一種跨導放大器、電阻、電感以及濾波器的製作方法
2023-04-23 05:43:46
專利名稱：一種跨導放大器、電阻、電感以及濾波器的製作方法
技術領域：
本申請涉及電路領域，尤其涉及一種跨導放大器、電阻、電感以及濾波器。
背景技術：
隨著通信技木，尤其是移動通信技術和計算技術的飛速發展，作為現代接收機尤其是零中頻接受機中的ー個關鍵模塊，跨導-電容(Gm-C)有源濾波器能在混頻器之後進行信號的濾波處理，為後級的可變增益放大器提供雜散頻譜較少的信號，既能有效地在可變增益放大器(VGA, Variable Gain Amplifier)、模擬/數字轉換器(ADC,Analog-to-DigitalConverter)之前初步處理信號，又能防止後級的可變增益放大器由於帶外信號過大而飽和。在移動數字視頻廣播系統中，位於接收機中頻部分的Gm-C濾波器，需要處理較大的輸入信號，要求濾波器在功耗很低的情況下保證較高的線性度。
發明內容
有鑑於此，本申請要解決的技術問題是，提供一種跨導放大器、電阻、電感以及濾波器，能夠使得濾波器在功耗很低的情況下保證較高的線性度。為此，本申請實施例採用如下技術方案一種跨導放大器，包括第一 PMOS管的柵極以及第ニ PMOS管的柵極連接跨導放大器的正相偏置電壓端；第三PMOS管的柵極和第四PMOS管的柵極連接，且連接跨導放大器的共模反饋電壓端；第一 PMOS管的源極、第二 PMOS管的源極、第三PMOS管的源極、第四PMOS管的源極、第九NMOS管的漏極以及第十NMOS管的漏極連接跨導放大器的電源電壓端；第一 PMOS管的漏極分別連接第九NMOS管的柵極和第i^一匪OS管的漏極；第三PMOS管的漏極和第五NMOS管的漏極連接跨導放大器的負相輸出端；第四PMOS管的漏極和第六NMOS管的漏極連接跨導放大器的正相輸出端；第二 PMOS管的漏極分別連接第十NMOS管的柵極以及第十二 NMOS管的漏極；第五NMOS管的源極、第十NMOS管的源極、第十六NMOS管的柵極、第十八NMOS管的漏極和柵極連接；第六NMOS管的源極、第九NMOS管的源極、第十五NMOS管的柵極、第十七NMOS管的柵極和漏極連接；第^ NMOS管的源極連接第十五NMOS管的漏極；第十二 NMOS管的源極連接第十六NMOS管的漏極；第十五NMOS管的源極、第十六NMOS管的源極、第十七NMOS管的源極以及第十八NMOS管的源極連接；第十一 NMOS管的柵極以及第五NMOS管的柵極均連接跨導放大器的正相輸入端；第六NMOS管的柵極以及第十二 NMOS管的柵極均連接跨導放大器的負相輸入端。
還包括第七NMOS管的漏極以及第八NMOS管的漏極與第一PMOS管的源極連接；第七NMOS管的柵極連接跨導放大器的正相輸入端；第八NMOS管的柵極連接跨導放大器的負相輸入端；第七NMOS管的源極分別連接第十三NMOS管的柵極以及第十九匪OS管的漏扱；第八NMOS管的源極分別連接第十四NMOS管的柵極以及第二十NMOS管的漏極；第十九NMOS管的柵極以及第二十NMOS管的柵極均連接跨導放大器的負相偏置電壓端；第十三NMOS管的漏極連接第五NMOS管的漏極；第十四NMOS管的漏極連接第六NMOS管的漏極；第十三NMOS管的源極、第十四NMOS管的源極、第十九NMOS管的源極以及第二十NMOS管的源極均連接第十五NMOS管的源極。還包括
第二十一 PMOS管的源極以及第二十ニ PMOS管的源極連接跨導放大器的電源電壓輸入端；第二^ PMOS管的柵極與第二十二 PMOS管的柵極連接；第二十一 PMOS管的漏極連接跨導放大器的共模反饋電壓端，且，通過第一電阻以及第一電容連接第二十一 PMOS管的柵極，且，分別連接第二十三NMOS管的漏極以及第二十四NMOS管的漏極；第二十二 PMOS管的漏極連接第二十二 PMOS管的柵極、第二十五NMOS管的漏極以及第二十六NMOS管的漏極；第二十三NMOS管的柵極連接跨導放大器的正相輸出端，第二十四NMOS管的柵極和第二十五NMOS管的柵極連接參考電壓端；第二十六NMOS管的柵極連接跨導放大器的負相輸出端；第二十三NMOS管的源極、第二十四NMOS管的源極、第二十七NMOS管的漏極連接；第二十五NMOS管的源極、第二十六NMOS管的源極、第二十八NMOS管的漏極連接；第二十七NMOS管的柵極和第二十八NMOS管的柵極連接負相偏置電壓端；第二十七NMOS管的源極以及第二十八NMOS管的源極接地。ー種電阻，包括權利要求I或2所述的跨導放大器，其中，跨導放大器的負相輸出端與跨導放大器的共模反饋電壓端連接；跨導放大器的正相輸出端與跨導放大器的負相輸入端連接，該連接的連接點作為電阻的第一端；跨導放大器的負相輸入端作為電阻的第二端。ー種電阻，包括權利要求3所述的跨導放大器，其中，跨導放大器的正相輸入端與跨導放大器的負相輸出端連接，該連接的連接點作為所述電阻的第一端；跨導放大器的負相輸入端與跨導放大器的正相輸出端連接，該連接的連接點作為所述電阻的第二端。ー種電阻，包括兩個權利要求I或2所述的跨導放大器，分別為第一跨導放大器和第二跨導放大器，其中，第一跨導放大器的負相輸出端與第一跨導放大器的共模反饋電壓端連接；第二跨導放大器的負相輸出端與第二跨導放大器的共模反饋電壓端連接；
第一跨導放大器的正相輸出端作為電阻的第一端，第一跨導放大器的正相輸入端作為電阻的第二端；第一跨導放大器的正相輸出端、第二跨導放大器的正相輸入端以及第ニ跨導放大器的正相輸出端相互連接；第二跨導放大器的負相輸入端、第二跨導放大器的正相輸出端、第一跨導放大器的正相輸入端、第一跨導放大器的負相輸入端相互連接。—種電感，包括兩個權利要求I或2所述的跨導放大器，分別為第一跨導放大器和第二跨導放大器，其中，第一跨導放大器的負相輸出端與第一跨導放大器的共模反饋電壓端連接；第二跨導放大器的負相輸出端與第二跨導放大器的共模反饋電壓端連接；電感的第一端通過第二電容接地，且分別與第一跨導放大器的正相輸出端、第二跨導放大器的正相輸入端連接；電感的第二端分別與第一跨導放大器的正相輸入端、第二跨導放大器的正相輸出端連接； 第一跨導放大器的負相輸入端接地，第二跨導放大器的負相輸入端接地。一種濾波器，包括所述跨導放大器，和/或，所述電阻，和/或，所述電感。對於上述技術方案的技術效果分析如下本申請的跨導放大器採用兩組子跨導放大器構成，其中ー組子跨導放大器由第一PMOS管Ml、第二 PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第九NMOS管至第十二 NMOS管、第十五NMOS管至第十八NMOS管組成，第二組子跨導放大器由第七NMOS管、第八NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十九NMOS管、第二十NMOS管組成，兩組放大器的輸出端交叉連接，第二組子跨導放大器為第一組子跨導放大器的主跨導對管第五NMOS管和第六NMOS管提供ー個符號相反的三階諧波項，從而可以利用電流相減的方式消除第一子跨導放大器的三次項諧波，從而實現本申請所述跨導放大器的低功耗高線性度；進而包含所述跨導放大器的濾波器也能夠在功耗低的情況下獲得較高的線性度。
圖I為本申請跨導放大器第一實施例示意圖；圖2為本申請跨導放大器第二實施例示意圖；圖3為本申請共模反饋電路結構示意圖；圖4為本申請電阻第一實施例示意圖；圖5為本申請電阻第二實施例示意圖；圖6為本申請電感的第一實施例示意圖；圖7為本申請電阻第三實施例示意圖；圖8為本申請ー種7階橢圓濾波器結構示意圖；圖9為本申請圖2跨導放大器非線性效應消除原理示意圖。
具體實施例方式以下，結合附圖詳細說明本申請跨導放大器、電阻、電感以及濾波器的實現。圖I是本申請跨導放大器結構示意圖，如圖I所述，該跨導放大器包括第一 PMOS管Ml的柵極以及第ニ PMOS管M2的柵極連接跨導放大器的正相偏置電壓端 VBIASP ；第三PMOS管M3的柵極和第四PMOS管M4的柵極連接，且連接跨導放大器的共模反饋電壓端VCMFB ；第一 PMOS管MI的源極、第二 PMOS管M2的源極、第三PMOS管M3的源極、第四PMOS管M4的源極、第九NMOS管M9的漏極以及第十NMOS管MlO的漏極連接電源電壓端VC ；第一 PMOS管Ml的漏極分別連接第九 NMOS管M9的柵極和第i^一 NMOS管Ml I的漏極；第二 PMOS管M2的漏極分別連接第十NMOS管MlO的柵極以及第十二 NMOS管M12的漏極；第三PMOS管M3的漏極和第五NMOS管M5的漏極連接跨導放大器的負相輸出端VOUTN ；第四PMOS管M4的漏極和第六NMOS管M6的漏極連接跨導放大器的正相輸出端VOUTP ；第五NMOS管M5的源極、第十NMOS管MlO的源極、第十六NMOS管M16的柵極、第十八NMOS管M18的漏極和柵極連接；第六NMOS管M6的源極、第九NMOS管M9的源極、第十五NMOS管M15的柵極、第十七NMOS管M17的柵極和漏極連接；第^ NMOS管Mll的源極連接第十五NMOS管M15的漏極；第十二 NMOS管M12的源極連接第十六NMOS管M16的漏極；第十五NMOS管M15的源極、第十六NMOS管M16的源極、第十七NMOS管M17的源極以及第十八NMOS管M18的源極連接；第H^一 NMOS管Mll的柵極以及第五NMOS管M5的柵極均連接跨導放大器的正相輸入端VINP ;第六NMOS管M6的柵極以及第十二 NMOS管M12的柵極均連接跨導放大器的負相輸入端VINN。圖I所示的跨導放大器電路，第九NMOS管M9、第i^一 NMOS管MlI、第十五NMOS管Ml5、第十七NMOS管Ml7形成一個本地負反饋環路，能用較小的功耗實現第九NMOS管M9對正相輸入端VINP輸入電壓信號的跟蹤，進而通過第五NMOS管M5和第六NMOS管M6的交叉連接，使得第五NMOS管M5的柵極與源級的電壓Ves5保持穩定，所以實現了恆定跨導；同樣的,第十NMOS管M10、第十二 NMOS管M12、第十六NMOS管M16、第十八NMOS管M18形成一個本地負反饋環路，能用較小的功耗實現第十NMOS管MlO對負相輸入端VINN所輸入電壓信號的跟蹤，進而通過第五NMOS管M5和第六NMOS管M6的交叉連接，使得第六NMOS管M6的柵極與源級的電壓Ves6保持穩定，實現了恆定跨導；此外，第九NMOS管M9的源級和第十NMOS管MlO的源級均為低阻點，可以使得通過兩個本地負反饋環路產生的信號電流很大(即處理信號能力很強)，通過第九NMOS管M9的源級低阻點傳輸給第六NMOS管M6，或者通過第十NMOS管MlO的源級低阻點傳輸給第五NMOS管M5，這樣讓本地負反饋環路既能對第五NMOS管M5和第六NMOS管M6的柵極與源級之間的電壓保持恆定，也能最大限度的利用有限的功耗來增強信號處理能力。在實際應用中，可以將第五NMOS管M5和第六NMOS管M6的尺寸設置得遠大於第九NMOS管M9和第十NMOS管MlO的尺寸，從而使得在第九NMOS管M9的源級低阻點和第十NMOS管MlO的源級低阻點看到的第五NMOS管M5和第六NMOS管M6的源級電阻最小，從而將本地負反饋環路產生的信號電流傳輸給主跨導對管第五NMOS管M5和第六NMOS管M6。圖2是本申請跨導放大器第二實施例，相對於圖I所示的跨導放大器，圖2所示的跨導放大器還包括第七NMOS管M7的漏極以及第八NMOS管M8的漏極與第一 PMOS管Ml的源極連接；第七NMOS管M7的柵極連接跨導放大器的正相輸入端VINP ;第八NMOS管M8的柵極連接跨導放大器的負相輸入端VINN ;第七NMOS管M7的源極分別連接第十三NMOS管M13的柵極以及第十九NMOS管M19的漏極；第八NMOS管M8的源極分別連接第十四NMOS管M14的柵極以及第二十NMOS管M20的漏極；第十九NMOS管M19的柵極以及第二十NMOS管M20的柵極均連接跨導放大器的負相偏置電壓端VBIASN ；第十三NMOS管M13的漏極連接第五NMOS管M5的漏極；第十四NMOS管M14的漏極連接第六NMOS管M6的漏極；第十三NMOS管M13的源極、第十四NMOS管M14的源極、第十九NMOS管M19的源極以及第二十NMOS管M20的源極均連接第十五NMOS管M15的源極。圖2所示的跨導放大器採用兩組子跨導放大器構成，其中ー組子跨導放大器由第一 PMOS管Ml、第二 PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第九NMOS管至第十二 NMOS管、第十五NMOS管至第十八NMOS管組成，第二組子跨導放大器由第 七NMOS管、第八NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十九NMOS管、第二十NMOS管組成，兩組放大器的輸出端交叉連接，第二組子跨導放大器為第一組子跨導放大器的主跨導對管第五NMOS管和第六NMOS管提供ー個符號相反的三階諧波項，從而可以利用電流相減的方式消除第一子跨導放大器的三次項諧波，從而實現本申請所述跨導放大器的低功耗高線性度；進而包含所述跨導放大器的濾波器也能夠在功耗低的情況下獲得較高的線性度。圖I或圖2所示的跨導放大器在實際應用場景中，需要跨導放大器實現雙端輸入單端輸出吋，則跨導放大器的負相輸出端可以與跨導放大器的共模反饋電壓端VCMFB連接，實現跨導放大器的雙端輸入單端輸出。或者，在實際應用場景中，需要跨導放大器實現雙端輸入雙端輸出時，一般需要對圖I或圖2所示的跨導放大器的共模電平進行控制，也即對跨導放大器的共模反饋電壓端VCMFB的電壓進行控制，此時，圖I或圖2所示的跨導放大器可以進一歩包括如圖3所示的共模反饋電路，由圖I與圖3的共模反饋電路結合構成本申請跨導放大器的第三實施例結構，由圖2與圖3的共模反饋電路結構構成本申請跨導放大器的第四實施例結構。如圖3所示，所述共模反饋電路包括第二^^一 PMOS管M21的源極以及第二十ニ PMOS管M22的源極連接跨導放大器的電源電壓輸入端VC ;第二i^一 PMOS管M21的柵極與第二十二 PMOS管M22的柵極連接；第二十一 PMOS管M21的漏極連接跨導放大器的共模反饋電壓端VCMFB，且，通過第ー電阻Rl以及第ー電容Cl連接第二i^一 PMOS管M21的柵極，且，分別連接第二十三NMOS管M23的漏極以及第二十四NMOS管M24的漏極；第二十二 PMOS管M22的漏極、第二十二 PMOS管M22的柵極、第二十五NMOS管M25的漏極以及第二十六NMOS管的漏極連接；第二十三NMOS管M23的柵極連接跨導放大器的正相輸出端V0UTP，第二十四NMOS管M24的柵極和第二十五NMOS管M25的柵極連接參考電壓端VREF ;第二十六NMOS管M26的柵極連接跨導放大器的負相輸出端VOUTN ；第二十三NMOS管M23的源極、第二十四NMOS管M24的源極、第二十七NMOS管M27的漏極連接；第二十五NMOS管M25的源極、第二十六匪OS管M26的源極、第二十八NMOS管M28的漏極連接；
第二十七NMOS管M27的柵極和第二十八NMOS管M28的柵極連接負相偏置電壓端VBIASN ;第二十七NMOS管M27的源極以及第二十八NMOS管M28的源極接地。所述第一電阻Rl可以通過無源電阻實現，通過所述第一電阻Rl和第一電容Cl可以實現零極點分離，從而提升共模反饋電路和跨導放大器電路的共模穩定性。對於上述本申請實施例的跨導放大器一般的，正相偏置電壓端VBIASP和負相偏置電壓端VBIASN兩端輸入的偏置電流或者偏置電壓的值與其所在支路所需要的偏置電壓或電流有關，具體的電壓或電流數值可以在實際應用中根據應用環境確定，這裡不限制。—般的，可以為參考電壓端VREF輸入某一固定值的電壓，具體的電壓數值可以在實際應用中根據應用環境確定，這裡不限制。電源電壓輸入端VC—般連接跨導放大器的電源，用於為跨導放大器中的各個器 件供電。其中，在實際應用中如濾波器中需要使用電阻或者電感時，可以使用上述本申請實施例的跨導放大器進行電阻或者電感的模擬。具體的，在需要使用雙端輸入單端輸出的跨導放大器的應用場景中，可以通過圖I或圖2所示的跨導放大器模擬電阻或者電感，使得電路中的電阻和電感從無源器件變為有源器件；如圖4和圖5所示為圖I或圖2的跨導放大器模擬得到的電阻結構示意圖，如圖6所示為圖I或圖2的跨導放大器模擬得到的電感結構示意圖；在需要使用雙端輸入雙端輸出的跨導放大器的應用場景中，可以通過前述第三實施例或第四實施例的跨導放大器模擬電阻或者電感；如圖7所示為前述第三實施例或第四實施例的跨導放大器模擬得到的電阻結構示意圖。如圖4所示，跨導放大器模擬得到的電阻結構包括跨導放大器gm，所述跨導放大器gm可以使用圖I或圖2所示的跨導放大器結構實現；另外，該電阻還包括跨導放大器gm的負相輸出端與跨導放大器gm的共模反饋電壓端連接(圖中未示出)；跨導放大器gm的正相輸出端與跨導放大器gm的負相輸入端連接,該連接的連接點作為電阻的第一端；跨導放大器gm的負相輸入端作為電阻的第二端。其中，該電阻可以作為接地電阻或者浮地電阻，當圖4中所述電阻第一端和第二端中有一端接地，另一端連接其他器件時，該電阻為接地電阻；當電阻的第一端和第二端均連接其他器件時，該電阻為浮地電阻。圖4所示的電阻中，僅通過一個本申請實施例的跨導放大器進行電阻的模擬，為了使得跨導放大器模擬得到的電阻的性能更為接近實際的電阻，在實際應用中還可以通過兩個圖I或圖2所示的跨導放大器實現電阻的模擬，如圖5所示，該電阻結構包括兩個圖I或圖2所示的跨導放大器，設定兩個跨導放大器分別為第一跨導放大器gmll和第二跨導放大器gml2,其中，第一跨導放大器gmll的負相輸出端與第一跨導放大器gmll的共模反饋電壓端連接；第二跨導放大器gml2的負相輸出端與第二跨導放大器gml2的共模反饋電壓端連接；第一跨導放大器gmll的正相輸出端作為電阻的第一端,第一跨導放大器gmll的正相輸入端作為電阻的第二端；第一跨導放大器gmll的正相輸出端、第二跨導放大器gml2的正相輸入端以及第ニ跨導放大器gml2的正相輸出端相互連接；第二跨導放大器gml2的負相輸入端、第二跨導放大器gml2的正相輸出端、第一跨導放大器gmll的正相輸入端、第一跨導放大器gmll的負相輸入端相互連接。圖6為圖I或圖2所示的跨導放大器模擬得到的電感，如圖6所示，該電感包括
兩個圖I或圖2中所示的跨導放大器，分別為第一跨導放大器gmll和第二跨導放大器gml2,其中，第一跨導放大器gmll的負相輸出端與第一跨導放大器gmll的共模反饋電壓端連接；第二跨導放大器gml2的負相輸出端與第二跨導放大器gml2的共模反饋電壓端連接；所述電感的第一端通過第二電容C2接地，且分別與第一跨導放大器gmll的正相輸出端、第二跨導放大器gml2的正相輸入端連接；電感的第二端分別與第一跨導放大器gmll的正相輸入端、第二跨導放大器gml2的正相輸出端連接；第一跨導放大器gmll的負相輸入端接地，第二跨導放大器gml2的負相輸入端接地。圖7為跨導放大器模擬得到的電阻示意圖，包括跨導放大器gm，該跨導放大器可以通過本申請第三實施例或第四實施例的跨導放大器實現；該電阻還包括跨導放大器gm的正相輸入端與跨導放大器gm的負相輸出端連接,該連接的連接點作為所述電阻的第一端；跨導放大器gm的負相輸入端與跨導放大器gm的正相輸出端連接,該連接的連接點作為所述電阻的第二端。以上圖Γ圖7所示的電阻和電感均為有源器件，在實際應用中可以對應替換無源電阻和電感，例如在圖8所示的7階橢圓濾波器結構中，即可以使用圖4或圖5或圖7所示的電阻實現圖8中的電阻Rl和R2，而不使用無源電阻，使用圖6中的電感實現圖8中的電感L2、L3、L4，而不使用無源電感。由於其中的跨導放大器的低功耗高線性度，因此，保證了由所述跨導放大器實現的所述電阻以及電感的低功耗和高線性度，進而相對於使用無源電阻和/或電感的濾波器，包含所述電阻和/電感的濾波器的截止頻率、線性度等特性不隨溫度、エ藝角等因素的影響，使得濾波器功耗低且線性度高。當然，圖8所示的濾波器僅為舉例，本申請的電阻和電感還可以應用到其他濾波器，甚至其他的包含電阻和/或電感的電路結構中，同樣可以降低這些電路的功耗，提高線性度。最後，對於圖I和圖2中所示的跨導放大器的工作原理進行說明圖I是由第一 PMOS管Ml、第二 PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第九NMOS管至第十二 NMOS管、第十五NMOS管至第十八NMOS管組成的跨導放大器，圖2在圖I的基礎上增加了由第七NMOS管、第八NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十九NMOS管、第二十NMOS管組成的尤其適合於低壓應用的亞閾值管跨導放大器電路，從而使得圖2由兩組子跨導放大器組成，一組子跨導放大器由第一 PMOS管Ml、第ニ PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第九NMOS管至第十二NMOS管、第十五NMOS管至第十八NMOS管組成，第二組子跨導放大器由第七NMOS管、第八NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十九NMOS管、第二十NMOS管組成。第二組子跨導放大器為第一組子跨導放大器的主跨導對管第五NMOS管和第六NMOS管提供ー個符號相反的三階諧波項，從而可以利用電流相減的方式消除第一子跨導放大器的三次項諧波，從而實現本申請所述跨導放大器的低功耗高線性度
其中，第九NMOS管、第i^一 NMOS管、第十五NMOS管、第十七NMOS管作為輸入信號探測電路，給第五NMOS管隨輸入電壓變化的源級電壓；第十NMOS管、第十二 NMOS管、第十六NMOS管、第十八NMOS管作為輸入信號探測電路，給第六NMOS管隨輸入電壓變化的源級電壓。而第七NMOS管和第十九NMOS管、第八NMOS管和第二十NMOS管分別作為一個簡單的源跟隨器調節跨導放大器的共模反饋電壓端輸入的共模電平，分別使得第十三NMOS管和第十四NMOS管工作在亞閾值區。另外，第五NMOS管M5、第六NMOS管M6作為主跨導放大器管，第九NMOS管M9、第十NMOS管M10、第^^一 NMOS管Mil、第十二 NMOS管M12、第十五NMOS管M15、第十六NMOS管M16、第十七NMOS管M17、第十八NMOS管M18作為探測輸入信號變化的反饋電路，使得第十一 NMOS管Mll的柵極與源極之間的電壓差Vesil和第十二 NMOS管M12的柵極與源極之間的電壓差Vesi2保持恆定，從而讓第i^一 NMOS管Ml I和第十二 NMOS管M12的源級跟隨輸入信號的變化而變化，所以交叉連接的第五NMOS管M5、第六NMOS管M6完全根據輸入信號的變化進行電壓電流轉換，而且流過第五NMOS管M5、第六NMOS管M6的電流隨著輸入信號的變化而變化，類似於AB類工作的放大器管。而第七NMOS管M7和第八NMOS管M8作為源跟隨器，第十九NMOS管M19為第七NMOS管M7提供電流偏置，，第十九NMOS管M19為第七NMOS管M7提供電流偏置，，第二十NMOS管M20為第八NMOS管M8提供電流偏置，第十三NMOS管M13和第十四NMOS管M14工作在亞閾值區。對於工作在飽和區的MOS管而言，漏電流可以表示為
W,, = n 說 L 田 thn! n+；y )(I)
細 2[! ■+部/;.,s-F,,J]Ds)其中，W/L為MOS管的寬長比，Cm為單位溝道面積的氧化層電容，Un為場遷移率，Θ為遷移率衰減因子，Vthn為NMOS管的閾值電壓，λ為MOS管輸出阻抗因子；Vds表示MOS管的漏極與源極之間的電壓差；Ves表示MOS管的柵極與源極之間的電壓差。考慮到飽和區MOS管的非線性效應，跨導放大器的輸出電流可以用Taylor級數展開為I ο= I OUtp-1 OUtn=aI Vin+a3V in3+a5V in5+a7V iJ+* * *⑵其中，1。_表不跨導放大器的正相輸出端的輸出電流；IOTtn表不跨導放大器的負相輸出端的輸出電流。Vin表不跨導放大器的輸入端輸入的電壓信號。由此可以推導出三次諧波項為
權利要求
1.一種跨導放大器，其特徵在於，包括 第一 PMOS管的柵極以及第二 PMOS管的柵極連接跨導放大器的正相偏置電壓端； 第三PMOS管的柵極和第四PMOS管的柵極連接，且連接跨導放大器的共模反饋電壓端; 第一 PMOS管的源極、第二 PMOS管的源極、第三PMOS管的源極、第四PMOS管的源極、第九NMOS管的漏極以及第十NMOS管的漏極連接跨導放大器的電源電壓端； 第一 PMOS管的漏極分別連接第九NMOS管的柵極和第i^一 NMOS管的漏極；第三PMOS管的漏極和第五NMOS管的漏極連接跨導放大器的負相輸出端；第四PMOS管的漏極和第六NMOS管的漏極連接跨導放大器的正相輸出端； 第二 PMOS管的漏極分別連接第十NMOS管的柵極以及第十二 NMOS管的漏極；第五NMOS管的源極、第十NMOS管的源極、第十六NMOS管的柵極、第十八NMOS管的漏極和柵極連接；第六NMOS管的源極、第九NMOS管的源極、第十五NMOS管的柵極、第十七NMOS管的柵極和漏極連接； 第^ NMOS管的源極連接第十五NMOS管的漏極；第十二 NMOS管的源極連接第十六NMOS管的漏極； 第十五NMOS管的源極、第十六NMOS管的源極、第十七NMOS管的源極以及第十八NMOS管的源極連接； 第十一 NMOS管的柵極以及第五NMOS管的柵極均連接跨導放大器的正相輸入端；第六NMOS管的柵極以及第十二 NMOS管的柵極均連接跨導放大器的負相輸入端。
2.根據權利要求I所述的跨導放大器，其特徵在於，還包括 第七NMOS管的漏極以及第八NMOS管的漏極與第一 PMOS管的源極連接；第七NMOS管的柵極連接跨導放大器的正相輸入端；第八NMOS管的柵極連接跨導放大器的負相輸入端；第七NMOS管的源極分別連接第十三NMOS管的柵極以及第十九NMOS管的漏極；第八NMOS管的源極分別連接第十四匪OS管的柵極以及第二十NMOS管的漏極； 第十九NMOS管的柵極以及第二十NMOS管的柵極均連接跨導放大器的負相偏置電壓端; 第十三NMOS管的漏極連接第五NMOS管的漏極；第十四NMOS管的漏極連接第六NMOS管的漏極；第十三NMOS管的源極、第十四NMOS管的源極、第十九NMOS管的源極以及第二十NMOS管的源極均連接第十五NMOS管的源極。
3.根據權利要求I或2所述的跨導放大器，其特徵在於，還包括 第二十一 PMOS管的源極以及第二十二 PMOS管的源極連接跨導放大器的電源電壓輸入端；第二i^一 PMOS管的柵極與第二十二 PMOS管的柵極連接； 第二十一 PMOS管的漏極連接跨導放大器的共模反饋電壓端，且，通過第一電阻以及第一電容連接第二十一 PMOS管的柵極，且，分別連接第二十三NMOS管的漏極以及第二十四NMOS管的漏極； 第二十二 PMOS管的漏極連接第二十二 PMOS管的柵極、第二十五NMOS管的漏極以及第二十六NMOS管的漏極； 第二十三NMOS管的柵極連接跨導放大器的正相輸出端，第二十四NMOS管的柵極和第二十五NMOS管的柵極連接參考電壓端；第二十六NMOS管的柵極連接跨導放大器的負相輸出端； 第二十三NMOS管的源極、第二十四NMOS管的源極、第二十七NMOS管的漏極連接；第二十五NMOS管的源極、第二十六NMOS管的源極、第二十八NMOS管的漏極連接； 第二十七NMOS管的柵極和第二十八NMOS管的柵極連接負相偏置電壓端；第二十七NMOS管的源極以及第二十八NMOS管的源極接地。
4.一種電阻，其特徵在於，包括權利要求I或2所述的跨導放大器，其中， 跨導放大器的負相輸出端與跨導放大器的共模反饋電壓端連接； 跨導放大器的正相輸出端與跨導放大器的負相輸入端連接，該連接的連接點作為電阻的第一端； 跨導放大器的負相輸入端作為電阻的第二端。
5.一種電阻，其特徵在於，包括權利要求3所述的跨導放大器，其中， 跨導放大器的正相輸入端與跨導放大器的負相輸出端連接，該連接的連接點作為所述電阻的第一端； 跨導放大器的負相輸入端與跨導放大器的正相輸出端連接，該連接的連接點作為所述電阻的第二端。
6.一種電阻，其特徵在於，包括兩個權利要求I或2所述的跨導放大器，分別為第一跨導放大器和第二跨導放大器，其中， 第一跨導放大器的負相輸出端與第一跨導放大器的共模反饋電壓端連接；第二跨導放大器的負相輸出端與第二跨導放大器的共模反饋電壓端連接； 第一跨導放大器的正相輸出端作為電阻的第一端，第一跨導放大器的正相輸入端作為電阻的第二端； 第一跨導放大器的正相輸出端、第二跨導放大器的正相輸入端以及第二跨導放大器的正相輸出端相互連接；第二跨導放大器的負相輸入端、第二跨導放大器的正相輸出端、第一跨導放大器的正相輸入端、第一跨導放大器的負相輸入端相互連接。
7.—種電感，其特徵在於，包括兩個權利要求I或2所述的跨導放大器，分別為第一跨導放大器和第二跨導放大器，其中， 第一跨導放大器的負相輸出端與第一跨導放大器的共模反饋電壓端連接；第二跨導放大器的負相輸出端與第二跨導放大器的共模反饋電壓端連接； 電感的第一端通過第二電容接地，且分別與第一跨導放大器的正相輸出端、第二跨導放大器的正相輸入端連接；電感的第二端分別與第一跨導放大器的正相輸入端、第二跨導放大器的正相輸出端連接； 第一跨導放大器的負相輸入端接地，第二跨導放大器的負相輸入端接地。
8.一種濾波器，其特徵在於，包括權利要求I至3任一項所述的跨導放大器，和/或，權利要求4至6任一項所述的電阻，和/或，權利要求7所述的電感。
全文摘要
本申請公開了一種跨導放大器、電阻、電感以及濾波器，本申請跨導放大器採用兩組子跨導放大器構成，其中一組子跨導放大器由第一PMOS管M1至第四PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第九NMOS管至第十二NMOS管、第十五NMOS管至第十八NMOS管組成，第二組子跨導放大器由第七NMOS管、第八NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十九NMOS管、第二十NMOS管組成，兩組放大器的輸出端交叉連接，從而可以利用電流相減的方式消除第一子跨導放大器的三次項諧波，從而實現本申請所述跨導放大器的低功耗高線性度。進而由所述跨導放大器模擬得到的電阻、電感、以及由所述電阻和/或電感構成的電路也可以實現低功耗高線性度。
文檔編號H03L7/093GK102739174SQ20121021264
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者程序, 郭桂良, 閻躍鵬 申請人:中國科學院微電子研究所