用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面 将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅 是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在 没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 请参考图3至图9,其分别是本发明【具体实施方式】中提供的一种基于对数域非线 性传输函数的低电压低功耗放大器的压缩模块的电路原理图、镜像电流源和转换子电路的 电路原理图、整体的电路原理图、瞬态响应的仿真结果示意图、频率响应的仿真结果示意 图、线性度的仿真结果示意图和直流响应的仿真结果示意图。本实施例中的基于对数域非 线性传输函数的低电压低功耗放大器，主要用于各种便携式医疗器件，特别是基于生物电 进行检测的医疗器件。如图所示，该放大器，包括：压缩模块和非线性转换模块，所述压缩模 块的两个输出端分别与所述非线性转换模块的两个输入端相连；所述压缩模块包括用于将 第一差分输入信号以指数形式转换为第一电压信号的PM0S对和用于将第二差分输入信号 以指数形式转换为第二电压信号的NM0S对；所述第一电压信号和第二电压信号分别通过 两个输出端输出；所述PMOS对由两个互补的PMOS管组成；所述NMOS对由两个互补的NMOS管组成；
[0029] 所述非线性转换模块包括用于根据输入的第一电压信号和第二电压信号生成电 流信号的镜像电流源和用于根据将所述电流信号通过非线性转换函数转换为电压信号的 转换子模块。
[0030] 优选地，所述压缩模块还包括用于将尾流源偏置的M0S管。
[0031] 优选地，所述镜像电流源前端还连接有用于将所述第二电压信号转化成电流信号 的M0S管；所述镜像电流源前端还连接有用于对所述电流信号进行调整的M0S管。
[0032]进一步地，所述压缩模块包括：PM0S管PM0S0、PM0S管PM0S1、PM0S管PM0S2、NM0S 管NM0S0、NM0S管NM0S1和NM0S管NM0S2 ;所述PM0S管PM0S0的源极接入电源电压，PM0S 管PM0S0的漏极和PM0S管PM0S1的源极、PM0S管PM0S2的源极相连，PM0S管PM0S0的栅极 和PM0S管PM0S2的漏极相连并接入参考电流；所述PM0S管PM0S1的栅极接入第一差分输 入信号，所述PM0S管PM0S1的栅极还与PM0S管PM0S1的漏极、NM0S管NM0S2的栅极相连； 所述PM0S管PM0S2的栅极接入参考电压；所述NM0S管NM0S1的栅极接入第二差分输入信 号、NM0S管NM0S1的源极和NM0S管NM0S2的源极、NM0S管NM0S0的漏极相连；所述NM0S 管NM0S1的漏极和NM0S管NM0S1的栅极相连；所述NM0S管NM0S2的漏极接入参考电流并 和NM0S管NM0S0的栅极相连；所述NM0S管NM0S0的源极接地。
[0033]目前的压缩模块单个输入端口，对共模信号没有多大的抑制能力。本方案中采用 对称的差分输入端口，如图3所示，它由互补的PM0S和NM0S晶体管组成，其输入分别从 PM0S和NM0S的栅极输入。PM0S管PM0S1和PM0S管PM0S2组成PM0S端的输入差分对；NM0S1 和NM0S2组成NM0S端的输入差分对；其余M0S管，也就是PM0S管PM0S0和NM0S管NM0S0 分别提供了尾流源的偏置。输入的差分信号分别经过PM0S对和NM0S对，以指数的形式转 换为电压信号，即对数域。
[0034] 由于所有的输入对管都工作在弱反型区，根据M0SFET模型NM0S电压一电流公式
【主权项】
1. 一种基于对数域非线性传输函数的低电压低功耗放大器，其特征在于，包括：压缩 模块和非线性转换模块，所述压缩模块的两个输出端分别与所述非线性转换模块的两个输 入端相连；所述压缩模块包括用于将第一差分输入信号以指数形式转换为第一电压信号的 PMOS对和用于将第二差分输入信号以指数形式转换为第二电压信号的NMOS对；所述第一 电压信号和第二电压信号分别通过两个输出端输出；所述PMOS对由两个互补的PMOS管组 成；所述NMOS对由两个互补的NMOS管组成； 所述非线性转换模块包括用于根据输入的第一电压信号和第二电压信号生成电流信 号的镜像电流源和用于根据将所述电流信号通过非线性转换函数转换为电压信号的转换 子模块。
2. 根据权利要求1所述的一种基于对数域非线性传输函数的低电压低功耗放大器，其 特征在于，所述压缩模块还包括用于将尾流源偏置的MOS管。
3. 根据权利要求1所述的一种基于对数域非线性传输函数的低电压低功耗放大器，其 特征在于，所述镜像电流源前端还连接有用于将所述第二电压信号转化成电流信号的MOS 管；所述镜像电流源前端还连接有用于对所述电流信号进行调整的MOS管。
4. 根据权利要求2所述的一种基于对数域非线性传输函数的低电压低功耗放大器，其 特征在于，所述压缩模块包括：PMOS管PMOSO、PMOS管PMOS UPMOS管PM0S2、NMOS管NMOSO、 NMOS管NMOSl和NMOS管NM0S2 ;所述PMOS管PMOSO的源极接入电源电压，PMOS管PMOSO的 漏极和PMOS管PMOSl的源极、PMOS管PM0S2的源极相连，PMOS管PMOSO的栅极和PMOS管 PM0S2的漏极相连并接入参考电流；所述PMOS管PMOSl的栅极接入第一差分输入信号，所 述PMOS管PMOSl的栅极还与PMOS管PMOSl的漏极、NMOS管NM0S2的栅极相连；所述PMOS 管PM0S2的栅极接入参考电压；所述NMOS管NMOSl的栅极接入第二差分输入信号、NMOS管 NMOSl的源极和NMOS管NM0S2的源极、NMOS管NMOSO的漏极相连；所述NMOS管NMOSl的 漏极和NMOS管NMOSl的栅极相连；所述NMOS管NM0S2的漏极接入参考电流并和NMOS管 NMOSO的栅极相连；所述NMOS管NMOSO的源极接地。
5. 根据权利要求4所述的一种基于对数域非线性传输函数的低电压低功耗放大器，其 特征在于，所述非线性转换模块包括：PM0S管PM0S3、PM0S管PM0S4、PM0S管PM0S5、PM0S管 PM0S6、NM0S 管 NM0S3、NM0S 管 NM0S4、NM0S 管 NM0S5、NM0S 管 NM0S6、NM0S 管 NM0S7 和 NMOS 管NM0S8 ;所述PMOS管PM0S3的栅极和NMOS管NMOSl的漏极、NMOS管NM0S3的栅极相连， 所述PMOS管PM0S3的源极接入电源电压，所述PMOS管PM0S3的漏极和NMOS管NM0S4的漏 极、NMOS管NM0S4的栅极、NMOS管NM0S6的栅极相连；所述NMOS管NM0S4的源极和NMOS 管NM0S5的漏极、NMOS管NM0S5的栅极、NMOS管NM0S7的栅极相连；NMOS管NM0S5的源极 和NMOS管NM0S3的漏极相连；NMOS管NM0S6的源极和NMOS管NM0S7的漏极相连；PMOS管 PM0S4的栅极和NMOS管NM0S2的栅极相连，PMOS管PM0S4的漏极和NMOS管NM0S6的漏极 相连，PMOS管PM0S4的源极和PMOS管PM0S5的漏极、PMOS管PM0S6的源极相连；PMOS管 PM0S5的源极接入电源电压；PMOS管PM0S6的栅极和PMOS管PM0S6的漏极、NMOS管NM0S8 的栅极相连；所述NMOS管NM0S8的漏极输出最后得到的电流信号；所述NMOS管NM0S3的源 极、NMOS管NM0S7的源极、PMOS管PM0S5的栅极、PMOS管PM0S6的漏极、NMOS管NM0S8的 源极均接地。
6. 根据权利要求5所述的一种基于对数域非线性传输函数的低电压低功耗放大器，其 特征在于，所述非线性转换模块还包括PMOS管PM0S7,所述PMOS管PM0S7的漏极和栅极与 NMOS管NM0S8的漏极相连；所述PMOS管PM0S7的源极接入电源电压。
【专利摘要】本发明公开了一种基于对数域非线性传输函数的低电压低功耗放大器。该放大器，包括：压缩模块和非线性转换模块，压缩模块的两个输出端分别与非线性转换模块的两个输入端相连；压缩模块包括用于将第一差分输入信号以指数形式转换为第一电压信号的PMOS对和用于将第二差分输入信号以指数形式转换为第二电压信号的NMOS对；非线性转换模块包括用于根据输入的第一电压信号和第二电压信号生成电流信号的镜像电流源和用于根据将电流信号通过非线性转换函数转换为电压信号的转换子模块。输入的差分信号以指数的形式转换为电压信号，完成压缩转换，进行非线性函数，使输出扩展晶体管工作在饱合区，增加输出摆幅的同时，提高线性度和共模抑制比。
【IPC分类】H03F1-32, H03F3-45
【公开号】CN104579207
【申请号】CN201410850937
【发明人】董子刚, 周小林, 张元亭
【申请人】中国科学院深圳先进技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月31日