[发明专利]具有增强带宽和改进共模抑制比的增益级

说明书

本发明涉及一种用于放大器的增益级以及所述放大器。所述放大器可以是宽带放大器、跨阻放大器和/或驱动器放大器。所述增益级包括差分输入跨导器、负载网络和差分输出端子。进一步地，所述增益级包括至少一对电感，连接在所述负载网络内或所述差分输入跨导器与所述差分输出端子之间。因此，所述至少一对电感中的所述电感耦合在一起。

技术领域

本发明涉及一种用于放大器的增益级以及包括增益级的放大器。具体地，放大器可以是宽带放大器、跨阻放大器和/或驱动器放大器。具体地，增益级可以是放大器的多个差分增益级中的一个。增益级具有增强带宽和共模抑制比(Common Mode RejectionRatio，CMRR)。

背景技术

对高数据速率通信的需求增加了对宽带跨阻放大器(trans-impedanceamplifier，TIA)和驱动器的需求，可在这些跨阻放大器和驱动器中处理几十GHz量级的信号带宽而不会丢失任何信息。与使用直接检测相比，在光通信系统中使用相干检测能够实现更高的接收机(receiver，RX)灵敏度，前提是在接收链中实现足够高的CMRR。

CMRR与RX灵敏度之间存在一定的关系。例如，可以看出，对于功率为14dBm的本地振荡器(Local Oscillator，LO)，如果CMRR从35dB降至15dB，则RX灵敏度从-34dBm降级至-25dBm。遗憾的是，如下所示，以下放大器标准电路拓扑在高频条件下的CMRR较低。

用于相干光通信系统的差分TIA/驱动器的示例包括若干增益级的级联。图11示出了此类增益级。具体地，图11示出了采用双极技术的简单全差分增益级，其包括具有负载电阻器(R1和R2)的输入差分对(晶体管Q1和Q2)。电容器C1/C2和C3/C4分别考虑与增益级和下一增益级相关的输出节点处的寄生电容。Q3和Q4表示下一增益级。增益级的带宽受到输出节点处的寄生电容的限制，从而导致在以下条件下形成具有单实极点的一阶低通传递函数：

其中

C_tot＝C1+C2。

使用集成电感(电感器)可以显著提高增益级的-3dB带宽。图12相应地示出了图11中示出的增益级，其中，电感L1和L2串联添加到负载电阻器R1和R2。图13示出了图11中示出的增益级，其中，电感L1和L2添加在增益级之间，从而分离负载电容器C1/C2和C3/C4。这两种拓扑分别称为并联峰化拓扑(图12)和电感级间网络拓扑(图13)，可显著提高带宽。如图14进一步所示，还可以提供三谐振网络(Triple-Resonance Network，TRN)拓扑，该拓扑结合了前两种方案：电感L1和L2串联添加到负载电阻器R1和R2，电感L3和L4放置在增益级之间。图15示出了这三种情况的归一化传递函数，特别是将它们与图11中示出的无电感增益级进行比较。

虽然显著提高了带宽，但上述网络/增益级不会提供任何类型的共模抑制(CommonMode Rejection，CMR)。因此，通常通过使用全差分电路作为输入差分对和尾电流产生器来实现所需的CMRR，如图16所示。尾电流产生器可以建模为具有有限输出电阻R0的理想产生器I0。由于R0的值通常较高，因此共模跨导会显著退化。

然而，节点X处的任何寄生电容C_par都会降低阻抗，并且CMRR会随着频率的增加而迅速减小，如图17所示。由于大部分寄生电容来自尾电流产生器，一种可能的方案是向其串联添加电阻器。然而，该方案的主要缺点在于，电阻值受到最大压降的限制；考虑到强偏置电流，电阻不会显著提高CMRR。可以添加串联电感来代替电阻器，但代价是占用面积较大。

发明内容

鉴于这些缺点，本发明实施例旨在改进上述示例性增益级。本发明的目的在于提供具有增强带宽和改进CMRR的增益级。具体地，所述增益级在高频条件下应具有显著改进的CMRR。此外，所述改进的CMRR也应在强偏置电流条件下实现。此外，本发明的目的还包括小面积占用所述增益级。