专利名称：集成限幅放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集成限幅放大器，集成限幅放大器的共模反馈及失调消除技术。
背景技术：
目前，成熟的商用集成限幅放大器均由双极型(Bipolar)器件构成。为发挥CMOS工艺的优势，近年已有人[1，2，3]采用连续检测(Successive Detection)的方式成功设计出性能良好的CMOS限幅放大器。但是，还存在一定的不足之处。Matt Peterson的设计集成了较多的电阻，结构简单，但电阻版图面积大、温度特性差且工艺误差高，对电路总体性能有较大的负面影响。K.Shorram等人的设计较为典型，他们在1995年的《超大规模集成电路技术论文文摘》中的第95页(1995 Symposlum on VLSI Circuits Digest of Technical Papers.p.95)中公开了名称为《互补场效应管限幅放大器和信号强度指示》(“A CMOS Limiting Amplifier and Signal-Strength Indicator”)中采用二极管连接型N沟道场效应管(Diode-connected N场效应管)作为N沟道场效应管差分对的上拉电阻，由于衬偏效应，这将严重地减小限幅放大器的动态范围，限制其在低压电路中的应用。Po-ChuinHuang等人为克服上述缺点，在IEEE固体电路杂志2000年10月第10期卷35(IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.35，No，10，Oct.2000，p1474)中公开了《10.7MHZ互补场效应管限幅放大器/指示输入信号幅度》(《A2-V10.7MHz CMOS LimitingAmplifier/RSSI》)，它采用二极管连接型N沟道场效应管(Diode-connected N场效应管)作为互补场效应管差分对的下拉电阻，这固然增大了动态范围，却由于输出端共模点随工作状态改变，难于实现共模反馈，导致了电路对温度变化和工艺误差敏感，降低了电路性能。
如图1所示，典型的CMOS限幅放大器由7个低增益(例如G＝12dB)差分放大器级联构成。8全波整流器及RC网络将7个差分放大器的输出或输入加和，整流成直流电压，用于指示输入信号幅度(RSSI)。电路的工作过程为输入信号每增大G倍(例如12dB)，将饱和一级放大器，输入信号幅度指示的电压因此增大1倍。幅度最小的输入信号使第7级放大器饱和，最大的使7个放大器全部饱和。另外，电路还增加一个RC反馈网络和减法器用于失调消除。
性能优良的低增益差分放大器常常采用如图2所示的结构。放大器正常工作时处于线性放大状态，饱和时处于非线性放大状态。为了增大动态范围，输入输出共模点在线性放大与非线性放大时难以一致，不易用常规的方法实现共模反馈。无共模反馈的差分MOS放大器对温度和工艺误差极为敏感，其成品常常不能正常工作。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决以上问题，提出一种集成限幅放大器，它可降低电路对温度变化和工艺的敏感度。
为实现上述目的，本实用新型提出一种集成限幅放大器，包括依次串联的一个以上差分放大器、反馈放大器和电阻电容反馈网络，所述的差分放大器包括互补场效应管差分对和分别与互补场效应管差分对的双输出端相连的第一、第二上拉场效应管，反馈放大器的双输入端接至多级中的最后一级差分放大器的双输出端，反馈放大器的双输出端分别经电阻电容反馈网络接至每级差分放大器中的第一、第二上拉场效应管的共模电压输入端。
由于采用了以上的方案，电阻电容滤波器产生的共模电压形成负反馈，能有效的阻止场效应管由于温度变化或工艺偏差而进入非饱和区，因而可以确保电路总能正常工作。也就是说，电路对温度和工艺误差的灵敏度降低了，提高了成品率。
图1是现有技术集成限幅放大器实施例的电路框图；图2是现有技术集成限幅放大器中低增益差分放大器的电路图；图3是本实用新型集成限幅放大器实施例的电路框图；图4本实用新型集成限幅放大器中低增益差分放大器的电路图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一如图3所示，一种集成限幅放大器，包括依次串联的一个以上差分放大器f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、反馈放大器f8、电阻电容反馈网络2和一个以上的全波整流电路，所述的差分放大器f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7包括互补场效应管差分对和分别与互补场效应管差分对T3、T4的输出端相连的第一、第二上拉场效应管T1、T2，反馈放大器f8的双输入端接至多级中的最后一级差分放大器f7的双输出端，反馈放大器f8的双输出端分别经电阻电容反馈网络2接至每级差分放大器中的第一、第二上拉场效应管T1、T2的共模电压输入端a、b。每个全波整流电路的输入端分别接至对应的每个差分放大器的输入端，所有全波整流电路的输出端连接在一起。电阻电容反馈网络2，包括依次串联的第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2的另一端作为电阻电容反馈网络2的双输入端，第一电容C1的两端作为电阻电容反馈网络2的第一、第二输出端。其中差分放大器包括第一、第二N沟道场效应管T1、T2，第一、第二、第三、第四和第五P沟道场效应管T3、T4、T5、T6、T7，第一和第二N沟道场效应管T1、T2共漏极，它们的源极分别作为第一、第二输出端且接至第一、第二P沟道场效应管T3、T4的漏极，第一、第二P沟道场效应管T3、T4的栅级作为共模电压输入端；第一、第二P沟道场效应管T3、T4的栅极为第一、第二电源输入端，它们共源极，且经第五P沟道场效应管T7接地。第一、第二输出端与地之间接有第四和第五沟道场效应管T5、T6，它们的栅极与漏极接在一起，作为稳压管。如图3所示。其中前7个差分放大器完全相同，均为低增益放大器。信号从第7级放大器输出到后面的电路进行其它的处理。而为了保证良好的反馈效果，一般要求反馈放大器的增益较高，其结构可以与前7级放大器不一样或不类似。我提供的方案采用了类似的结构，也就是说，反馈放大器的尺寸比例与前7级是不一样的，即增益不一样。反馈放大器结合RC网络产生共模电压反馈给前面7级差分放大器。
原电路结构对工艺误差和温度敏感的原因在于，当温度变化或工艺偏差时，场效应管的特性或偏置电压将会随机变化，场效应管很容易脱离饱和区(saturate region)进入非饱和区(triode region)，从而使差分放大器无法放大，电路失效！实施例一所述方案的关键在于，反馈放大器结合电阻电容反馈网络产生的共模电压可形成负反馈，能有效地防止场效应管由于温度变化或工艺偏差而进入非饱和区，因而可以确保电路总能正常工作。也就是说，电路对温度和工艺误差的灵敏度降低了。同时，虽然该方案没有专门的失调消除电路，却具有失调消除的功能。电阻电容反馈网络在电容两端产生了两个共模反馈电压，正确地将这两个电压连接到每级放大器相应的场效应管上，可以有效地抑制电路的失调电压。
本设计方案在没有增加电路复杂度的情况达到了以下的效果1>保持了电路较大动态范围的同时，大幅度地降低了电路对温度和工艺的灵敏度，提高了成品率。温度从0℃到85℃，在整个工作范围内，RSSI输出误差相对于室温时小于0.5dB，比K.Shorram的文献报道的结果1dB高出1倍。
2>特定温度下电路的线性度有较大提高。在整个工作区，电路的线性波动小于0.1dB。K.Shorram的文献报道为0.3dB。
3>电路没有专门的失调消除电路，却具有失调消除功能。
权利要求1.一种集成限幅放大器，包括依次串联的一个以上差分放大器(f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7)和电阻电容反馈网络(2)，所述的差分放大器(f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7)包括互补场效应管差分对和分别与互补场效应管差分对(T3、T4)的双输出端相连的第一、第二上拉场效应管(T1、T2)，其特征是还包括反馈放大器(f8)，反馈放大器(f8)的双输入端接至多级中的最后一级差分放大器(f7)的双输出端，反馈放大器(f8)的双输出端分别经电阻电容反馈网络(2)接至每级差分放大器中的第一、第二上拉场效应管(T1、T2)的共模电压输入端(a、b)。
2.如权利要求1所述的集成限幅放大器，其特征是所述的电阻电容反馈网络(2)，包括依次串联的第一电阻(R1)、第一电容(C1)和第二电阻(R2)，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的另一端作为电阻电容反馈网络(2)的双输入端，第一电容(C1)的两端作为电阻电容反馈网络(2)的第一、第二输出端。
3.如权利要求1或2所述的集成限幅放大器，其特征是还包括一个以上的全波整流电路，每个全波整流电路的输入端分别接至对应的差分放大器的输入端，所有全波整流电路的输出端连接在一起。
4.如权利要求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沟道场效应管(T1、T2)，第一、第二和第三P沟道场效应管(T3、T4、T7)，第一和第二N沟道场效应管(T1、T2)共漏极，它们的源极分别作为第一、第二输出端且接至第一、第二P沟道场效应管(T3、T4)的漏极，第一、第二P沟道场效应管(T3、T4)的栅级作为共模电压输入端；第一、第二P沟道场效应管(T3、T4)的栅极为第一、第二电源输入端，它们共源极，且经第五P沟道场效应管(T7)接地。
5.如权利要求4所述的集成限幅放大器，其特征是还包括第四和第五P沟道场效应管(T5、T6)，第一、第二输出端与地之间接有第四和第五沟道场效应管(T5、T6)，它们的栅极与漏极接在一起，作为稳压管。
专利摘要本实用新型公开一种集成限幅放大器，包括依次串联的一个以上差分放大器、反馈放大器和电阻电容反馈网络，所述的差分放大器包括互补场效应管差分对和分别与互补场效应管差分对的双输出端相连的第一、第二上拉场效应管，反馈放大器的双输入端接至多级中的最后一级差分放大器，反馈放大器的双输出端分别经电阻电容反馈网络接至每级差分放大器中的第一、第二上拉场效应管的共模电压输入端。由于电阻电容滤波器产生的共模电压形成负反馈，能有效的阻止场效应管由于温度变化或工艺偏差而进入非饱和区，因而可以确保电路总能正常工作。也就是说，电路对温度和工艺误差的灵敏度降低了，提高了成品率。
文档编号H03F1/34GK2622932SQ03234919
公开日2004年6月30日 申请日期2003年6月11日 优先权日2003年6月11日
发明者马成炎, 但亚平 申请人:深圳源核微电子技术有限公司