Cmos低温低噪声运放电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种CMOS低温低噪声运放电路，其偏置电路部分采用多级电流镜套构的方式，参考电流基准采用两个二极管连接的MOS管有源电阻生成，使放大器的参考电流具有较好的温度特性；放大部分采用差分输入的折叠共源共栅结构，一级放大就能使放大器的开环增益大于80dB，克服了传统的二级放大使用的米勒补偿电容在低温77K下容易引起振荡的缺点；差分输入对管采用宽长比大于100的大管子，有利于CMOS放大器噪声性能地提高，该差分运算放大器在常温和低温77K之间都能正常工作，可作为低温CMOS电路设计的标准放大器模块使用，既可以应用在光伏红外探测器电路，也可应用在长波红外光导探测器电路。
【专利说明】CMOS低温低噪声运放电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种CMOS运放电路，具体涉及一种CMOS低温低噪声的运放电路。
【背景技术】
[0002] 在航天遥感领域中，大部分的红外探测器都在低温下工作，为提高系统的性能，减 少外界引入的干扰，要求探测器与电路近距离连接，即设计的电路也需在低温下工作。目 前，商业化的电路产品都是针对常温设计的，在低温下可能无法正常工作。为了提高系统的 性能，必须设计低温下能正常工作的CMOS读出电路，其中读出电路中核也模块是CMOS差 分运算放大器，如果具有成熟的低温CMOS差分运算放大器模块，将会更加有利于将来低温 CMOS电路的设计。
[0003] 2005年3月2日授权的曹必松等的中国专利CN 1588794 A，公布了一种射频频段 低温低噪声放大器，该放大器是属于射频【技术领域】的放大器，主要应用于CDMA频段，采用 的是双极型工艺，没有采用现在的常规CMOS工艺，无法应用到现在的主流CMOS电路的设计 中。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能应用在低温CMOS电路设计中的CMOS差分运算放大 器标准模块，提高低温CMOS专用集成电路的设计水平。
[0005] 该低温CMOS差分运算放大器的放大部分如图1所示，采用差分输入的一级折叠共 源共栅结构。其中PM7和PM8是输入对管，PM7、PM8、醒4、醒5构成差分输入的共源共栅结 构，PM4、PM5为差分输出的有源负载，NM6、醒7给共源共栅提供电流源，Biasl、Bias2、Bias3 为偏置电压，In-、In+为差分运算放大器的正负输入端。该低温CMOS差分运算放大器的偏 置电路部分如图2所示，其中醒3与NMO构成第一级电流镜，PMO与PMl构成第二级电流镜， 醒1与放大部分的NM6、醒7构成电流镜，PMO与放大部分的PM3构成电流镜。
[0006] 其特征在于；该CMOS低温低噪声差分运算放大器的输入管采用1500 y m/1. 5 y m 的大管子，大大降低了放大器的等效输入噪声；电路拓扑结构采用一级折叠共源共栅结构， 无需使用米勒补偿电容，克服了普通的两级放大器在低温下米勒补偿电容变化而容易导致 电路振荡的缺点；低温放大器的偏置电路采用H级镜像的方式，没有使用多晶娃电阻来生 成参考电流，克服了多晶娃电阻随温度变化导致电路静态工作点漂移的缺点。该CMOS差分 运算放大器在常温和低温77K之间都能正常工作。此设计方法适合于大部分的微米级或亚 微米级的微电子工艺。该运放可作为CMOS电路设计的标准放大器模块使用，即可W应用在 光伏红外探测器电路，也可应用在长波光导红外探测器电路。
[0007] 本发明的优点如下：
[0008] 1.该CMOS低温低噪声运放模块使用了共源共栅结构，一级放大就能达到80地W 上的放大倍数，电源电压抑制比也比较高，减小了电源纹波引入的噪声。
[0009] 2.该CMOS低温低噪声运放模块用于红外光伏探测器电路时其等效输入电流噪声 小于 0. 0：3pA/Hzi/2(MKHz。
[0010] 3.该CMOS低温低噪声运放模块从常温300K到低温77K都能正常工作，不仅可应 用于光伏和光导红外探测器的信号放大，还可W作为其它低温CMOS电路的标准运算放大 器模块使用。
[0011] 4.该CMOS低温低噪声运放模块采用标准的微米或亚微米CMOS工艺制造而成，保 证了芯片制造的可重复性。
[0012] 5.该CMOS低温低噪声运放模块无需使用补偿电容，克服了普通的两级放大器补 偿电容在低温下变化而容易导致电路振荡的缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图ICMOS低温低噪声运放模块放大电路部分结构图。
[0014] 图2CM0S低温低噪声运放模块偏置电路部分结构图。
[0015] 图3CM0S低温低噪声运放模块输入对管的对称版图。
[0016] 图4CM0S低温低噪声运放开环增益的仿真结果图。
[0017] 图5CM0S低温低噪声运放模块放大电路总图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明：
[001引 实施例1
[0020] 此电路总的噪声主要由输入管PM7、PM8管决定，其等效输入噪声电压计算公式 为：
[0021]
【权利要求】
1. 一种CMOS低温低噪声运放电路，包括放大电路模块和偏置电路模块，其特征在于： 所述的放大电路模块采用差分输入的折叠共源共栅结构的放大电路，其中差分输入对 管采用宽长比大于100的PM0S管，共源共栅结构的开环增益大于80dB ; 所述的偏置电路模块采用多级电流镜套构的方式，其基准电流部分采用二极管连接方 式的有源电阻组成。
【文档编号】H03F1/26GK104362992SQ201410546517
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】袁红辉, 陈永平, 陈世军, 宋伟清 申请人:中国科学院上海技术物理研究所