專利名稱：集成限幅放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種集成限幅放大器，集成限幅放大器的共模反饋及失調(diào)消除技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，成熟的商用集成限幅放大器均由雙極型(Bipolar)器件構(gòu)成。為發(fā)揮CMOS工藝的優(yōu)勢，近年已有人[1，2，3]采用連續(xù)檢測(Successive Detection)的方式成功設(shè)計(jì)出性能良好的CMOS限幅放大器。但是，還存在一定的不足之處。Matt Peterson的設(shè)計(jì)集成了較多的電阻，結(jié)構(gòu)簡單，但電阻版圖面積大、溫度特性差且工藝誤差高，對(duì)電路總體性能有較大的負(fù)面影響。K.Shorram等人的設(shè)計(jì)較為典型，他們?cè)?995年的《超大規(guī)模集成電路技術(shù)論文文摘》中的第95頁(1995 Symposlum on VLSI Circuits Digest of Technical Papers.p.95)中公開了名稱為《互補(bǔ)場效應(yīng)管限幅放大器和信號(hào)強(qiáng)度指示》(“A CMOS Limiting Amplifier and Signal-Strength Indicator”)中采用二極管連接型N溝道場效應(yīng)管(Diode-connected N場效應(yīng)管)作為N溝道場效應(yīng)管差分對(duì)的上拉電阻，由于襯偏效應(yīng)，這將嚴(yán)重地減小限幅放大器的動(dòng)態(tài)范圍，限制其在低壓電路中的應(yīng)用。Po-ChuinHuang等人為克服上述缺點(diǎn)，在IEEE固體電路雜志2000年10月第10期卷35(IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.35，No，10，Oct.2000，p1474)中公開了《10.7MHZ互補(bǔ)場效應(yīng)管限幅放大器/指示輸入信號(hào)幅度》(《A2-V10.7MHz CMOS LimitingAmplifier/RSSI》)，它采用二極管連接型N溝道場效應(yīng)管(Diode-connected N場效應(yīng)管)作為互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)的下拉電阻，這固然增大了動(dòng)態(tài)范圍，卻由于輸出端共模點(diǎn)隨工作狀態(tài)改變，難于實(shí)現(xiàn)共模反饋，導(dǎo)致了電路對(duì)溫度變化和工藝誤差敏感，降低了電路性能。
如圖1所示，典型的CMOS限幅放大器由7個(gè)低增益(例如G＝12dB)差分放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。8全波整流器及RC網(wǎng)絡(luò)將7個(gè)差分放大器的輸出或輸入加和，整流成直流電壓，用于指示輸入信號(hào)幅度(RSSI)。電路的工作過程為輸入信號(hào)每增大G倍(例如12dB)，將飽和一級(jí)放大器，輸入信號(hào)幅度指示的電壓因此增大1倍。幅度最小的輸入信號(hào)使第7級(jí)放大器飽和，最大的使7個(gè)放大器全部飽和。另外，電路還增加一個(gè)RC反饋網(wǎng)絡(luò)和減法器用于失調(diào)消除。
性能優(yōu)良的低增益差分放大器常常采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)。放大器正常工作時(shí)處于線性放大狀態(tài)，飽和時(shí)處于非線性放大狀態(tài)。為了增大動(dòng)態(tài)范圍，輸入輸出共模點(diǎn)在線性放大與非線性放大時(shí)難以一致，不易用常規(guī)的方法實(shí)現(xiàn)共模反饋。無共模反饋的差分MOS放大器對(duì)溫度和工藝誤差極為敏感，其成品常常不能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決以上問題，提出一種集成限幅放大器，它可降低電路對(duì)溫度變化和工藝的敏感度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出一種集成限幅放大器，包括依次串聯(lián)的一個(gè)以上差分放大器、反饋放大器和電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)，所述的差分放大器包括互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)和分別與互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)的雙輸出端相連的第一、第二上拉場效應(yīng)管，反饋放大器的雙輸入端接至多級(jí)中的最后一級(jí)差分放大器的雙輸出端，反饋放大器的雙輸出端分別經(jīng)電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)接至每級(jí)差分放大器中的第一、第二上拉場效應(yīng)管的共模電壓輸入端。
由于采用了以上的方案，電阻電容濾波器產(chǎn)生的共模電壓形成負(fù)反饋，能有效的阻止場效應(yīng)管由于溫度變化或工藝偏差而進(jìn)入非飽和區(qū)，因而可以確保電路總能正常工作。也就是說，電路對(duì)溫度和工藝誤差的靈敏度降低了，提高了成品率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)集成限幅放大器實(shí)施例的電路框圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)集成限幅放大器中低增益差分放大器的電路圖；圖3是本實(shí)用新型集成限幅放大器實(shí)施例的電路框圖；圖4本實(shí)用新型集成限幅放大器中低增益差分放大器的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實(shí)施例一如圖3所示，一種集成限幅放大器，包括依次串聯(lián)的一個(gè)以上差分放大器f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、反饋放大器f8、電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)2和一個(gè)以上的全波整流電路，所述的差分放大器f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7包括互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)和分別與互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)T3、T4的輸出端相連的第一、第二上拉場效應(yīng)管T1、T2，反饋放大器f8的雙輸入端接至多級(jí)中的最后一級(jí)差分放大器f7的雙輸出端，反饋放大器f8的雙輸出端分別經(jīng)電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)2接至每級(jí)差分放大器中的第一、第二上拉場效應(yīng)管T1、T2的共模電壓輸入端a、b。每個(gè)全波整流電路的輸入端分別接至對(duì)應(yīng)的每個(gè)差分放大器的輸入端，所有全波整流電路的輸出端連接在一起。電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)2，包括依次串聯(lián)的第一電阻R1、第一電容C1和第二電阻R2，第一電阻R1和第二電阻R2的另一端作為電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)2的雙輸入端，第一電容C1的兩端作為電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)2的第一、第二輸出端。其中差分放大器包括第一、第二N溝道場效應(yīng)管T1、T2，第一、第二、第三、第四和第五P溝道場效應(yīng)管T3、T4、T5、T6、T7，第一和第二N溝道場效應(yīng)管T1、T2共漏極，它們的源極分別作為第一、第二輸出端且接至第一、第二P溝道場效應(yīng)管T3、T4的漏極，第一、第二P溝道場效應(yīng)管T3、T4的柵級(jí)作為共模電壓輸入端；第一、第二P溝道場效應(yīng)管T3、T4的柵極為第一、第二電源輸入端，它們共源極，且經(jīng)第五P溝道場效應(yīng)管T7接地。第一、第二輸出端與地之間接有第四和第五溝道場效應(yīng)管T5、T6，它們的柵極與漏極接在一起，作為穩(wěn)壓管。如圖3所示。其中前7個(gè)差分放大器完全相同，均為低增益放大器。信號(hào)從第7級(jí)放大器輸出到后面的電路進(jìn)行其它的處理。而為了保證良好的反饋效果，一般要求反饋放大器的增益較高，其結(jié)構(gòu)可以與前7級(jí)放大器不一樣或不類似。我提供的方案采用了類似的結(jié)構(gòu)，也就是說，反饋放大器的尺寸比例與前7級(jí)是不一樣的，即增益不一樣。反饋放大器結(jié)合RC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生共模電壓反饋給前面7級(jí)差分放大器。
原電路結(jié)構(gòu)對(duì)工藝誤差和溫度敏感的原因在于，當(dāng)溫度變化或工藝偏差時(shí)，場效應(yīng)管的特性或偏置電壓將會(huì)隨機(jī)變化，場效應(yīng)管很容易脫離飽和區(qū)(saturate region)進(jìn)入非飽和區(qū)(triode region)，從而使差分放大器無法放大，電路失效！實(shí)施例一所述方案的關(guān)鍵在于，反饋放大器結(jié)合電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的共模電壓可形成負(fù)反饋，能有效地防止場效應(yīng)管由于溫度變化或工藝偏差而進(jìn)入非飽和區(qū)，因而可以確保電路總能正常工作。也就是說，電路對(duì)溫度和工藝誤差的靈敏度降低了。同時(shí)，雖然該方案沒有專門的失調(diào)消除電路，卻具有失調(diào)消除的功能。電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)在電容兩端產(chǎn)生了兩個(gè)共模反饋電壓，正確地將這兩個(gè)電壓連接到每級(jí)放大器相應(yīng)的場效應(yīng)管上，可以有效地抑制電路的失調(diào)電壓。
本設(shè)計(jì)方案在沒有增加電路復(fù)雜度的情況達(dá)到了以下的效果1>保持了電路較大動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，大幅度地降低了電路對(duì)溫度和工藝的靈敏度，提高了成品率。溫度從0℃到85℃，在整個(gè)工作范圍內(nèi)，RSSI輸出誤差相對(duì)于室溫時(shí)小于0.5dB，比K.Shorram的文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果1dB高出1倍。
2>特定溫度下電路的線性度有較大提高。在整個(gè)工作區(qū)，電路的線性波動(dòng)小于0.1dB。K.Shorram的文獻(xiàn)報(bào)道為0.3dB。
3>電路沒有專門的失調(diào)消除電路，卻具有失調(diào)消除功能。
權(quán)利要求1.一種集成限幅放大器，包括依次串聯(lián)的一個(gè)以上差分放大器(f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7)和電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)(2)，所述的差分放大器(f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7)包括互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)和分別與互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)(T3、T4)的雙輸出端相連的第一、第二上拉場效應(yīng)管(T1、T2)，其特征是還包括反饋放大器(f8)，反饋放大器(f8)的雙輸入端接至多級(jí)中的最后一級(jí)差分放大器(f7)的雙輸出端，反饋放大器(f8)的雙輸出端分別經(jīng)電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)(2)接至每級(jí)差分放大器中的第一、第二上拉場效應(yīng)管(T1、T2)的共模電壓輸入端(a、b)。
2.如權(quán)利要求1所述的集成限幅放大器，其特征是所述的電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)(2)，包括依次串聯(lián)的第一電阻(R1)、第一電容(C1)和第二電阻(R2)，第一電阻(R1)和第二電阻(R2)的另一端作為電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)(2)的雙輸入端，第一電容(C1)的兩端作為電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)(2)的第一、第二輸出端。
3.如權(quán)利要求1或2所述的集成限幅放大器，其特征是還包括一個(gè)以上的全波整流電路，每個(gè)全波整流電路的輸入端分別接至對(duì)應(yīng)的差分放大器的輸入端，所有全波整流電路的輸出端連接在一起。
4.如權(quán)利要求3所述的集成限幅放大器，其特征是所述的差分放大器包括第一、第二N溝道場效應(yīng)管(T1、T2)，第一、第二和第三P溝道場效應(yīng)管(T3、T4、T7)，第一和第二N溝道場效應(yīng)管(T1、T2)共漏極，它們的源極分別作為第一、第二輸出端且接至第一、第二P溝道場效應(yīng)管(T3、T4)的漏極，第一、第二P溝道場效應(yīng)管(T3、T4)的柵級(jí)作為共模電壓輸入端；第一、第二P溝道場效應(yīng)管(T3、T4)的柵極為第一、第二電源輸入端，它們共源極，且經(jīng)第五P溝道場效應(yīng)管(T7)接地。
5.如權(quán)利要求4所述的集成限幅放大器，其特征是還包括第四和第五P溝道場效應(yīng)管(T5、T6)，第一、第二輸出端與地之間接有第四和第五溝道場效應(yīng)管(T5、T6)，它們的柵極與漏極接在一起，作為穩(wěn)壓管。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種集成限幅放大器，包括依次串聯(lián)的一個(gè)以上差分放大器、反饋放大器和電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)，所述的差分放大器包括互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)和分別與互補(bǔ)場效應(yīng)管差分對(duì)的雙輸出端相連的第一、第二上拉場效應(yīng)管，反饋放大器的雙輸入端接至多級(jí)中的最后一級(jí)差分放大器，反饋放大器的雙輸出端分別經(jīng)電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)接至每級(jí)差分放大器中的第一、第二上拉場效應(yīng)管的共模電壓輸入端。由于電阻電容濾波器產(chǎn)生的共模電壓形成負(fù)反饋，能有效的阻止場效應(yīng)管由于溫度變化或工藝偏差而進(jìn)入非飽和區(qū)，因而可以確保電路總能正常工作。也就是說，電路對(duì)溫度和工藝誤差的靈敏度降低了，提高了成品率。
文檔編號(hào)H03F1/34GK2622932SQ03234919
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者馬成炎, 但亞平 申請(qǐng)人:深圳源核微電子技術(shù)有限公司