限幅放大器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種限幅放大器，包括具有直流失調消除功能的輸入級、級聯增益級、輸出級和反饋級。輸入級接收差分輸入信號并產生第一級差分信號。級聯增益級耦接于輸入級，且接收第一級差分信號并產生第二級差分信號。輸出級耦接于級聯增益級，且接收第二級差分信號并產生輸出信號。反饋級的輸出端耦接于輸入級的輸入端，反饋級的輸入端選擇性地耦接于級聯增益級的輸出端或者輸出級的輸出端，反饋級接收級聯增益級的輸出端的中間輸出信號或者輸出級的輸出信號并產生直流調整信號。輸入級接收直流調整信號。本發明提供的限幅放大器能夠形成雙環的直流負反饋環路，以更有效地消除其級聯增益級的多級級聯在輸出級之前出現的不匹配導致的電壓失調現象。
【專利說明】限幅放大器【技術領域】
[0001]本發明涉及一種放大裝置，尤其涉及一種應用于光通信接收機或者接收信號幅度檢測(RSSI)的限幅放大器。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，光纖通訊已經進入了有線通信的各個領域，成為通信發展的主流，同時，GPS接收機系統也越來越普及，RSSI的設計也越重視。其中，限幅放大器在GPS收機系統及RSSI中起著重要的作用。
[0003]圖1是現有的限幅放大器示意圖，它包含輸入級100、由增益單元101-105級聯組成的級聯增益級、輸出級106、反饋放大級107和由R1、R2、C1及C2構成的濾波網絡。輸入級100連接電路的差分輸入信號Vip、Vin,同時實現電路的失調電壓消除功能。級聯增益級放大輸入級100的輸出，級聯增益級的輸出供輸出級106緩沖作限幅放大器的輸出信號。濾波網絡對級聯增益級的輸出信號進行低通濾波。反饋放大級107放大濾波網絡的輸出電平，供輸入級100消除直流失調。
[0004]限幅放大器由于工藝偏差等不匹配因素，導致的失調電壓會影響電路正常工作。如圖1中，濾波網絡從輸出級106的輸出信號濾取直流電平以供失調電壓消除。在光接收機中級聯增益級一般3-5級，而在RSSI電路中級聯增益級往往能高達7-8級。由于限幅放大器的級聯增益級是多級級聯，不匹配導致的失調在輸出級106之前就能讓級聯的限幅放大器工作在非正常狀態，影響電路工作。此外，現有的限幅放大器中的濾波網絡的低通截止頻率要求很低，往往需要用外接大電容獲取陡峭的低通截止頻率。
[0005]因此，本領域的技術人員致力于開發一種限幅放大器，以克服上述技術缺陷。
【發明內容】
[0006]有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠更有效地消除電壓失調現象的限幅放大器。
[0007]為實現上述目的，本發明提供了一種限幅放大器，包括具有直流失調消除功能的輸入級、級聯增益級、輸出級以及反饋級。輸入級接收差分輸入信號，且能夠完成直流失調消除功能并產生第一級差分信號。級聯增益級耦接于輸入級，且接收第一級差動信號并產生第二級差分信號。輸出級耦接于級聯增益級，且接收第二級差分信號并產生輸出信號。反饋級的輸出端耦接于輸入級的輸入端，反饋級的輸入端選擇性地耦接于級聯增益級的輸出端或者輸出級的輸出端，反饋級接收級聯增益級的輸出端的中間輸出信號或者輸出級的輸出信號并產生直流調整信號。其中，輸入級接收直流調整信號。
[0008]在本發明的較佳 實施方式中，反饋級包括濾波網絡與反饋放大器，反饋放大器耦接于輸入級，濾波網絡選擇性地耦接于級聯增益級的輸出端或者輸出級的輸出端。
[0009]在本發明的較佳實施方式中，濾波網絡包括阻抗模塊和分別跨接在放大器的兩對輸入引腳和輸出引腳之間的兩個阻抗匹配電容。[0010]在本發明的較佳實施方式中，阻抗模塊包括兩個切換開關和兩個阻抗匹配電阻，兩個切換開關控制濾波網絡耦接于級聯增益級的輸出端或者輸出級的輸出端。
[0011 ] 在本發明的較佳實施方式中，兩個阻抗匹配電容的電容值相同。
[0012]在本發明的較佳實施方式中，輸入級包括兩組跨導級差分對管、兩個R-C低通濾波器、阻抗級以及源隨器，其中一組跨導級差分對管的輸入端為差分輸入信號，其中另一組跨導級差分對管的輸入端為直流調整信號經過兩個R-C低通濾波后的信號，兩組跨導級差分對管的輸出信號依次經過阻抗級與源隨器以產生第一級差分信號。
[0013]在本發明的較佳實施方式中，級聯增益級包括多個依次級聯的增益單元，級聯增益級的輸出端為任一增益單元的輸出端。
[0014]在本發明的較佳實施方式中，多個增益單元分別包括負米勒補償電容。
[0015]在本發明的較佳實施方式中，多個增益單元分別包括源隨器。
[0016]在本發明中，反饋級的輸出端耦接于輸入級的輸入端，反饋級的的輸入端選擇性地耦接于級聯增益級的輸出端或者輸出級的輸出端，反饋級接收級聯增益級的輸出端的中間輸出信號或者輸出級的輸出信號并產生直流調整信號。即，反饋級產生直流調整信號的基礎可以是來自級聯增益級的輸出端的中間輸出信號或是來自輸出級的輸出信號，由此能夠形成雙環的直流負反饋環路，以更有效地消除限幅放大器由于其級聯增益級的多級級聯而在輸出級之前出現不匹配導致的電壓失調現象。
[0017]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是現有的限幅放大器示意圖；
[0019]圖2是本發明的一個較佳實施例的限幅放大器示意圖；
[0020]圖3是圖2所示的限幅放大器中的輸入級的示意圖；
[0021]圖4是圖2所示的限幅放大器中的級聯增益級的一個增益單元的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖2所示，本實施例中，限幅放大器包括輸入級200、級聯增益級211、輸出級206以及反饋級。級聯增益級211耦接于輸入級200與輸出級206之間。反饋級的輸出端接于輸入級的輸入端，反饋級的輸入端選擇性地耦接于級聯增益級211的輸出端或者輸出級206的輸出端。
[0023]如圖3所示，在本實施例中，輸入級200包括兩組跨導級差分對管、兩個R-C低通濾波器、阻抗級以及源隨器。阻抗級包括兩個電阻Rl、R2。兩個R-C低通濾波器分別由電阻R5、電容C5組成以及由電阻R6、電容C6組成。源隨器包括電阻R3、R4，兩個MOS管M5、M6，以及電流源13、14。源隨器的增益近似為I以起到緩沖輸出作用。阻抗級與源隨器分別耦接入電壓端Vdd。其中一組跨導級差分對管包括兩個MOS管Ml、M2 ;其中，Ml、M2的柵極用以接收差分輸入信號Vip和Vin，Ml、M2的源級通過電流源Il接地，Ml、M2的漏極耦接于阻抗級。其中另一組跨導級差分對管包括兩個MOS管M3、M4;其中，M3、M4的柵極通過兩個R-C低通濾波器接收直流調整信號Vfdp、Vfbn, M3、M4的源級通過電流源12接地，M3、M4的漏極耦接于阻抗級。兩組跨導級差分對管的輸出電流依次經過阻抗級與源隨器以產生第一級差分信號Vonl、Vopl。據此,輸入級200的差分輸出信號Voutl的計算公式為Voutl=Vopl-Vonl= (Vin^gm1 2-VfCl^gm3s4) *R，其中，gmK2> gm3、4 分別為 MOS 管 Ml、M2 和 M3、M4的跨導，R為電阻Rl、R2的阻值，Vin為差分輸入信號的值，Vfb為直流調整信號的值。SP，輸入級200接收直流調整信號Vfdp、Vfbn以完成對差分輸入信號Vip、Vin的直流失調消除功能，從而抑制限幅放大器由于工藝偏差等不匹配因素而導致的電壓失調。
[0024]在本實施例中，級聯增益級211包括多個增益單元201-205。每一個增益單元的結構示意圖如圖4，包括負米勒補償電容C7和C8以擴展帶寬，還包括由兩個MOS管M9和M10、電阻R9和RlO以及電流源16、17形成的源隨器以緩沖輸出。每一個增益單元輸入一對差分信號Vi+、V1-，輸出一對差分信號Vo+、Vo-。例如對于增益單元201，其輸入的一對差分信號Vi+、V1-為第一級差分信號Vonl、Vopl ;對于增益單元205，其輸出的一對差分信號Vo+、Vo-為第二級差分信號Von2、Vop2。每一個增益單元中的電阻R7和R8、電容C7和C8、M0S管M7和M8以及電流源15形成該增益單元的放大級。由此，級聯增益級211接收并放大第一級差分信號Vonl、Vopl,以產生第二級差分信號Von2、Vop2。即，級聯增益級211起到放大信號的作用。級聯增益級211中增益單元的數量并不限制為圖2中的五個，于其它實施例中，增益單元的數量可以根據實際需要選擇。
[0025]在本實施例中，輸出級206接收并緩沖第二級差分信號Von2、Vop2，以產生輸出信號Von、Vop。即，輸 出級206起到緩沖信號的作用，以保證后續應用的匹配。
[0026]在本實施例中，反饋級包括濾波網絡210與反饋放大器209，反饋放大器209耦接于輸入級200，濾波網絡210選擇性地耦接于級聯增益級211的輸出端或者輸出級206的輸出端。在本實施例中，級聯增益級211的輸出端設為增益單元203的輸出端，即濾波網絡210選擇性地耦接于級聯增益級211的增益單元203的輸出端或者輸出級206的輸出端。然而，本發明并不以此為限制，級聯增益級211的輸出端可以設為增益單元201、202、204的其中任一的輸出端。于其它實施例中，可以根據實際需要選擇級聯增益級211中不同增益單元的輸出端，以達到直流失調消除的最佳功效。
[0027]在本實施例中，濾波網絡210包括阻抗模塊207和分別跨接在放大器208的兩對輸入引腳和輸出引腳之間的兩個阻抗匹配電容C3、C4。阻抗模塊207包括兩個切換開關K1、K2和兩個阻抗匹配電阻R1、R2，其中，切換開關Kl串聯于阻抗匹配電阻R1，切換開關K2串聯于阻抗匹配電阻R2。切換開關K1、K2分別為單刀雙擲開關，能夠切換耦接至增益單元203的輸出端或者上述輸出級206的輸出端。即，當開關Κ1、Κ2切換耦接至增益單元203的輸出端時，濾波網絡210接收級聯增益級211的增益單元203輸出的差分信號并濾取其中的直流失調信號，反饋放大器209將直流失調信號放大后輸出直流調整信號Vfdp、Vfbn ;當開關K1、K2切換耦接至輸出級206的輸出端時，濾波網絡210接收輸出級206輸出的輸出信號以濾取其中的直流失調信號，反饋放大器209將直流失調信號放大后輸出直流調整信號Vfdp、Vfbn0
[0028]在本實施例中，兩個阻抗匹配電容C3、C4的電容值相同且分別跨接在放大器208的兩對輸入引腳和輸出引腳之間，以形成米勒補償效應。據此，濾波網絡210的低通截止頻率的計算公式為1/(A*C*R)，其中，A為放大器208的增益，C為阻抗匹配電容C3、C4的電容值，R為阻抗匹配電阻Rl、R2的電阻值。由上述計算公式可知，當C、R的值不變時，放大器208的增益A越大，濾波網絡210的低通截止頻率越低。即，米勒補償能使接入的電容值不變的情況下，實現較低的低通截止頻率，亦即米勒補償能夠應用中等的電容值獲得大電容(A*C視作等效后的電容值)。
[0029]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種限幅放大器，其特征是，包括: 具有直流失調消除功能的輸入級，所述輸入級接收差分輸入信號，產生第一級差分信號; 級聯增益級，所述級聯增益級耦接于所述輸入級，所述級聯增益級接收所述第一級差分信號并產生第二級差分信號； 輸出級，所述輸出級耦接于所述級聯增益級，所述輸出級接收所述第二級差分信號并產生輸出信號；以及 反饋級，所述反饋級的輸出端耦接于所述輸入級的輸入端，所述反饋級的輸入端選擇性地耦接于所述級聯增益級的輸出端或者所述輸出級的輸出端，所述反饋級接收所述級聯增益級的輸出端的中間輸出信號或者所述輸出級的所述輸出信號并產生直流調整信號，其中，所述輸入級接收所述直流調整信號。
2.根據權利要求1所述的限幅放大器，其特征是，所述反饋級包括濾波網絡與反饋放大器，所述反饋放大器耦接于所述輸入級，所述濾波網絡選擇性地耦接于所述級聯增益級的輸出端或者所述輸出級的輸出端。
3.根據權利要求2所述的限幅放大器，其特征是，所述濾波網絡包括阻抗模塊和分別跨接在放大器的兩對輸入引腳和輸出引腳之間的兩個阻抗匹配電容。
4.根據權利要求3所述的限幅放大器，其特征是，所述阻抗模塊包括兩個切換開關和兩個阻抗匹配電阻，所述兩個切換開關控制所述濾波網絡耦接于所述級聯增益級的輸出端或者所述輸出級的輸出端。
5.根據權利要求3所述的限幅放大器，其特征是，所述兩個阻抗匹配電容的電容值相同。
6.根據權利要求1所述的限幅放大器，其特征是，所述輸入級包括兩組跨導級差分對管、兩個R-C低通濾波器、阻抗級以及源隨器，其中一組跨導級差分對管的輸入信號為所述差分輸入信號，其中另一組跨導級差分對管的輸入信號為所述直流調整信號經過所述兩個R-C低通濾波后的信號，所述兩組跨導級差分對管的輸出信號依次經過所述阻抗級與所述源隨器以產生所述第一級差分信號。
7.根據權利要求1所述的限幅放大器，其特征是，所述級聯增益級包括多個依次級聯的增益單元，所述級聯增益級的輸出端為任一所述增益單元的輸出端。
8.根據權利要求7所述的限幅放大器，其特征是，所述多個增益單元皆包括負米勒補償電容。
9.根據權利要求7所述的限幅放大器，其特征是，所述多個增益單元皆包括源隨器。
【文檔編號】H03F1/34GK103973235SQ201410141352
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】江亮 申請人:嘉興禾潤電子科技有限公司