[发明专利]具有全温范围内带宽扩展特性的高速跨阻放大器及带宽扩展方法

权利要求书

1.具有全温范围内带宽扩展特性的高速跨阻放大器，其特征在于，包括前置放大器TIA、相位分裂级PS、预驱动级Pre-Drive、输出驱动级BUFF和失调消除电路OC；

前置放大器TIA包括放大器-A和跨阻RF，跨阻RF并联跨接在放大器-A的输入端和输出端之间；

前置放大器TIA的输出端TIA_OUT连接相位分裂级PS的正相输入端，

相位分裂级PS的正相输出端连接预驱动级Pre-Drive的反相输入端；相位分裂级PS的反相输出端连接预驱动级Pre-Drive的正相输入端；

预驱动级Pre-Drive的正相输出端连接输出缓冲器BUFF的反相输入端；预驱动级Pre-Drive的反相输出端连接输出缓冲器BUFF的正相输入端；

输出缓冲器BUFF的正相输出端同时连接跨阻放大器输出引脚OP和电阻Ra的一端；输出缓冲器BUFF的反相输出端同时连接跨阻放大器输出引脚ON和电阻Rb的一端；

电阻Ra的另一端连接失调消除电路OC的反相输入端，电阻Rb的另一端连接失调消除电路OC的正相输入端；失调消除电路OC的输出端连接相位分裂级PS的反相输入端；电容C并联跨接在失调消除电路OC反相输入端和输出端之间；

所述前置放大器TIA采用栅漏电压相消技术扩展带宽，实现其-3dB带宽大于一阶TIA闭环带宽的2倍以上；预驱动级Pre-Drive用于驱动输出缓冲器BUFF，通过调整预驱动级Pre-Drive电路的源级负反馈电容值产生随温度变化的高频增益，补偿前置放大器TIA在不同温度条件下的带宽差异；

前置放大器TIA包括NMOS晶体管MN1～MN5、PMOS晶体管MP1、跨阻RF、电阻R1～R3、电容C1和可变电阻VR；

NMOS晶体管MN1的栅极同时连接输入端口TINP、可变电阻VR的一端和跨阻RF的一端；

NMOS晶体管MN1的漏极同时连接可变电阻VR的另一端、电阻R1的一端和NMOS晶体管MN2的源极；

NMOS晶体管MN2的栅极连接电压偏置端口VB1；

NMOS晶体管MN2的漏极同时连接电阻R2的一端和NMOS晶体管MN5的栅极；

NMOS晶体管MN3的漏极同时连接跨阻RF的另一端、NMOS晶体管MN5的源极、电容C1的一端、电阻R3的一端和前置放大器TIA输出端口TIA_OUT；

NMOS晶体管MN5的漏极连接NMOS晶体管MN4的源极；

NMOS晶体管MN4的栅极同时连接电阻R3的另一端、电容C1的另一端和PMOS晶体管MP1的漏极；

PMOS晶体管MP1的栅极连接电压偏置端口VB2；

NMOS晶体管MN1、MN3的源极连接GND；

电阻R2的另一端、电阻R1的另一端、NMOS晶体管MN4的漏极和PMOS晶体管MP1的源极同时连接电压VDD；

通过栅漏电压相消技术使得NMOS晶体管MN5的栅漏等效电容Cpex两端电压差为0，以提升前置放大器主通道带宽；

预驱动级电路Pre-Drive包括带容性负反馈的差分放大电路CNF_DA和负温度系数控制电压产生电路V_NTC；

带容性负反馈的差分放大电路CNF_DA包括NMOS晶体管MN6～MN11、电阻R5～R9、MOS电容MNC1和MNC2；

NMOS晶体管MN7的栅极同时连接电压偏置端口VB5和NMOS晶体管MN8的栅极；

NMOS晶体管MN7的漏极同时连接MOS电容MNC1的栅极、电阻R5的一端、电阻R6的一端和NMOS晶体管MN11的源极；

NMOS晶体管MN11的漏极连接NMOS晶体管MN6的源极；

NMOS晶体管MN11的栅极连接信号正相输入端口INP；

NMOS晶体管MN6的栅极同时连接电压偏置端口VB4和NMOS晶体管MN9的栅极；

NMOS晶体管MN6的漏极同时连接输出端口OUTN和电阻R8的一端；

NMOS晶体管MN8的漏极同时连接MOS电容MNC2的栅极、电阻R5的另一端、电阻R7的一端和NMOS晶体管MN10的源极；电阻R7的另一端和电阻R6的另一端同时连接共模电压端CFB；

NMOS晶体管MN10的漏极连接NMOS晶体管MN9的源极；

NMOS晶体管MN10的栅极连接信号反相输入端口INN；

NMOS晶体管MN9的漏极同时连接输出端口OUTP和电阻R9的一端；

MOS电容MNC1、MNC2共源极、共漏极；

电阻R8、R9的另一端同时连接电源VDD；

NMOS晶体管MN7、MN8的源极连接GND；

负温度系数控制电压产生电路V_NTC由晶体管MN12和正温度系数电流源I_PTAT；

晶体管MN12的栅极连接共模电压端CFB；

晶体管MN12的源极连接MOS电容MNC1和MNC2的源漏公共端C_Contrl和热电流源I_PTAT的正端；

热电流源I_PTAT的负端接地；

晶体管MN12的漏端连接电源电压VDD；

带容性负反馈的差分放大电路CNF_DA的MOS电容的电容值随温度增加而线性增加，进而实现预驱动级电路Pre-Drive的高频峰值增益随温度增加而正比例增加；

通过调整预驱动级电路Pre-Drive的负反馈电容值产生随温度变化的高频增益，补偿前置放大器TIA在不同温度条件下的带宽差异，跨阻放大器总的幅频特性曲线在不同温度下差异变小，实现高带宽。