专利名称：高频带宽放大电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种高频带宽放大电路。
背景技术：
在各种信号接收机(射频通信、光纤通信、高速串行通信)中，需要对接收到的微弱信号进一步放大，以便后续电路对该信号的处理。随着信号频率越来越来高，高频信号在介质传输过程中的损失也越来越大。众所周知地,信号的频率越高需要的放大电路的带宽越宽，信号的损失越高需要放大电路的增益越大；综合这两方面使得对放大器的增益带宽积的需求要求越来越高。请参考图I，图I为现有技术中闻频带宽放大电路的原理图。现有的闻频带宽放大电路主要由运放组成，且运放包括第一场效应管Ml与第二场效应管M2,第一场效应管Ml的栅极与第二场效应管M2的栅极与外部输入端IN连接，第一场效应管Ml的源极与外部电源VDD连接，第二场效应管M2的源极接地，第一场效应管Ml的漏极与第二场效应管M2的漏极均与输出端口 OUT连接，从而运放将外部输入端IN输入的高频信号经放大后由输出端口 OUT输出；其中，在运放对输入的高频信号进行放大的过程中，由于第一场效应管Ml与第二场效应管M2的寄生电容的存在，使得高频信号在其传输通路上引入一个极点，高频信号传输函数在该极点处以20db/10倍频程下降，从而使得高频信号传递函数带宽降低；众所周知地，放大器(也即是所述运放)仅对带宽以内的高频信号有放大作用，带宽越低放大器对高频信号放大作用越弱，因此对高频带宽放大电路而言，应使寄生电容尽可能地减小而使其对高频信号带宽的影响尽可能的小。在现有技术中，通常是通过使用小尺寸的放大器以减小寄生电容，但是小尺寸的放大器其电流驱动能力也很弱，使得放大器不能满足工作要求。另外，在上述基础上要获得更高的增益带宽积，还可通过提供更高的电流以及功耗来实现，因增益带宽积与工作电流的平方成正比；但这种方法需要提供较大的电流，同时也需要较大的功耗，从而使得这种方法越来越失去吸引力。随着高频带宽放大电路对增益带宽积的需求进一步增加，由于传统拓扑结构的限制，即使将电流再增大也无法使增益带宽积有效地增大，从而使高频带宽放大电路对增益带宽积的提高陷入工艺瓶颈。因此，有必要提供一种改进的高频带宽放大电路以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种高频带宽放大电路，该高频带宽放大电路具有更高的增益带宽积，更小的功耗，且主运放结构简单，寄生电容小，噪声低。为实现上述目的，本发明提供一种高频带宽放大电路，包括正向通路与反向通路，所述正向通路的输入端与外部正向输入端连接，其输出端与正向输出端口连接，以输出正向高频信号，所述反向通路的输入端与外部反向输入端连接，其输出端与反向输出端口连接，以输出反向高频信号，其中，所述高频带宽放大电路还包括一反馈网络，所述正向通路包括第一运放与第二运放，所述第一运放的输入端与外部正向输入端连接，其输出端与所述第二运放的输入端连接，所述第二运放的输出端与正向输出端口连接，所述反向通路包括第三运放与第四运放，所述第三运放的输入端与外部反向输入端连接，其输出端与所述第四运放的输入端连接，所述第四运放的输出端与反向输出端口连接，所述反馈网络包括第五运放与第六运放，所述第五运放的输入端与正向输出端口连接，其输出端与第四运放的输入端连接，所述第六运放的输入端与反向输出端口连接，其输出端与第二运放的输入端连接。较佳地，所述第一运放、第二运放、第三运放及第四运放上均跨接有反馈电阻。与现有技术相比，本发明的高频带宽放大电路由于所述正向通路与反向通路均由两个运放构成，使得输出的正向高频信号与反向高频信号均是经过两级放大的，从而输出的高频信号具有更大的增益带宽积；由于在所述正向通路与反向通路之间还连接有反馈网络，使得所述正向通路的第一运放的输出端与第反向通路的第三运放的输出端均耦合有相应的电感，从而在第一运放的输出端与第三运放的输出端分别提供一额外零点，以抵消第一运放和第三运放输出端的极点，扩展输出高频信号的带宽，提高输出高频信号的增益带宽积；且所述反馈网络将所述正向通路与反向通路联系起来，使得伪差分电路结构通过反 馈网络成为全差分电路结构，提高了整个高频带宽放大电路的共模抑制比。通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
图I为现有技术中高频带宽放大电路的原理图。图2为本发明高频带宽放大电路的原理图。
具体实施例方式现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种高频带宽放大电路，该高频带宽放大电路具有更高的增益带宽积，更小的功耗，且主运放结构简单，寄生电容小，噪声低。请参考图2，图2为本发明高频带宽放大电路的原理图。如图所示,本发明的高频带宽放大电路包括正向通路、反向通路及反馈网络。所述正向通路的输入端与外部正向输入端Vinl连接,其输出端与正向输出端口 Voutl连接,夕卜部正向输入端Vinl向所述正向通路输入正向高频信号，所述正向通路将该高频信号放大后经正向输出端口 Voutl而输出正向高频信号；所述反向通路的输入端与外部反向输入端Vin2连接,其输出端与反向输出端口 Vout2连接,与所述正向通路类似地，外部反向输入端Vin2向所述反向通路输入反向高频信号，所述反向通路将该高频信号放大后经反向输出端口 Vout2而输出反向高频信号；从而所述正向通路与所述反向通路构成一伪差分电路，以向后续负载电路输出符合要求的正向高频信号与反向高频信号；所述反馈网络连接于所述正向通路与反向通路之间，从而所述反馈网络将所述正向通路与反向通路联系起来，使得伪差分电路结构通过反馈网络成为全差分电路结构，提高了整个高频带宽放大电路的共模抑制比。具体地，所述正向通路包括第一运放OPAl与第二运放0PA2，所述第一运放OPAl的输入端与外部正向输入端Vinl连接，其输出端与所述第二运放0PA2的输入端连接，所述第二运放0PA2的输出端与正向输出端口 Voutl连接，即所述第一运放OPAl与第二运放0PA2串联连接于正向输入端Vinl与正向输出端口 Voutl之间；所述第一运放OPAl与第二运放0PA2可分别对所述正向输入端Vinl输入的正向高频信号进行放大，从而使得输入的正向高频信号在所述正向通路内经两级放大而输出，以提高输出的正向高频信号的增益带宽积。所述反向通路包括第三运放0PA3与第四运放0PA4，所述第三运放0PA3的输入端与外部反向输入端Vin2连接，其输出端与所述第四运放0PA4的输入端连接，所述第四运放0PA4的输出端与反向输出端口 Vout2连接；与所述正向通路类似地，所述反向输入端Vin2输入的反向高频信号经所述第三运放0PA3与第四运放0PA4两级放大后，由所述反向输出端口 Vout2输出，提高了输出的反向高频信号的增益带宽积。所述反馈网络包括第五运放0PA5与第六运放0PA6，且所述第五运放0PA5的输 入端与正向输出端口 Voutl连接，其输出端与第四运放0PA4的输入端连接，所述第六运放0PA6的输入端与反向输出端口 Vout2连接，其输出端与第二运放0PA2的输入端连接；从而所述第五运放0PA5与第六运放0PA6在整个高频带宽放大电路中构成一有源负反馈网络，且所述第五运放0PA5与第六运放0PA6将所述正向通路与反向通路联系起来，使得伪差分电路结构通过反馈网络耦合成为全差分电路结构，提高了整个高频带宽放大电路的共模抑制比。其中所述反馈网络将所述正向输出端口 Voutl的正向高频信号反馈至所述反向通路，且将反向输出端口 Vout2的反向高频信号反馈至所述正向通路，即反馈网络将反向通路与正向通路耦合在一起，从而当外部输入的正向高频信号或反向高频信号在某一时刻产生一共模噪声时，通过对正向通路与反向通路的耦合作用，该变化将作为共模信号同时作用于正向高频信号与反向高频信号，由于全差分电路固有特性将消除该共模噪声，提高共模抑制比。其中，本发明的各个所述运放0PA1-0PA6的结构及功能作用均与背景技术中所述的运放完全相同，在此不再重复描述。另外，如背景技术所述可知，在高频带宽放大电路中，各运放因存在寄生电容而在高频信号的传输通路上引入极点，而影响输出高频信号的带宽；在本发明中，将第一运放OPAl的寄生电容定义为C21，将第二运放0PA2与正向输出端口 Voutl组合产生的寄生电容定义为C22，相应地，将第三运放0PA3的寄生电容定义为C31,将第四运放0PA4与反向输出端口 Vout2组合产生的寄生电容定义为C32 ;通过控制理论系统传递函数的推导，反馈网络将改变高频信号从输入到输出的传递函数，具体地，在本发明中，由于在所述高频带宽放大电路中引入所述反馈网络，所述反馈网络将所述正向通路的第一运放OPAl的输出端处的极点映射成为零点，也即是通过反馈网络的第六运放0PA6作为系统负反馈部件存在，将使得反向通路上的寄生电容C32在第二运放0PA2输入端呈现为电感效应，即0PA4输出端处寄生电容C32通过所述第六运放0PA6的反馈作用转化为第一运放OPAl输出端处的对偶电感，从而在第一运放OPAl的输出端提供一额外零点，高频信号传输函数在零点处以20db/10倍频程上升，恰好补偿了寄生电容C21在该处产生的极点的影响，从而所述第六运放0PA6在保持大增益的同时扩展了正向输出端口 Voutl输出高频信号的带宽，增加了正向输出高频信号的增益带宽积；其中，所述极点及零点的产生及对高频信号的具体影响，均为本领域技术人员所熟知，在此不再详细描述；类似地，寄生电容C22通过所述第五运放0PA5作为其对偶电感而反馈耦合到第三运放0PA3的输出端，在所述第三运放0PA3的输出端提供一额外零点，恰好补偿了寄生电容C31在该处产生的极点，增加了反向输出高频信号的增益带宽积。从而，在本发明的高频带宽放大电路中，可通过所述反馈网络分别增大正向输出高频信号与反向输出高频信号的增益带宽积，而且高频信号输出稳定可靠，同时提高了整个高频带宽放大电路的共模抑制比。在本发明的优选实施方式中，所述正向通路与反向通路的各个所述运放上均跨接有反馈电阻；具体地，所述第一运放OPAl上跨接第一反馈电阻R1，所述第二运放0PA2上跨接第二反馈电阻R2，所述第三运放0PA3上跨接第直反馈电阻R3，所述第四运放0PA4上跨接第四反馈电阻R4 (具体见图2);各个所述反馈电阻构成相应所述运放的负反馈，该负反馈降低了对应的运放作为前级的负载电阻，同时也降低本级的输出负载电阻，扩展了高频信号输出后的工作带宽，并且使得运 放增益在各种工艺条件下相对恒定；另外，所述反馈电阻可实现其对应的运放对电压的取样及电流求和(即对电流进行放大)，使得整个高频带宽放大电路结构简单，功耗小。以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
权利要求
1.一种高频带宽放大电路，包括正向通路与反向通路，所述正向通路的输入端与外部正向输入端连接，其输出端与正向输出端口连接，以输出正向高频信号，所述反向通路的输入端与外部反向输入端连接，其输出端与反向输出端口连接，以输出反向高频信号，其特征在于，还包括一反馈网络，所述正向通路包括第一运放与第二运放，所述第一运放的输入端与外部正向输入端连接，其输出端与所述第二运放的输入端连接，所述第二运放的输出端与正向输出端口连接，所述反向通路包括第三运放与第四运放，所述第三运放的输入端与外部反向输入端连接，其输出端与所述第四运放的输入端连接，所述第四运放的输出端与反向输出端口连接，所述反馈网络连接于所述正向通路与反向通路之间，且包括第五运放与第六运放，所述第五运放的输入端与正向输出端口连接，其输出端与第四运放的输入端连接，所述第六运放的输入端与反向输出端口连接，其输出端与第二运放的输入端连接。
2.如权利要求I所述的高频带宽放大电路，其特征在于，所述第一运放、第二运放、第三运放及第四运放上均跨接有反馈电阻。
全文摘要
本发明公开了一种高频带宽放大电路，包括正向通路与反向通路，正向通路的输入端与外部正向输入端连接，其输出端与正向输出端口连接，反向通路的输入端与外部反向输入端连接，其输出端与反向输出端口连接，其中，高频带宽放大电路还包括一反馈网络，正向通路包括第一运放与第二运放，第一运放的输入端与外部正向输入端连接，其输出端与第二运放的输入端连接，第二运放的输出端与正向输出端口连接，反向通路包括第三运放与第四运放，第三运放的输入端与外部反向输入端连接，其输出端与第四运放的输入端连接，第四运放的输出端与反向输出端口连接，反馈网络连接于正向通路与反向通路之间。本发明的高频带宽放大电路具有更高的增益带宽积，更小的功耗，且主运放结构简单，寄生电容小，噪声低。
文档编号H03F3/45GK102916657SQ20121041020
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者张子澈, 武国胜 申请人:四川和芯微电子股份有限公司