用于光电检测的集成低噪声放大器设计

摘要

随着探测技术的发展，在科学研究和工业应用中，需要对越来越多的微弱信号进行放大处理。然而电路中的噪声成为微弱信号放大的主要制约因素，它通常会限制电路中输出信号的精度。本文在对噪声理论及CMOS电路中主要噪声分析介绍的基础上，深入研究了降低电路中低频噪声的技术，包括自动调零、相关双采样和斩波稳定等。通过分析和对比这些低噪声技术，结合放大电路的实际应用环境和指标要求，本文设计了一款用于光电检测的集成低噪声微弱信号放大电器，该放大电路内部采用了斩波稳定结构来降低噪声和失调，通过调制解调的方法将信号调制到没有1/f 噪声的高频处，再经过放大器放大后解调回原始基带，在此过程中电路产生的噪声和失调只经过一次调制，被调制到了高频处，可利用低通滤波器滤除，从而达到降低噪声的目的。整个放大电路主要包括前置放大器、高通滤波器、解调器和开关电容低通滤波器四个模块。在输入调制中采用光信号调制的设计，大大降低了MOS开关调制器中由于开关非理想效应引入的残余失调。芯片采用CSMC0.6 μMdpdm混合工艺进行流片，仿真和测试结果表明该电路通过斩波稳定技术实现了信号的放大同时抑制了噪声。在斩波频率为50kHz时，该放大电路的低频等效输入噪声为66.1Hz Nv//Hz。