[发明专利]一种提高增益的放大器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种提高增益的放大器及其设计方法。

背景技术

在无线通信系统和光纤通信系统的接收端常常需要对接收到的微弱信号进行小信号放大，光接收端的主放大器电路和无线接收机的中频放大器往往需要高达50～60dB的增益，因此提高单级电路的增益、减小总电路的级数，成为研究的重点。随着工艺的进步和电源的不断降低，单级电路的增益往往小于10dB，因此如何在低电源电压的情况下，提高电路的增益已经成为电路设计的迫切需求。而本发明能够解决上述问题。

发明内容

本发明目的为一种提高增益的放大器及其设计方法，该放大器是由一个基本的差分对结构改进而成，在此基础上增加了两个负阻单元，其中第一个负阻单元加在主放大管的源极，用来增大主放大管的跨导，第二个负阻单元和负载管并联，用来增大输出电阻。通过增大跨导和输出电阻的方法，提高电路的增益。本发明通过匹配负阻单元与原MOS管的尺寸，可以使得放大器的增益提高一个确定的倍数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该提高增益的放大器电路的连接方法是：

本发明提供一种提高增益的放大器设计方法，所述方法的主放大管为M1、M1n，M1的漏端连接到M3的栅端、M3的漏端、M4的漏端、M4n的栅端和输出端Vout+，M1的栅端连接到Vin+，M1的源端连接到M2的漏端和M2n的栅端；差分的主放大管M1n的漏端连接到M3n的栅端、M3n的漏端、M4n的漏端、M4的栅端和输出端Vout-，M1n的栅端连接到Vin-，M1n的源端连接到M2n的漏端和M2的栅端；

M2和M2n构成了第一个负阻单元，M2的漏端连接到M2n的栅端和M1的源端，M2的栅端连接到M2n的漏端和M1n的源端，M2的源端连接到M5的漏端；对应的差分管M2n的漏端连接到M2的栅端和M1n的源端，M2n的栅端连接到M2的漏端和M1的源端，M2n的源端连接到M5的漏端；

负载管M3的漏端接M3的栅端、M4的漏端、M4n的栅端，M1的漏端和Vout+，M3的栅端和漏端的接法同样，M3的源端接电源VDD；差分的负载管M3n的漏端接M3n的栅端、M4n的漏端、M4的栅端，M1n的漏端和Vout-，M3n的栅端和漏端的接法同样，M3n的源端接电源VDD；

M4和M4n构成了第二个负阻单元，M4的漏端连接到M3的栅端、M3的漏端、M4n的栅端和Vout+，M4的栅端连接到M4n的漏端、M3n的漏端和栅端、M1n的漏端和Vout-，M4的源端接VDD；对应的差分管M4n的漏端连接到M3n的栅端、M3n的漏端、M4的栅端和Vout-，M4n的栅端连接到M4的漏端、M3的漏端和栅端、M1的漏端和Vout+，M4n的源端接VDD；

尾电流源M5的漏端接M2和M2n的源端，M5的栅端接偏置电压Vbias，M5的源端接地。

该提高增益放大器的工作原理是：

普通的有源负载形式的差分放大器电路是由附图1中的M1、M3和M5晶体管构成，电路增益的表达式为：

Av=gm1·RL=gm1gm3]]>

其中g_m1为M1管的跨导，R_L为M3管的输出电阻。

本发明在主放管M1和M1n的源端加上了M2和M2n构成的负阻单元，负阻单元对主放管构成了反馈，且负阻单元的阻抗为-1/g_m2，放大器的跨导变为：