一种宽带跨阻放大电路及带宽拓展方法

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种宽带跨阻放大电路及带宽拓展方法。

背景技术：

1、跨阻放大电路作为读取和转换电流和电压信号的桥梁，在电子系统中必不可少。尤其是在新兴的如生物电信号传感、生物分子信号(由dna或蛋白质产生)获取、生物光电探测、ph传感等可穿戴电子领域，以及图像传感、显示控制、机械应变检测、压力的空间分布等智能工业领域具有广阔应用空间。

2、跨阻放大电路的关键性能是保持输入阻抗尽可能低，以最小化输入电压摆幅以实现高线性性能，并最小化输入电容对宽带应用的影响。现有的跨阻放大结构可分为两类：运算放大器反馈型跨阻放大电路及单支路跨阻放大电路。运算放大器反馈型跨阻放大结构，依赖于运算放大器的性能，需要设计高性能的运算放大器，在高增益和宽带宽实现方面存在设计难度，并且还带来设计复杂度高的问题。另一方面，单支路跨阻放大结构可以最小化对输入信号幅度的影响。但这种结构要求支路内信号处理晶体管具有较高的固有增益，以减轻通道电阻引起的隔离度下降，这在实现上也存在难度，尤其是在低成本应用中。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种宽带跨阻放大电路及带宽拓展方法。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，由晶体管构成，包括输入负容抗全差分放大器、差分转单端电路以及两个电阻反馈回路；

4、所述输入负容抗全差分放大器包括栅极自举全差分运算放大电路、两个可调负容阻抗、两个电路结构相同且对称的共源共栅极放大电路；

5、所述栅极自举全差分运算放大电路用于为宽带跨阻放大电路的输入端产生负电容；

6、第一个所述共源共栅极放大电路的输入端作为宽带跨阻放大电路的第一输入端，其输出端作为输入负容抗全差分放大器的第一输出端，连接至差分转单端电路的第一输入端；

7、第二个所述共源共栅极放大电路的输入端作为宽带跨阻放大电路的第二输入端，其输出端作为输入负容抗全差分放大器的第二输出端，连接至差分转单端电路的第二输入端；

8、两个电阻反馈回路的两极，分别连接至两个共源共栅极放大电路的输入端和输出端；

9、两个可调负容阻抗，分别连接在两个共源共栅极放大电路中，共源晶体管的栅极和共栅晶体管的栅极之间，等效为在整个宽带跨阻放大器的信号输入端的等效电容器；所述可调负容阻抗上设有负容值调整端口。

10、进一步地，第一个可调负容阻抗包括串联的第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和第二电容器之间的连接点作为负容值调整端口；

11、第二个可调负容阻抗包括串联的第三电容器和第四电容器，所述第三电容器和第四电容器之间的连接点作为负容值调整端口。

12、进一步地，电容器采用晶体管来实现，其中，晶体管的源极和漏极短接，作为电容器的一端，晶体管的栅极作为电容器的另一端。

13、进一步地，所述共源共栅极放大电路包括共源晶体管、共栅晶体管和负载晶体管；

14、其中，所述共源晶体管的栅极作为共源共栅极放大电路的输入端，共源晶体管的漏极与所述共栅晶体管的源极连接；

15、共栅晶体管的漏极作为共源共栅极放大电路的输出端，且与负载晶体管连接。

16、进一步地，所述差分转单端电路包括第一晶体管、第二晶体管；

17、所述第一晶体管的栅极作为差分转单端电路的第一输入端，所述第二晶体管的栅极作为差分转单端电路的第二输入端；所述第一晶体管的源极与第二晶体管漏极连接，且连接点作为差分转单端电路的输出端。

18、进一步地，所述电阻反馈回路包括第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管；

19、所述第三晶体管的漏极和源极作为电阻反馈回路的两极，其栅极连接第五晶体管的源极；

20、第四晶体管的源极和漏极短接，且与第三晶体管的栅极连接，第四晶体管的栅极连接第三晶体管的源极；

21、第五晶体管的栅极和漏极短接，其中，对于n沟道器件短接到电源，对于p沟道器件短接到地。

22、进一步地，所述的栅极自举全差分运算放大电路包括电路结构对称的第一侧和第二侧，其中第一侧包括第六晶体管、第七体管、第八晶体管；

23、所述第六晶体管的栅极作为栅极自举全差分运算放大电路的输入端，其源极与第七晶体管的漏极连接，其漏极作为栅极自举全差分运算放大电路的输出端；

24、所述第七晶体管的栅极连接至第六晶体管的漏极；

25、所述第八晶体管的栅极和源极短接，且连接至第六晶体管的漏极；

26、其中，第一侧中的第六晶体管的源极和第二侧中的第六晶体管的源极短接；第一侧中的输入端与第一个共源共栅极放大电路中共源晶体管的栅极连接，第一侧中的输出端与第二个共源共栅极放大电路中共源晶体管的栅极连接；第二侧中的输入端与第二个共源共栅极放大电路中共栅晶体管的栅极连接，第二侧中的输出端与第一个共源共栅极放大电路中共栅晶体管的栅极连接。

27、进一步地，所述宽带跨阻放大电路中的晶体管为n型晶体管或者p型晶体管。

28、进一步地，所述宽带跨阻放大电路采用以下其中一种工艺来实现：硅基工艺、n型金属氧化物薄膜晶体管工艺、非晶硅或多晶硅薄膜晶体管工艺、p型有机薄膜晶体管工艺、cmos互补金属氧化物半导体工艺、碳纳米管工艺。

29、本发明所采用的另一技术方案是：

30、一种应用如上所述的跨阻放大电路的带宽拓展方法，包括如下步骤：

31、s1：对于与跨阻放大电路的输入端对接的前级信号源或前级电路，进行输出阻抗测量计算，得到容抗值；

32、s2：在跨阻放大电路总的输入端与最后一级的输入端之间构建自举运算放大器；

33、s3：在自举运算放大器的同相输入和输出端跨接电容或晶体管电容，根据密勒效应，使其在跨阻放大器的输入端构建负容性等效阻抗；

34、s4：对于不同的前级输入电容，通过调节步骤s3中跨接电容的容值或跨接晶体管电容的栅极电位，以使跨阻放大器的输入端产生的负容性等效阻抗抵消原电容，从而实现带宽拓展。

35、本发明的有益效果是：本发明仅需通过改变电压就能调节输入电容以拓展带宽，实现简单，同时根据前级输入电容不同具有较宽的调节范围。另外，栅极自举运算放大电路既提供了负容输入的实现方式，也提高整个跨阻运算放大器的增益，有效提高了电路的复用性。采用薄膜晶体管做电阻反馈回路有效提高了跨阻增益，使之能应用范围前文所述的场景当中。

技术特征：

1.一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，包括输入负容抗全差分放大器、差分转单端电路以及两个电阻反馈回路；

2.根据权利要求1所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，第一个可调负容阻抗包括串联的第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和第二电容器之间的连接点作为负容值调整端口；

3.根据权利要求2所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，电容器采用晶体管来实现，其中，晶体管的源极和漏极短接，作为电容器的一端，晶体管的栅极作为电容器的另一端。

4.根据权利要求1所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，所述共源共栅极放大电路包括共源晶体管、共栅晶体管和负载晶体管；

5.根据权利要求1所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，所述差分转单端电路包括第一晶体管、第二晶体管；

6.根据权利要求1所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，所述电阻反馈回路包括第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管；

7.根据权利要求1所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，所述的栅极自举全差分运算放大电路包括电路结构对称的第一侧和第二侧，其中第一侧包括第六晶体管、第七体管、第八晶体管；

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，所述宽带跨阻放大电路中的晶体管为n型晶体管或者p型晶体管。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种宽带跨阻放大电路，其特征在于，所述宽带跨阻放大电路采用以下其中一种工艺来实现：硅基工艺、n型金属氧化物薄膜晶体管工艺、非晶硅或多晶硅薄膜晶体管工艺、p型有机薄膜晶体管工艺、cmos互补金属氧化物半导体工艺、碳纳米管工艺。

10.一种应用如权利要求1-9任意一项所述的跨阻放大电路的带宽拓展方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种宽带跨阻放大电路及带宽拓展方法，属于集成电路领域。其中跨阻放大电路包括输入负容抗全差分放大器、差分转单端电路以及两个电阻反馈回路；所述的输入负容抗全差分放大器第一输出端、第二输出端与所述的差分转单端电路第一输入端、第二输入端连接；所述的电阻反馈回路分别跨接在输入负容抗全差分放大器的第一输入端、第二输出端和第二输入端、第一输出端；与现有技术相比，本发明对于薄膜晶体管，提供了有效的晶体管负载电阻及跨阻放大器的实现方法，且可通过输入可调电容等效的负电容实现带宽拓展，电路结构简单易实现。

技术研发人员：赵明剑,史欣格,陆瀚玉
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17