带有伪电阻失效检测功能的可编程放大器电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于集成电路技术领域，具体为一种带有伪电阻失效检测功能的可编程放大器电路。本发明包括：可编程放大器和伪电阻失效检测电路。本发明通过伪电阻失效检测电路监测伪电阻两端的电压，防止伪电阻两端电压超出预设的电压阈值范围，从而避免伪电阻失效；所采用的伪电阻结构以及伪电阻偏置电路适用于N阱工艺并可减少伪电阻阻值受工艺和温度变化的影响。采用上述措施，可有效地减小可编程放大器电路的非线性失真以及截止频率的漂移；此外，伪电阻偏置电路可调节伪电阻阻值，进而调节可编程放大器电路带宽。
【专利说明】
带有伪电阻失效检测功能的可编程放大器电路
技术领域
[0001] 本发明属于集成电路技术领域，具体涉及带有伪电阻失效检测功能的可编程放大 器电路。
【背景技术】
[0002] 近年来，集成电路技术在生物医学工程领域的应用越来越多，尤其是用于生物医 学信号的检测。在生物医学信号检测的过程中，由于电生理信号具有低至mHz的截止频率， 考虑到面积等约束条件，反馈电容不能过大，因而反馈电阻阻值必须达到ΜΟ^Ω，通常采用 伪电阻实现大电阻。然而，伪电阻阻值与工艺和温度等因素有关。除了受工艺和温度等因素 的影响，更重要的是，伪电阻阻值还受到其两端电压的影响，当伪电阻两端电压超出一定阈 值时，此时伪电阻的阻值将发生较大变化以致失效。这不仅会使放大电路的截止频率出现 较大漂移，还会引入较大的非线性失真，使放大电路无法满足系统应用要求。在已经报导的 ISSCCC 2016会议论文中，V. Viswam等人所采用的伪电阻及其偏置电路可有效地降低工艺 波动和温度变化因素的影响，其方式适用于双阱工艺，但并不适用于N阱工艺。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在提供一种带有伪电阻失效检测功能的可编程放大器电路，并自动调节 电路参数形成闭环控制，有效防止伪电阻失效，以减小放大器电路的非线性失真及截止频 率漂移，满足系统实际应用的需要。
[0004] 本发明提供的带有伪电阻失效检测功能的可编程放大器电路，包括:可编程放大 器、伪电阻失效检测电路。其中，可编程放大器的输出端与伪电阻失效检测电路的输入端连 接;伪电阻失效检测电路的输出端与可编程放大器的增益控制端连接。
[0005] 本发明中，所述的伪电阻失效检测电路由两个比较器和一个逻辑控制模块组成， 其输入信号为可编程放大器的输出信号，即伪电阻两端电压;一旦输入信号超出任何一个 比较器预设的电压阈值，逻辑控制模块将发出相应增益控制信号至可编程放大器的增益控 制端，调节可编程放大器增益，直至输出电压满足伪电阻预设的电压阈值要求;所述的伪电 阻失效检测电路只需单独检测可编程放大器的一个输出端，不仅适用于全差分电路，也可 延伸应用于单端输出电路。
[0006] 本发明中，所述的可编程放大器包括运算放大器、两个伪电阻、两个反馈电容和两 个输入电容以组成全差分电路，其中，伪电阻实现直流偏置和带宽可调，反馈电容和输入电 容决定可编程放大器的增益，改变输入电容可调节增益。
[0007] 本发明中，所述的伪电阻采用衬-漏相接的方式，参见图2所示。其源漏电流随漏极 电压的变化而变化;采用两个PMOS管串联方式，适用于N阱工艺且其两端电压在静态工作点 附近将正负对称变化，伪电阻阻值也将对称变化，从而减少非线性失真;PMOS管采用厚栅 管，减少漏电流的影响;伪电阻采用单独的偏置电路。
[0008] 本发明中，所述的伪电阻偏置电路由三个PMOS管和两个可编程电流源组成，同样 适用于N阱工艺;参见图3所示。偏置电路的两个输出端分别连接到伪电阻的栅极和源极，其 电压之差将作为伪电阻两个PMOS管的栅源电压;在该偏置电路中，其中两个PMOS管相互匹 配，而第三个PMOS管则与伪电阻的两个PMOS管匹配;可编程电流源可用于改变伪电阻阻值， 进而调节可编程放大器电路带宽。
[0009]本发明所具有的有益效果是： 1、 所采用得伪电阻失效检测电路可对伪电阻两端电压进行检测形成闭环控制，所采用 的伪电阻结构以及伪电阻偏置电路适用于N阱工艺并可减小工艺及温度对伪电阻阻值的影 响，采取上述措施，可防止伪电阻失效，实现较小的非线性失真和截止频率漂移； 2、 伪电阻偏置电路中的可编程电流源可用于改变伪电阻阻值，实现可编程放大器电路 可调带宽。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的原理框图。
[0011] 图2为本发明的伪电阻的实现方式。
[0012] 图3为本发明的伪电阻偏置电路的实现方式。
【具体实施方式】
[0013] 以下结合附图对本发明的实施作如下详述： 在图1中，带有伪电阻失效检测功能的可编程放大器电路包括:可编程放大器1、伪电阻 失效检测电路2。其中，可编程放大器1的输出端与伪电阻失效检测电路2的输入端连接;伪 电阻失效检测电路2的输出端与可编程放大器1的增益控制端连接。
[0014] 在图1中，所述的伪电阻失效检测电路由两个比较器&、(：2和一个逻辑控制模块3组 成;其输入信号为可编程放大器的输出信号v〇 P(考虑到差分结构的对称性，也可检测ω， 即伪电阻Rf两端电压;可编程放大器的输出电压Vop与Von关于其输出共模电压Von对称，因而 比较器的预设电压阈值V H和VL分别为V?+VT和V?-VT;当ν〇Ρ>ν?+ν τ，比较器&输出控制信号给 逻辑控制模块3，当ν@〈ν?-ντ时，比较器(： 2输出控制信号给逻辑控制模块3，逻辑控制模块3 将发出相应的增益控制信号至可编程放大器的增益控制端，通过调节可编程放大器的输入 电容改变可编程放大器的增益，直至输出电压满足伪电阻的阈值电压要求;所述的伪电阻 失效检测电路2只需单独检测可编程放大器的一个输出端，不仅适用于全差分电路，也可延 伸应用于单端输出电路。
[0015] 在图1中，所述的可编程放大器包括运算放大器Α、两个伪电阻Rf、两个反馈电容Cfb 和两个输入电容Cin，其中，伪电阻Rf实现直流偏置和带宽可调，反馈电容Cfb和输入电容Cin 决定可编程放大器的增益，改变输入电容cin可调节增益。
[0016] 在图2中，所述的伪电阻采用衬-漏相接的方式，其源漏电流将随漏极电压的变化 而变化，从而实现大电阻;采用两个PM0S管M p1、Mp2串联方式，Mpl的源极与Mp2的源极连接，M pl 的栅极与Mp2的栅极连接，适用于N阱工艺且其两端电压在静态工作点附近将正负对称变化， 伪电阻阻值也将对称变化，从而减少非线性失真;PM0S管M pl、Mp2采用厚栅管，减少漏电流的 影响;伪电阻采用单独的偏置电路。
[0017] 在图3中，所述的伪电阻偏置电路由三个PM0S管Mi、M2、M3和两个可编程电流源 Iblas、I响组成，同样适用于N阱工艺;其中施的漏极接地，Mi的源极与此的源极连接并与可编 程电流源Iblas相连，12的漏极与M3的源极连接，M3的漏极与可编程电流源I响连接，可编程电 流源I adj接地，M2、M3的漏极均与其栅极相连，均采用源-漏相接方式;偏置电路的两 个输出端M 3的漏极电压VdP%的漏极电压Vs分别为伪电阻的栅极和源极提供偏置电压，其 电压之差将作为伪电阻两个PMOS管的栅源电压;在该偏置电路中，PMOS管施和跑匹配，PMOS 管M3与伪电阻PMOS管Mpl和Mp2匹配，从而减小伪电阻阻值随工艺和温度的变化;可编程电流 源I blas和用于改变伪电阻阻值，实现可编程放大器电路可调带宽。
【主权项】
1. 一种带有伪电阻失效检测的可编程放大器电路，其特征在于:包括可编程放大器、伪 电阻失效检测电路;其中，可编程放大器的输出端与伪电阻失效检测电路的输入端连接;伪 电阻失效检测电路的输出端与可编程放大器的增益控制端连接。2. 根据权利要求1所述的带有伪电阻失效检测的可编程放大器电路，其特征在于:所述 的伪电阻失效检测电路由两个比较器和一个逻辑控制模块组成，其输入信号为可编程放大 器的输出信号，即伪电阻两端电压;一旦输入信号超出任何一个比较器预设的电压阈值，逻 辑控制模块发出相应增益控制信号至可编程放大器的增益控制端，调节可编程放大器增 益，直至输出电压满足伪电阻预设的电压阈值要求;所述的伪电阻失效检测电路只需单独 检测可编程放大器的一个输出端。3. 根据权利要求1所述的带有伪电阻失效检测的可编程放大器电路，其特征在于:所述 的可编程放大器包括运算放大器、两个伪电阻、两个反馈电容和两个输入电容以组成全差 分电路，其中，伪电阻实现直流偏置和带宽可调，反馈电容和输入电容决定可编程放大器的 增益，改变输入电容可调节增益。4. 根据权利要求3所述的带有伪电阻失效检测的可编程放大器电路，其特征在于:所述 的伪电阻采用衬-漏相接的方式，其源漏电流随漏极电压的变化而变化;采用两个PMOS管串 联方式，适用于N阱工艺且其两端电压在静态工作点附近将正负对称变化，伪电阻阻值也将 对称变化，从而减少非线性失真;PMOS管采用厚栅管，以减少漏电流的影响；伪电阻采用单 独的偏置电路。5. 根据权利要求4所述的带有伪电阻失效检测的可编程放大器电路，其特征在于:所述 的伪电阻偏置电路由三个PMOS管和两个可编程电流源组成，同样适用于N阱工艺;偏置电路 的两个输出端分别连接到伪电阻的栅极和源极，其电压之差作为伪电阻两个PMOS管的栅源 电压;在该偏置电路中，两个PMOS管相互匹配，而第三个PMOS管则与伪电阻的两个PMOS管匹 配;可编程电流源用于改变伪电阻阻值，进而调节可编程放大器电路带宽。
【文档编号】H03G3/30GK105932974SQ201610259160
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】秦亚杰, 董晨洁, 张煜彬, 汪源源
【申请人】复旦大学