具有有源电感结构的前馈共栅跨阻放大器电路

摘要

本发明公开了一种具有有源电感结构的前馈共栅跨阻放大器电路，包括前馈共栅跨阻放大器电路和有源电感电路；所述前馈共栅跨阻放大器电路的输出端依次串联上拉电阻R1和有源电感电路后，连接电压电源；所述前馈共栅跨阻放大器电路包括输入电源、NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M2、NMOS晶体管M3和NMOS晶体管M4。本发明采用的是有源电感的结构，缓解了跨阻增益与带宽之间的制约关系。在相同工作带宽的同时可以获得更大的跨阻增益。因为采用的是有源电感，并没有增大版图的面积。

说明书

技术领域：

本发明涉及模拟集成电路，尤其涉及光纤通信领域跨阻放大器的技术。

背景技术：

在光接收模块中低面积，低成本，高带宽，高跨阻增益的跨阻放大器在其中 扮演了一个重要的角色。

最近几年，前馈共栅结构的跨阻放大器因为克服了采用的RGC(Regulated Cascode)结构固有的电压裕度消耗大的缺点，实现了高带宽、高增益、低噪声 前置放大电路的设计。但是跨阻增益与带宽之间会存在一定的制约关系，无法在 带宽不受影响的情况下，提高的跨阻增益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的前馈共栅结构的跨阻放大器无法在带宽 不受影响的情况下，提高的跨阻增益。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：具有有源电感结构的前馈共栅 跨阻放大器电路，包括前馈共栅跨阻放大器电路和有源电感电路；所述前馈共栅 跨阻放大器电路的输出端依次串联上拉电阻R1和有源电感电路后，连接电压电 源；所述前馈共栅跨阻放大器电路包括输入电源、NMOS晶体管M1、NMOS晶 体管M2、NMOS晶体管M3和NMOS晶体管M4；输入电源包括并联的电流源 和电容，其输出端分别连接NMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2的源极，以 及NMOS晶体管M4的漏极；NMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2的源极为 信号输入端，NMOS晶体管M1的漏极连接上拉电阻R1，NMOS晶体管M2的 漏极连接上拉电阻R2，为NMOS晶体管M3栅极的偏置；NMOS晶体管M3的 漏极连接上拉电阻R3，为NMOS晶体管M1栅极的偏置；NMOS晶体管M4的 源极接地，NMOS晶体管M4的栅极和NMOS晶体管M2的栅极均连接电压电 源Vb；上拉电阻R2和上拉电阻R3均连接电源电压VDD2；所述有源电感电路 包括电阻R4和NMOS晶体管M5，NMOS晶体管M5的栅极连接电阻R4，源 极连接上拉电阻R1，漏极连接电源电压VDD1。

本发明的优点：本发明采用的是有源电感的结构，缓解了跨阻增益与带宽之 间的制约关系。在相同工作带宽的同时可以获得更大的跨阻增益。因为采用的是 有源电感，并没有增大版图的面积。

附图说明

图1是现有的FCG跨阻放大器电路图。

图2是本发明电路图。

图3是本发明有源电感的等效模型。

具体实施方式

如图1所示，现有的FCG跨阻放大器的小信号等效电路，其跨阻增益的传输函 数如下所示：

$Z_{T/FCG}\approx \frac{R_1·g_{m1}(1+(g_{m2}+g_{mb2}\left)R_2{g}_{m3}{R}_3\right)+R_1·g_{mb1}}{g_{m1}(1+(g_{m2}+g_{mb2}\left)R_2{g}_{m3}{R}_3\right)+(g_{m2}+g_{mb2}+g_{mb1}+g_{ds4})}\approx R_1$

从公式可以得出，提高跨阻增益的办法主要就是提高M1漏极的电阻。但是 增大漏极电阻R1会导致主极点的改变，当输出端的极点接近输入端的极点的时 候，带宽就会受到很大的影响。

如图2-3所示，具有有源电感结构的前馈共栅跨阻放大器包括五个NMOS 晶体管M1，M2，M3，M4，M5，其中M1(M2)源极是信号的输入，M3的漏 极和M2的漏极分别连接电阻R3和R2，M1的漏极连接R1和M5及R4组成的 有源电感，而同时M2的漏极和M3的漏极分别作为M3和M1栅极的偏置。电 源电压V_DD1的大小为2.5V，V_DD2的大小为1.8V，V_b的大小为0.9V，可以通过 外加直流偏置电压，或者带隙基准电源提供，这里不再赘述。有源电感的结构如 图3所示，等效电感从Vin看上去L的大小为：

$L\approx \frac{R_4{C}_{gs5}}{g_{m5}}$

等效电感和电阻的串联等于构成了并联峰化，可以在大电阻的情况下，保持 带宽的不变。

本发明在不改变带宽的情况下，引入了有源电感与电阻串联作为M1漏极负 载的结构。M1的漏极负载可以等效为一个更大的电阻串联电感，在获得更大的 跨阻增益的同时，等效的串联电感同时抑制了输出极点对于整个带宽的影响。