一种基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器

本发明属于集成电路，具体涉及一种基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器。

背景技术：

1、随着激光技术以及集成电路技术的发展，激光雷达逐步应用于自动驾驶及消费电子等领域。目前，应用最广泛的是基于直接飞行时间方法的激光雷达，请参见图1，图1是一种典型的基于直接飞行时间方法的激光雷达系统的框架示意图，该激光雷达系统通常由激光发射、前端接收和后端信号处理三部分组成，其中前端接收部分通常是限制激光雷达系统性能的主要因素。

2、由于线性模式雪崩光电二极管通常采用特殊工艺制造，因此难以与前端接收电路单片集成，而模拟硅光电倍增管相比于线性模式雪崩光电二极管具有更大的增益，并且能够实现与后级电路的全集成设计，对于较远距离探测，模拟硅光电倍增管也具有更大的动态范围与灵敏度。因此模拟硅光电倍增管常常作为光电探测器件，与后级的跨阻放大器电路采用直接耦合的方式进行级联，但是硅光电倍增管输出端的大寄生电容降低了跨阻放大器的带宽，这使得激光雷达系统的测量速度与精度严重受限。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，包括：

3、电流缓冲器单元，采用调节型共源共栅结构，包括电压信号输入端、电流信号输入端和电流信号输出端，其中，所述电压信号输入端用于与电源电压的电源电压信号端和参考电压源的参考电压信号端电连接，所述电流信号输入端用于与外部器件的电流信号端电连接，所述电流信号输出端与核心放大器单元的信号输入端电连接；

4、所述核心放大器单元，包括n个放大级、信号输入端和信号输出端，其中，第1个放大级的输入端为所述信号输入端，第n个放大级的输出端为所述信号输出端；n为奇数；

5、反馈单元，包括第一端和第二端，其中，所述第一端与所述信号输入端电连接，所述第二端与所述信号输出端电连接。

6、本发明具有如下有益技术效果：

7、本发明的电流缓冲器单元采用调节型共源共栅结构，可以隔离硅光电倍增管输出端的大电容，在不影响电路动态范围和线性度的同时，能够改善硅光电倍增管输出大电容对跨阻放大器带宽的影响，从而提高跨阻放大器的带宽；反馈单元引入了左半平面零点，可以改善环路稳定性，实现输入电流到输出电压的转换与放大功能；核心放大器单元包括奇数个放大级，可以在提升核心放大器增益的同时，降低核心放大器的输入电阻，提高跨阻放大器的带宽。因此，本发明可以提高跨阻放大器的带宽，显著提高激光雷达系统的测量距离和测距精确度。

8、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，所述参考电压信号端包括：第一参考电压信号端和第二参考电压信号端；所述电流缓冲器单元包括：晶体管m1、晶体管m2、晶体管m3、晶体管m4、晶体管m5和晶体管m6；

3.根据权利要求2所述的基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，所述第一极为栅极，所述第二极为源极，所述第三极为漏极；所述晶体管m1、所述晶体管m2、所述晶体管m4和所述晶体管m6均为pmos管；所述晶体管m3和所述晶体管m5为nmos管。

4.根据权利要求1所述的基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，所述n个放大级中，第n个放大级的输出端与第n+1个放大级的输入端电连接；n为1至n中的任意一个整数。

5.根据权利要求4所述的基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，所述第n+1个放大级包括：第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；所述第一晶体管的第一极与所述第n个放大级的输出端电连接，第二极与所述电源电压信号端电连接；所述第二晶体管的第一极与所述第一晶体管的第一极电连接，第三极与所述第一晶体管的第三极电连接，第二极与接地端gnd电连接；所述第三晶体管的第一极和第三极均分别与所述第二晶体管的第三极和第n+2个放大级的输入端电连接，第二极与所述接地端gnd电连接。

6.根据权利要求5所述的基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，所述第一晶体管为pmos管，所述第二晶体管和所述第三晶体管为nmos管。

7.根据权利要求1所述的基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，所述反馈单元包括：并联的电容和电阻；所述电阻和所述电容的一端均与所述信号输入端电连接，所述电阻和所述电容的另一端均与所述信号输出端电连接。

8.根据权利要求2所述的基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，其特征在于，所述电流缓冲器单元的传输函数的表达式为：

技术总结
本发明公开了一种基于电流缓冲器的高带宽跨阻放大器，包括：电流缓冲器单元，采用调节型共源共栅结构，包括电压信号输入端、电流信号输入端和电流信号输出端，其中，电压信号输入端用于与电源电压的电源电压信号端和参考电压源的参考电压信号端电连接，电流信号输入端用于与外部器件的电流信号端电连接，电流信号输出端与核心放大器单元的信号输入端电连接；核心放大器单元，包括N个放大级、信号输入端和信号输出端，第1个放大级的输入端为信号输入端，第N个放大级的输出端为信号输出端；N为奇数；反馈单元的第一端与信号输入端电连接，第二端与信号输出端电连接。本发明可以用于隔离硅光电倍增管输出端的大电容，提高跨阻放大器的带宽。

技术研发人员：王夏宇,孙既海,马瑞,胡进,李栋,刘阳,朱樟明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15