[发明专利]CMOS低温低噪声运放电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS运放电路，具体涉及一种CMOS低温低噪声的运放电路。

背景技术

在航天遥感领域中，大部分的红外探测器都在低温下工作，为提高系统的性能，减少外界引入的干扰，要求探测器与电路近距离连接，即设计的电路也需在低温下工作。目前，商业化的电路产品都是针对常温设计的，在低温下可能无法正常工作。为了提高系统的性能，必须设计低温下能正常工作的CMOS读出电路，其中读出电路中核心模块是CMOS差分运算放大器，如果具有成熟的低温CMOS差分运算放大器模块，将会更加有利于将来低温CMOS电路的设计。

2005年3月2日授权的曹必松等的中国专利CN 1588794 A，公布了一种射频频段低温低噪声放大器，该放大器是属于射频技术领域的放大器，主要应用于CDMA频段，采用的是双极型工艺，没有采用现在的常规CMOS工艺，无法应用到现在的主流CMOS电路的设计中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能应用在低温CMOS电路设计中的CMOS差分运算放大器标准模块，提高低温CMOS专用集成电路的设计水平。

该低温CMOS差分运算放大器的放大部分如图1所示，采用差分输入的一级折叠共源共栅结构。其中PM7和PM8是输入对管，PM7、PM8、NM4、NM5构成差分输入的共源共栅结构，PM4、PM5为差分输出的有源负载，NM6、NM7给共源共栅提供电流源,Bias1、Bias2、Bias3为偏置电压，In-、In+为差分运算放大器的正负输入端。该低温CMOS差分运算放大器的偏置电路部分如图2所示，其中NM3与NM0构成第一级电流镜，PM0与PM1构成第二级电流镜，NM1与放大部分的NM6、NM7构成电流镜，PM0与放大部分的PM3构成电流镜。

其特征在于：该CMOS低温低噪声差分运算放大器的输入管采用1500μm/1.5μm的大管子，大大降低了放大器的等效输入噪声；电路拓扑结构采用一级折叠共源共栅结构，无需使用米勒补偿电容，克服了普通的两级放大器在低温下米勒补偿电容变化而容易导致电路振荡的缺点；低温放大器的偏置电路采用三级镜像的方式，没有使用多晶硅电阻来生成参考电流，克服了多晶硅电阻随温度变化导致电路静态工作点漂移的缺点。该CMOS差分运算放大器在常温和低温77K之间都能正常工作。此设计方法适合于大部分的微米级或亚微米级的微电子工艺。该运放可作为CMOS电路设计的标准放大器模块使用，即可以应用在光伏红外探测器电路，也可应用在长波光导红外探测器电路。

本发明的优点如下：

1.该CMOS低温低噪声运放模块使用了共源共栅结构，一级放大就能达到80dB以上的放大倍数，电源电压抑制比也比较高，减小了电源纹波引入的噪声。

2.该CMOS低温低噪声运放模块用于红外光伏探测器电路时其等效输入电流噪声小于0.03pA/Hz^1/21KHz。

3.该CMOS低温低噪声运放模块从常温300K到低温77K都能正常工作，不仅可应用于光伏和光导红外探测器的信号放大，还可以作为其它低温CMOS电路的标准运算放大器模块使用。

4.该CMOS低温低噪声运放模块采用标准的微米或亚微米CMOS工艺制造而成，保证了芯片制造的可重复性。

5.该CMOS低温低噪声运放模块无需使用补偿电容，克服了普通的两级放大器补偿电容在低温下变化而容易导致电路振荡的缺点。

附图说明

图1CMOS低温低噪声运放模块放大电路部分结构图。

图2CMOS低温低噪声运放模块偏置电路部分结构图。

图3CMOS低温低噪声运放模块输入对管的对称版图。

图4CMOS低温低噪声运放开环增益的仿真结果图。

图5CMOS低温低噪声运放模块放大电路总图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

实施例1

此电路总的噪声主要由输入管PM7、PM8管决定,其等效输入噪声电压计算公式为: