帶有增益自舉功能的跨阻放大器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于放大器電路技術領域，涉及一種帶有增益自舉功能的跨阻放大器。
【背景技術】
[0002] 光信號能量經過光纖在到達遠端的光電二極管之前會發生一定的損耗。在遠端， 光電二極管按照一定的比例將光強轉換為電流，然后通過一個跨阻放大器(TIA)將這個電 流放大并轉換成電壓。TIA的設計需要在噪聲、帶寬、增益、電源電壓和功率損耗之間進行權 衡，并且在CMOS和雙極型技術方面提出了嚴峻的挑戰。
[0003] 本發明涉及的是帶有增益自舉功能的跨阻放大器的設計內容。
[0004] 圖1給出了常用的跨阻放大器的電路結構。圖1中，跨阻放大器由一個高增益單端 W0S晶體管MN1放大器和一個反饋電阻R0組成，其中匪0S晶體管MN2為源極跟隨器電路。反 饋在輸入端產生一個虛擬的低阻抗，實際上所有的輸入電流均通過反饋電阻，在輸出端形 成電壓。
[0005] 跨阻放大器的原理與結構:假設PINA端輸入光電流的大小為Ιιη，則
[0006] 由圖1得:NM0S晶體管MN1的放大倍數&為：
[0007] Al gmMNl Rl ⑴
[0008] 其中gm_MNi是NM0S晶體管MN1的跨導；
[0009] 由于NM0S晶體管麗2為源極跟隨器的結構，增益近似為1，所以由匪0S晶體管MN1和 NM0S晶體管MN2組成的放大器的增益約為Ai;
[0010] Vout Vpina Αι (2)
[0011] 其中VPINA是PINA端的電壓。假設輸入端總的電容大小為Cin，則：
[0012] Cin Cdo Cgs_mni Cgd_g (3)
[0013 ]其中CDQ是光電二極管DO的等效電容，CGS_MN1是匪OS晶體管MN1的柵源電容，C GDJ^ NM0S晶體管MN1的柵漏電容等效到柵端的米勒電容，其值為：
[0014] Cgd g Cgd(1 Αι) (4)
[0015 ]其中CGD是NM0S晶體管MN1的柵漏電容；
[0016] 通常gm_MNl Ri 1，所以：
[0017] CGD-G CgD gm-MNl Ri (5)
[0018] 所以：
[0019] (6)
[0020] 即：
[0021]
口、
[0022] 反饋放大器提供了一個大約為R〇的中頻帶跨阻增益，而其具有的時間常數為 R C 由于跨阻放大器的主極點位于PINA端，因此，-3dB的帶寬等于：
[0023]
(8)
[0024] 實際應用中，由于NM0S晶體管MN1的柵漏端存在柵漏電容，同時柵漏電容Ccd很大， 其米勒等效到柵端的電容為CCD gmMN1 Ri很大，這樣便使得跨阻放大器的輸入電容Cin很大， 進而使跨阻放大器的帶寬變得很小，很難使帶寬的設計滿足要求。
【發明內容】
[0025] 本發明的目的是提供一種帶有增益自舉功能的跨阻放大器，解決常用的跨阻放大 器輸入管的柵漏電容的米勒等效電容對減小跨阻放大器的帶寬問題比較嚴重的問題。 [0026]本發明所采用的技術方案是，包括誤差放大器A0、NM0S晶體管MN1、匪0S晶體管 MN2、匪0S晶體管MN3、匪0S晶體管MN4、匪0S晶體管MN5、匪0S晶體管MN6、匪0S晶體管MN7、 匪0S晶體管麗8、匪0S晶體管麗9、NM0S晶體管麗10、匪0S晶體管麗11、電流源10、電流源11、 電阻R0、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C0;所述匪0S晶體管MN3的漏極、匪0S晶體管MN4的漏 極、NM0S晶體管MN5的漏極和電阻R1的一端同時連接電源VDD;所述NM0S晶體管MN3的柵極同 時連接電阻R1的另一端、NM0S晶體管MN2的漏極和誤差放大器A0的同相輸入端;所述NM0S晶 體管MN3的源極同時連接電阻R0的一端、電流源10的正端和跨阻放大器的輸出端V QUT，電流 源I 〇的負端連接GND;所述匪0S晶體管MN4的柵極同時連接NM0S晶體管MN5的柵極和誤差放 大器A0的輸出端VO，NM0S晶體管MN4的源極連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端同時連接誤 差放大器A0的反向輸入端和NM0S晶體管MN6的漏極;所述NM0S晶體管MN6的柵極同時連接 匪0S晶體管MN10的柵極和匪0S晶體管麗7的柵極，匪0S晶體管MN6的漏極連接匪0S晶體管 麗8的漏極;所述NM0S晶體管MN8的柵極同時連接NM0S晶體管麗11的柵極、匪0S晶體管麗9的 柵極和電容C0的一端，NM0S晶體管麗8的漏極連接GND;所述匪0S晶體管麗10的漏極同時連 接電流源11和NM0S晶體管MN10的柵極，NM0S晶體管MN10的源極同時連接NM0S晶體管MN11的 漏極和柵極，匪0S晶體管麗11的源極連接GND;所述匪0S晶體管麗5的源極連接電阻R3的一 端，電阻R3的另一端同時連接匪0S晶體管MN7的漏極和匪0S晶體管麗2的柵極;所述匪0S晶 體管麗7的源極連接NM0S晶體管麗9的漏極，匪0S晶體管麗9的源極連接GND;所述NM0S晶體 管麗2的源極同時連接電容C0的一端和匪0S晶體管麗1的漏極;所述匪0S晶體管麗1的柵極 同時連接電阻R0的另一端和TIA跨阻放大器的輸入端PINA，NM0S晶體管MN1的源極連接GND。 [0027]本發明的有益效果是:提出帶有增益自舉功能的跨阻放大器電路對減小輸入管的 柵漏電容的米勒等效電容對跨阻放大器的帶寬的影響已經通過了仿真結果驗證。圖3給出 了常用的跨阻放大器電路和本發明中的帶有增益自舉功能的跨阻放大器電路的交流小信 號增益的仿真結果。圖中曲線1為常用的跨阻放大器的交流小信號增益的曲線，曲線2是本 發明所述帶有增益自舉功能的跨阻放大器的交流小信號增益的曲線。從圖3可以看出常用 的跨阻放大器的_3dB帶寬為1.03GHz，本發明中提出的帶有增益自舉功能的跨阻放大器的-3dB帶寬為2.66GHz。從仿真結果可以看出，本發明提出的帶有增益自舉功能的跨阻放大器 的-3dB帶寬明顯好于常用的跨阻放大器的-3dB帶寬，其帶寬擴展了2.6倍。
【附圖說明】
[0028]圖1是現有常用跨阻放大器的電路原理圖。
[0029] 圖2是本發明的跨阻放大器的結構示意圖。
[0030] 圖3是常用的跨阻放大器電路和本發明中的跨阻放大器電路的交流小信號增益的 仿真結果對比圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0032] -種帶有增益自舉功能的跨阻放大器，結構如圖2所示。
[0033] 包括誤差放大器A0、NM0S晶體管麗1、NM0S晶體管麗2、NM0S晶體管麗3、NM0S晶體管 MN4、匪0S晶體管MN5、匪0S晶體管MN6、匪0S晶體管MN7、匪0S晶體管MN8、匪0S晶體管MN9、 NM0S晶體管麗10、NM0S晶體管麗11、電流源10、電流源11、、電阻R0、電阻R1、電阻R2、電阻R3、 電容C0、；
[0034] NM0S晶體管麗3的漏極、匪0S晶體管MN4的漏極、NM0S晶體管麗5的漏極和電阻R1的 一端同時連接電源VDD;
[0035] NM0S晶體管MN3的柵極同時連接電阻R1的另一端、NM0S晶體管MN2的漏極和誤差放 大器A0的同相輸入端；
[0036] 匪0S晶體管MN3的源極同時連接電阻R0的一端、電流源10的正端和跨阻放大器的 輸出端VoiiT，電流源10的負端連接GND;
[0037] 匪0S晶體管麗4的柵極同時連接匪0S晶體管麗5的柵極和誤差放大器A0的輸出端 VO，NM0S晶體管MN4的源極連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端同時連接誤差放大器A0的反 向輸入端和NM0S晶體管MN6的漏極；
[0038] NM0S晶體管麗6的柵極同時連接匪0S晶體管麗10的柵極和NM0S晶體管麗7的柵極， NM0S晶體管MN6的漏極連接NM0S晶體管MN8的漏極；
[0039] NM0S晶體管麗8的柵極同時連接匪0S晶體管麗11的柵極、NM0