用于PDIC的跨阻放大器的优化设计
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。
针对跨阻放大器的设计考虑
30055201图1. 具有容性元件的光电二极管的建模由于可使用较大增益值（RF）下的低输入偏流LMH6611可在低照度下运行。
运算放大器反相端上的总电容（CT ）包含光电二极管电容（CPD）和输入电容（CIN）。
在电路的稳定性上总电容扮演了重要的角色。
这个电路的噪声增益（NG）取决于稳定性，并定义为：(1)(2)图2所示是噪声增益与运算放大器的开环增益（AOL）相交的波特图。
在较大的增益（RF ）下，CT和RF在转移函数中AN-1803© 2008 National Semiconductor Corporation 300552针对跨阻放大器的设计考虑30055204图2. 噪声增益与运算放大器开环增益相交的波特图为了维持放大器的稳定性，在RF两端跨接一个反馈电容器，这会在噪声增益函数中的fP处产生一个极点。
为优化性能，选择适当的CF数值能使噪声增益斜率变得平坦，这样噪声增益就等于运算放大器在fP处的开环增益。
这一噪声增益斜率的“平坦部分”超过AOL的截止点，结果使噪声增益得到45°的相位裕量（PM）。
因为噪声增益的fP极点会在截止点有一个45°的超前相位，其贡献了45°相位裕量（假定fP和fZ少相距一个十倍频程）。
等式3和等式4在理论上计算了最佳CF值和期望的-3 dB宽。
(3)(4)等式4表示跨阻放大器的-3 dB带宽与反馈电阻值成反比。
因此，如果带宽是重要的性能，那么最好的方法是采用一个适中的跨阻增益级，后接一个宽带电压增益级。
表1是对带有不同容值的各种光电二极管在1 kΩ跨阻增益（RF）下测量LMH6611的结果。
CF和f-3dB的值由等式3和等式4计算得到。
2A N -1803表1 跨阻放大器（图1）的补偿和性能结果C PD C T C F 计算值C F 使用值F -3dB 计算值F -3dB 测量值峰值（pf ）（pf ）（pf ）（pf ）（MHz ）（MHz ）（dB ）2224 5.42 5.629.327.10.547497.75820.5210.510010211.151214.215.20.522222420.39189.610.70.533033220.2227.990.8注意：Vs= +/-2.5V GBW = 130 MHz C T = C PD + C IN C IN = 2pf图3是使用表1中不同光电二极管时放大器的频率响应。
一种跨阻放大器的设计
一种跨阻放大器的设计杨朋博;罗萍;李世文;王荣【摘要】利用调节型共源共栅电路结构（RGC）可以使跨阻放大器得到较高的带宽，并且通过级联并联-并联负反馈电路可以使增益得到提高。
采用0.5μm的标准互补型金属氧化物半导体（CMOS）工艺进行设计，仿真。
测试结果表明，该电路具有69.93 dB的跨阻增益，830 MHz的-3 dB带宽。
在输入电流为1μA时，其输出电压的动态摆幅达到4.5 mV，在5 V电源电压下功耗仅为63.16 mW。
%The bandwidth and the parallel and parallel negative feedback and the transimpedance gain of tran⁃simpedance amplifier is improved by using the regulated cascode circuit configuration(RGC). The transimpedance amplifier was designed with using 0.5μm standard complementary metal-oxide semiconductor(CMOS)process. Test results show that the circuit has a transimpedance gain 69.93 dB,830 MHz-3 dB bandwidth. The input current is 1μA,its dynamic output voltage swing reaches 4.5 mV at 5 V supply voltage and its consume power only 63.16 mW.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)005【总页数】3页(P1073-1075)【关键词】跨阻放大器;高增益;高带宽;RGC;CMOS【作者】杨朋博;罗萍;李世文;王荣【作者单位】电子科技大学微电子与固体电子学院，成都610054;电子科技大学微电子与固体电子学院，成都610054;电子科技大学微电子与固体电子学院，成都610054;电子科技大学微电子与固体电子学院，成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN492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。
红外探测器中一种电容式反馈跨阻放大器的设计
红外探测器中一种电容式反馈跨阻放大器的设计
白利慧;刘利峰;王成勇
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2024(47)1
【摘要】放大器电路对提高红外成像技术中红外探测器的读出精度,是至关重要的。
针对电容式反馈跨阻放大器的设计进行了研究,提出了一种在反馈回路中用晶体管
代替反馈电阻的新的拓扑结构。
对于所提出的拓扑结构,提出并分析了与系统稳定
性相关的诸如截止频率和衰减比等的总体频率响应和设计参数,从而获得高直流输
入动态范围。
此外,还讨论了在直流反馈回路中加入额外的电容以确保系统的稳定性。
分析、仿真和实验结果的良好一致性验证了所提出的CF-TIA方案的有效性,而且所提出的电路设计在正常或低直流输入下的整体噪声性能方面相比于传统的CF-TIA方案更具优势。
尽管本文中的电路采用分立元件实现,但提出的频率响应模型
和稳定性分析适用于所有CF-TIA应用和CMOS芯片设计。
【总页数】7页(P62-68)
【作者】白利慧;刘利峰;王成勇
【作者单位】山西机电职业技术学院电气工程系;山西大同大学物理与电子科学学院;驻重庆地区第五军代室
【正文语种】中文
【中图分类】TN722
【相关文献】
1.一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计
2.一种10Gb/s的跨阻放大器设计
3.一种用于1.25Gbps光接收机的跨阻放大器设计
4.一种带自动带宽调整的10Gbps跨阻放大器的研究与设计
5.一种高性能跨阻式测量放大器的设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
【CN109768777A】一种用于提高跨阻放大器电源抑制比的增强电路【专利】
代理人 葛启函
(51)Int .Cl . H03F 1/26(2006 .01) H03F 3/08(2006 .01) H03F 3/45(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109768777 A (43)申请公布日 2019.05.17
发明内容 [0003] 针对上述跨阻放大器电源抑制比较差导致电路受干扰的问题，本发明提出了一种 增强电路，能够应用于跨阻放大器中增强跨阻放大器的电源抑制比 ，从而解决阵列读出电 路的串扰问题。 [0004] 本发明的技术方案为： [0005] 一种用于提高跨阻放大器电源抑制比的增强电路，包括第一电容、第二电容、第一 NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、电流 源和偏置电压源， [0006] 第一PMOS管的栅极连接第一NMOS管的漏极、第三PMOS管的栅极、第二PMOS管的栅 极和漏极，其漏极连接第四PMOS管的源极和所述跨阻放大器的电源端并通过第一电容后接 地，其源极连接第二PMOS管和第三PMOS管的源极以及电流源的正极并连接外部电源； [0007] 第四PMOS管的栅极连接偏置电压源的正极，其漏极连接第一NMOS管的源极、第三 NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极和漏极； [0008] 第三NMOS管的漏极连接第一NMOS管的栅极、第三PMOS管的漏极和电流源的负极并 通过第二电容后接地，其源极连接第二NMOS管的源极和偏置电压源的负极并接地； [0009] 第二NMOS管的宽长比与第三NMOS管的宽长比之比小于第二PMOS管的宽长比与第 三PMOS管的宽长比之比。 [0010] 本发明的有益效果是：通过正反馈环路和负反馈环路的结合能够改善跨阻放大器 的电 源抑制比 ，进而解决APD阵列读出电路的串扰问题。
【CN209627336U】一种跨阻放大器的自动增益电路【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920216105.9(22)申请日 2019.02.20(73)专利权人 厦门优迅高速芯片有限公司地址 361000 福建省厦门市软件园二期观日路52号402(72)发明人 林少衡 林智 (74)专利代理机构 厦门市首创君合专利事务所有限公司 35204代理人 杨依展 张迪(51)Int.Cl.H03G 3/30(2006.01)H03F 1/32(2006.01)H03F 1/42(2006.01)H03F 3/45(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种跨阻放大器的自动增益电路(57)摘要本实用新型提供了一种跨阻放大器的自动增益电路，通过另设一路输入电流分流路径，在输入电流增大时，电流分流路径逐渐开启，部分输入电流从所述电流分流路径流过，使得流过反馈电阻RF的电流部分减小。
上述的一种跨阻放大器的自动增益电路，可应用在各种跨阻放大器中的自动增益控制电路中，尤其是高速率、高带宽的跨阻放大器中，电路结构新颖、简洁，可靠性高。
权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 209627336 U 2019.11.12C N 209627336U权 利 要 求 书1/1页CN 209627336 U1.一种跨阻放大器的自动增益电路，其特征在于：包括nMOS管N0，其漏极接在跨阻放大器的输入端，源极接在一个低交流阻抗电压节点Vinb模块上，Vinb模块的电压值接近但略低于跨阻放大器的输入端电压Vin；跨阻放大器的输出端接入一个信号强度检测模块，用于检测感知跨阻放大器的输入信号强度，并转化为一个直流电压信号，再输入到一个反馈运放OP的反相输入端；反馈运放OP 的同相输入端则接在一个参考电压VREF上；反馈运放OP的输出端则接在N0的栅极上；当跨阻放大器的输入电流信号较小时，运放OP的反相输入端电压高于参考电压VREF，运放OP输出低电平，N0处于关断状态，输入电流只通过反馈电阻R F流通；当输入电流信号逐步增大时，运放OP的反相输入端的电压逐步降低，运放OP输出的电压逐步升高，N0逐步开启导通；输入电流的部分交流分量和直流分量通过NO分流。
2.4Gb／s跨阻型光前置放大器CAD及验证
2.4Gb／s跨阻型光前置放大器CAD及验证
高建军;梁春广
【期刊名称】《半导体情报》
【年(卷),期】1994(031)004
【摘要】阐述了光纤通信前置放大器的设计原理，分析了光接收机中ＰＩＮ二极管和ＧａＡｓＦＥＴ器件的信号模型和噪声模型，提取了放大器用ＧａＡｓＦＥＴ器件的模型参数（包括大信号、小信号和噪声模型参数）。
利用ＰＳＰＩＣＥ程序对光前置放大器进行了模拟分析和优化设计，并实际制作了用于２．４Ｇｂ／ｓ光纤通信的ＰＩＮ－ＨＥＭＴ前置放大器。
实测结果表明放大器３ｄＢ带宽达到ＤＣ～４．４ＧＨｚ，增益为１８±１ｄＢ；加入ＰＩＮ二极管后的光接收模块的３ｄＢ带宽为ＤＣ～１．６８８ＧＨｚ，满足了２．４Ｇｂ／ｓ光纤通信的需要。
【总页数】13页(P26-38)
【作者】高建军;梁春广
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.71
【相关文献】
1.开关电容阵列中高带宽跨阻前置放大器设计 [J], 王科;王铮;刘振安;魏微;陆卫国;Gary Varner
2.10Gb/s宽动态范围CMOS跨阻前置放大器 [J], 刘全;冯军
3.0.18μm CMOS 2.5Gb/s光接收机跨阻前置放大器的设计 [J], 周盛华;杨波;韩鹏;王志功
4.2.5 Gb/s CMOS光接收机跨阻前置放大器 [J], 陶蕤;王志功;董毅;谢世钟
5.CMOS1.4THzΩ155Mb/s光接收机差分跨阻前置放大器 [J], 田俊;王志功;梁帮立;熊明珍;施毅;郑有炓
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
被严格控制 。系统的增益 A 由下式给出 :
A
≈
A
3 0
(6)
这里 A0 代表单级的开环增益 。
在电路调试中发现 ,当减小反馈电阻 PMOS 管
的宽长比时 ,放大器的增益增加 ,带宽减小 。当其他
条件不变时 ,若减小推挽反相器中 M3 管的宽长比 ,
效果与改变反馈电阻 PMOS 管的结果相同 。若减
(2) 其输出可以端到端地满摆幅工作 , 具有 78. 5 %的最高效率[7] 。由图 2 可知 ,跨阻放大器增 益 G为
G = V out Iin
=
RF
1
1 + s R F Cin
(1)
1+A
其中 , A 是放大器的开环增益 , RF 是放大器的反馈
电阻 , Cin 是输入寄生电容 ,包括光检器的寄生电
RF
=
L
WL μp Cox (V GS -
V T)
(4)
跨阻放大器的带宽近似为
( 1. Key Laboratory of Microsystem , Shenzhen Graduate School of Peking University , Shenzhen 518055 , CHN; 2. Optical Memory National Engineering Research Center ,Shenzhen Graduate School of Tsinghua University , Shenzhen 518055 , CHN)
图 3 推挽式放大器
这种由推挽反相器构成的跨阻放大器的突出优
点是 : (1) 电路本身可以进行自偏压 ,不用设计偏压电
路 ,而且静态电流很小 ,可以减小芯片面积 ,同时由 于 2 个管子都由输入直接驱动 ,所以和其他放大器 相比具有更好的增益和带宽 ,而且只要推挽反相器 的 2 个管子都工作在饱和区 ,就能得到最大的电压 增益 。
号 。光存储器件中读取通道的 I2V 转换电路 (A ,B , C ,D) 要求大带宽和低灵敏度 。在伺服通道 , I2V 转 换电路 ( E , F) 要求窄带宽和高灵敏度 。基于以上提 到的系统的要求 ,模拟前端中实现 I2V 转换的前置 放大器的设计就显得尤为重要 。
·660 ·
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
关键词 : 跨阻放大器 ; CMOS 工艺 ; PD IC 中图分类号 : TN722. 71 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 5868 (2009) 05 - 0660 - 03
Optimization Design of Transimpedance Amplif ier f or PD IC AN J ie1 , PI Xue2so ng1 , L I Hui1 , MA J ian2she2 , C H EN G Xue2min2 , L IN J ia2yo ng2
Key words : t ransimpedance amplifier ; CMOS technology ; PDIC
0 引言
完整的 DVD/ CD 系统由模拟前端 ( PD IC) 和复 杂的数字信号处理模块组成 ,如图 1 所示[1] 。光盘 系统的模拟前端与磁盘的一样 ,都是为读取通道提 供高频信号 ,为伺服控制提供低频分量 。PD IC 中 放大器的输入信号与一组 6 pin (A ,B ,C ,D , E , F) 或 8 pin (A ,B ,C ,D , E1 , E2 ,F1 ,F2) 的光电二极管阵列
SEMICOND UCTOR OPTOEL ECTRONICS Vol. 30 No. 5
光电器件
Oct. 2009
用于 PD IC 的跨阻放大器的优化设计
安 杰1 , 邳雪松1 , 李 挥1 , 马建设2 , 程雪岷2 , 林家用2
( 1. 北京大学 深圳研究生院集成微系统科学与工程重点实验室 ,广东 深圳 518055 ; 2. 清华大学 深圳研究生院光盘国家研究分中心 ,广东 深圳 518055)
图 1 CD/ DVD 系统模拟前端框图
目前 ,常见的前置放大器主要有三种 :1) 高阻放 大器 :它采用大的负载电阻来获得高灵敏度和低噪 声 ,但带宽和动态范围不够理想 ;2) 低阻放大器 :电 路结构简单 ,但噪声大 ,性能较差 ;3) 跨阻放大器 :它 具有增益稳定 、动态范围大 、频带宽和不需要均衡电 路等优点 ,所以应用最广[223 ] 。
摘 要 : 提出了一种用于 PDIC 的跨阻放大器 。电路由三级相同的推挽放大器级联而成 ,每 级均采用一动态电阻对负载进行补偿 ,以提高放大器的相位裕度 。反馈电阻由一栅极受控的 PMOS 管替代 ,避免了大尺寸多晶硅电阻引入的附加相移 ,增加了电路的稳定性 。采用 XFAB 0. 6 μm CMOS 工艺提供的 PD K ,在 Cadence Spect re 环境下进行电路设计 、仿真验证 。仿真结果表明 , 电路的增益 、带宽及稳定性均得到满意结果 。
容 Cs和封装电容 Cp 。由上面的讨论可知输入寄生
电容 Cin 和反馈电阻 RF 是影响放大器增益和带宽的
主要因素 ,因此可以通过改变寄生电容 Cin 和反馈电
阻 RF的方式来改变放大器的带宽和增益 。改变寄
生电容较为困难 ,通常是改变放大器的反馈电阻 。
减小反馈电阻时 ,放大器带宽增加 ,增益减小 ,同时
《半导体光电》2009 年 10 月第 30 卷第 5 期
安 杰 等 : 用于 PDIC 的跨阻放大器的优化设计
1 跨阻放大器的设计与优化
输入端的推挽放大器一般用来最大化放大器的 跨导和增加增益带宽积[526] 。如图 3 所示 ,这种结构 是由一个 PMOS 管和一个 NMOS 管并联形成的 , 看起来象数字电路中的非门 ,但是由于 MOS 管具 有工作在不同的范围 ,实现不同功能的特性 ,所以当 这 2 个 MOS 管都工作在饱和区时就能实现放大的 功能 。
在输入端 , R C 时间常数是一个十分重要的参 数 ,它限制着整个电路的速度 。带宽可以通过提高 电路的开环增益而获得 ,然而在电路速度的提升同 时 ,由于增益带宽积要保持恒定 ,组成放大器的级数 与开环增益却要减小[4] 。跨阻放大器设计时还应注 意避免负反馈引起系统的稳定性问题[4] 。在本文 中 ,每级的动态负载通过一个动态电阻来进行补偿 , 提高了放大器的稳定性 。
Abstract : Presented is a t ransimpedance amplifier for PD IC. The designed amplifier is co nfigured o n t hree identical p ush2p ull amplifier stages t hat use an active load co mpensated by an active resistor to imp rove t he p hase margin of t he amplifier . The feedback resistor is replaced by a PMOS t ransistor which is biased by t he gate voltage. The replacement not o nly avoids t he p hase2shif t int roduced by t he large ploy2resisto r but imp roves t he stabilit y perfo rmance of t he t ransimpedance amplifier . Based o n XFABπs 0. 6μm CMOS , circuit design and simulatio n were performed by using Cadence Spect re. The simulatio n result s show t hat t he gain , bandwidt h and stabilit y of t he amplifier all achieve goo d performance.
跨阻前置放大器是通过反馈电阻 RF 给输入端 提供负反馈的高增益 、高阻抗的放大器 ,其具有低噪 声 、大带宽的特点 。该放大器实质上是一个电流2电 压变换器 。其电路形式如图 2 所示 。
图 2 跨阻前置放大器
跨阻放大器采用负反馈有两个显著的优点 。第 一 ,在 A 很大时 , 跨阻增益主要依赖于反馈电阻 RF 的值而不是 A 的值 ,这样 ,在 A 保持很高值的同时 , 反馈电阻 RF 的值也可以取得很大 。第二 ,在输入端 的等效 R C 时间常数减小了 A + 1 倍 ,这样就展宽了 电路带宽 。
引入了额外的热噪声电流 ,降低放大器的灵敏度 ,但
是增加反馈电阻又会使带宽降低 。因此 ,要对带宽 、
增益和噪声给予综合考虑 ,合理选择反馈电阻的大
小是非常重要的 。在许多 CMOS 工艺条件下 ,制作
精密控制的阻值和合适的物理尺寸的电阻是很困难
·661 ·
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
收稿日期 :2008 - 11 - 07.
基金项目 : 广 东 省 粤 港 关 键 领 域 招 标 项 目
(2005A10208004) .
相连 。因此 ,读取通道和伺服通道是建立在对模拟 前端相应部分的 I2V 转换 、放大 、低通滤波及对失调 调整的基础之上的 。在光盘系统中 ,光检测器把盘 面反射回的微弱光脉冲信号转换为电流脉冲信号 , 并通过一个低噪声的前置放大器将其转换为电压信