立;呙长冬【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2017(040)006【摘要】作为激光近炸引信中探测与目标识别核心元件的光电探测器,其性能取决于光电二极管和相应的放大电路.针对引信、制导应用对光电探测器的要求,提出一种新型高增益、大带宽跨阻放大器设计.该跨阻放大器由两级放大电路构成,第1级由两个对称的RGC(Regulated Cascode)结构组成,消除光电二极管漏电流对直流工作点影响,隔离光电二极管寄生电容提升工作带宽;第2级放大电路由3个级联的反相放大器构成,是跨阻放大器的主要增益级;最后以射级跟随器输出,为后续系统提供足够的电压摆幅.该电路基于SMIC 0.35μm标准CMOS工艺设计,仿真结果表明:跨阻增益为110.2 dBΩ,带宽为46.7 MHz,40 MHz处的等效输入噪声电流低至1.09 pA/Hz,带宽内等效输出噪声电压为5.37 mV.测试结果表明,跨阻放大器增益约为109.3 dBΩ,输出电压信号上升时间约为7.8 ns,等效输出噪声电压大小为6.03 mV,功耗约为10 mW,对应芯片面积为1560μm×810μm.%The performance of photoelectric detectors,as the core element for detection and object identification of laser proximity fuse,depends on the photodiode and corresponding amplifier circuit. Aiming at the requirement of fuse and guidance application, a kind of high gain and high bandwidth TIA is proposed. The TIA consists of two-stage amplifier. The first stage is composed of two symmetrical Regulated Cascodes which eliminate the influence of photodiode's leakage current on DC Operating point andinsulate the parasitic capacitance of photodiode to increase the bandwidth of TIA. The second stage consists of three cascade current reuse inverter which is used as the main gain stage. As the output stage, emitter follower is used to provide enough voltage swing for following system. The circuit design is based on SMIC 0.35 μm standard CMOS process. The simulating results indicate that the transimpedance gain is 110.2 dBΩand the bandwidth is 46.7 MHz. At the frequency of 40 MHz the equivalent input noise is as low as 1.09 pA/ Hz and the whole equivalent output noise voltage is 5.37 mV within the frequency bandwidth. Testing results indicate that the transimpedance gain is 109.3 dBΩ,the output rise time is 7.8ns,the e-quivalent output noise voltage is 6.03 mV,and the total power dissipation is less than 10 mW. The die size is 1560μm×810 μm.【总页数】5页(P1451-1455)【作者】杨赟秀;袁菲;明鑫;邓世杰;路小龙;景立;呙长冬【作者单位】西南技术物理研究所激光光电基础技术部,成都610041;西南技术物理研究所激光光电基础技术部,成都610041;电子科技大学微电子与固体电子学院,成都610054;西南技术物理研究所激光光电基础技术部,成都610041;西南技术物理研究所激光光电基础技术部,成都610041;西南技术物理研究所激光光电基础技术部,成都610041;西南技术物理研究所激光光电基础技术部,成都610041【正文语种】中文【中图分类】TN492【相关文献】1.一种高增益大带宽的增益自举型折叠共源共栅放大器设计 [J], 王停;唐海林;赵宗佑;于跃宝2.一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器设计与实现 [J], 唐立田;张海英;黄清华;李潇;尹军舰3.一种高性能跨阻式测量放大器的设计 [J], 马玉清;李如平;吴房胜4.一种高增益宽带共栅CMOS电流模跨阻放大器 [J], 杨仕强;方健;张波;张正璠;李肇基5.MEMS谐振器中高增益跨阻放大器设计 [J], 谢勇;来强涛;陈华;姜宇;郭桂良;阎跃鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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跨阻放大器自动静噪电路的设计与实现
摘 要： 采用0.35 μm CMOS工艺设计并实现了一种新的应用于光纤通信跨阻放大器的自动静噪电路。提出的系统结构包括信号强度检测模块、比较基准产生电路、迟滞比较器和静噪控制单元。当输入信号减小到低于静噪使能阈值时，静噪模块将产生静噪使能信号，关闭信号通路；而当输入信号增大到高于静噪解除阈值时，静噪模块将产生静噪解除信号，打开信号通路。仿真结果表明，对于误码率10-10、灵敏度-40 dBm(100 nA)的155 Mb/s跨阻放大器，静噪使能和静噪解除两个阈值分别为47 nA和85 nA，静噪迟滞宽度为2.57 dB，满足系统要求。关键词： 自动静噪；跨阻放大器；接收信号强度指示；迟滞比较器
通过MOS管M3与M2匹配可以精确地复制流过M2的平均电流，得到图中所示的IRSSI，作为信号强度指示器RSSI(Received Signal Strength Indicator)。M3、M4组成共源共栅结构，提高了电流源输出电阻。
迟滞宽度完全由m1与m2的比值决定，因此可以很准确地控制迟滞宽度。同时，通过调节m1和m2的值可以调整迟滞阈值的大小。1.4 静噪控制单元 静噪控制单元利用比较器产生的静噪控制信号对信号通路进行控制。当静噪使能时，关闭信号通路，输出固定值；静噪解除时，打开信号通路，输出信号。 采用的传输门对即可完成自动静噪。当DIS=1时，传输门TG1关闭，TG2导通，关闭了信号通路，单转差分的参考电平VS2D_REF作为单转差分的输入，没有有效信号，即实现静噪；而当DIS=0时，传输门TG1导通，TG2关闭，打开信号通路，经过单转差分等后续电路输出有效信号。
信号强度检测模块检测输入光电流信号强度，再将它与基准产生电路产生的电流和电压基准进行比较，然后采用迟滞比较器消除当输入信号接近设定门限时由于随机扰动而造成的静噪误判，比较结果将作为静噪控制单元的控制信号来确定是否关断信号通路。1.1 信号强度检测模块 跨阻放大器的输入光电流信号通常是随机二进制序列RBS（Random Binary Sequence）的形式[8]，其非零平均值与信号幅度成严格的线性正比关系。因此，可以用输入平均电流来精确地表示输入信号强度。 MOS管输入的跨阻放大器可以采用图2所示的直流恢复(DC-Restore)电路检测输入平均电流。其中，TIA_IN和TIA_OUT分别是跨阻放大器的输入和输出。电阻R0、电容C0和运放A1组成积分器，对VOUT和VIN的差值进行积分放大；MOS管M1、M2和电阻R1组成反馈网络，M2接在跨阻放大器的输入端，为直流恢复提供直流通道。初始时，平均电流流过跨阻，VOUT<VIN；当积分器稳定后，VOUT=VIN，流过跨阻的直流电流为零，输入信号的平均电流全部流过M2，最终精确地完成了直流恢复。
2 仿真结果 本设计基于0.35 μm CMOS工艺，采用Cadence Spectre软件进行仿真。自动静噪功能的仿真波形。
图7是静噪解除功能的仿真波形。当输入信号小于IDe-Assert时，DIS为1，跨阻放大器输出直流，处于静噪使能状态；而当输入信号增大到大于IDe-Assert时，DIS由1变为0，完成静噪解除，正常输出信号。 Байду номын сангаас图8是静噪使能功能的仿真波形。当输入信号大于IAssert时，DIS为0，跨阻放大器正常输出信号，处于静噪解除状态；而当输入信号减小到小于IAssert时，DIS由0变为1，完成静噪使能，输出直流。 通过仿真得到IAssert和IDe-Assert分别为47 nA和85 nA，计算可得迟滞宽度为2.57 dB。在仿真过程中人为加入失调，虽然IAssert和IDe-Assert的绝对值会变化，但迟滞宽度保持不变，这是因为迟滞宽度与工艺参数无关，仅与两个常量的比值有关，如式(7)所示。 本文采用0.35 μm CMOS工艺设计并实现了一种应用于光纤通信跨阻放大器的自动静噪电路。该电路已成功应用于光纤通信跨阻放大器中，对于误码率为10-10、灵敏度为-40 dBm(100 nA)的155 Mb/s跨阻放大器，静噪使能和静噪解除两个阈值分别为47 nA和85 nA，静噪迟滞宽度为2.57 dB，完成了光接收机智能跨阻放大器对自动静噪功能的需求，具有信号检测准确、迟滞宽度稳定、便于阈值调节等优点。