[发明专利]一种应用于大输入电容的高带宽高增益跨阻放大器

说明书

一种应用于大输入电容的高带宽高增益跨阻放大器，属于激光三维成像中的模拟信号处理领域。本发明能够适应大输入电容的应用条件，尤其能够应用于大光敏面雪崩二极管阵列读出电路中，跨阻放大器包括慢通路和快通路，慢通路包含两级放大器，第一级放大器为第二NMOS管和第一NMOS管组成共源共栅结构，第二级放大器为第六NMOS管MN6组成共栅放大器，慢通路提供了系统的主要增益；第八NMOS管为共源放大器，形成一个快通道，为系统提供前馈通路，改善系统的稳定性；快通路和慢通路并联在系统中产生左半平面零点，代替传统跨阻放大器中的补偿电容，降低了系统的Q值，实现了跨阻放大器的稳定，解决了传统跨阻放大器的带宽和增益受到雪崩二极管输入电容限制的问题。

技术领域

本发明属于激光三维成像中的模拟信号处理领域，涉及一种应用于大输入电容的跨阻放大器，具体涉及一种能够应用于大光敏面雪崩二极管(Avalanche Photodiode，APD)阵列读出电路中的具有高增益高带宽特点的跨阻放大器。

背景技术

激光三维成像技术是激光雷达技术(Laser Detection and Ranging，LADAR)的一个主要分支，与传统的二维遥感图像技术相比，激光三维成像技术能够更准确的获取目标的三维信息，广泛应用于情报侦察、无人驾驶、目标识别、精确制导和安全监测等军事和民用领域。激光三维成像主要由激光器、雪崩二极管阵列和相应的读出电路(ReadoutCircuits，ROIC) 组成，如图1所示，其中跨阻放大器(Trans-impedance Amplifier，TIA)是读出电路的核心部分，其性能很大程度上决定了光电探测器的性能。激光三维成像通过半导体激光器发射激光，光学系统将光信号射向空间，雪崩二极管接收到光信号后，将光信号转化为微弱电流信号，然后光电流流入跨阻放大器，跨阻放大器将光电流转化为电压信号。传统并联-并联负反馈跨阻放大器拓扑结构如图2所示，跨阻放大器包括一个跨阻和一个电压放大器，跨阻放大器的带宽主要由雪崩二极管输入电容、跨阻及电压放大器的增益带宽积(GBW，Gain Bandwidth)决定，当雪崩二极管的输入电容较大时，跨阻放大器的带宽和增益会受到雪崩二极管输入电容的限制。

发明内容

针对上述传统跨阻放大器在大光敏面雪崩二极管输入电容较大时，其带宽和增益受到雪崩二极管输入电容的限制的不足之处，本发明提出了一种跨阻放大器电路，具有较高增益和带宽，解决了传统跨阻放大器的带宽和增益受到雪崩二极管输入电容限制的问题，能够适应大输入电容，尤其能够应用于大光敏面雪崩二极管阵列读出电路中。

本发明的技术方案为：

一种应用于大输入电容的高带宽高增益跨阻放大器，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS 管、第六PMOS管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源和偏置电压源；

第二NMOS管的栅极连接第八NMOS管的栅极并作为所述跨阻放大器的输入端，其漏极连接第一NMOS管的源极和第二PMOS管的漏极，其源极连接第三NMOS管、第五NMOS 管和第八NMOS管的源极并接地；

第一NMOS管的栅极一方面通过第一电容后接地，另一方面通过第一电阻后连接第七 NMOS管的栅极、第六NMOS管和第六PMOS管的漏极，其漏极连接第四NMOS管的栅极和第四PMOS管的漏极；

第五NMOS管的栅极连接第三NMOS管的栅极和漏极以及第三电流源，其漏极连接第四NMOS管和第六NMOS管的源极；

第六NMOS管的栅极连接偏置电压源；

第七NMOS管的源极连接第八NMOS管的漏极并作为所述跨阻放大器的输出端，其漏极连接第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管和第六PMOS管的源极并连接电源电压；