带宽积跨阻放大器及电流电压转化方法.pdf

《带宽积跨阻放大器及电流电压转化方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带宽积跨阻放大器及电流电压转化方法.pdf（12页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010445910.6 (22)申请日 2020.05.22 (71)申请人 北京中科银河芯科技有限公司 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路3号 (72)发明人 郭桂良 (74)专利代理机构 北京知迪知识产权代理有限 公司 11628 代理人 何丽娜 (51)Int.Cl. H03F 3/45(2006.01) H03F 1/42(2006.01) H03F 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种带宽积跨阻放大器及电流电压转化方 法 (57)摘要 本发明。

2、公开一种带宽积跨阻放大器及电流 电压转化方法， 涉及微弱电流信号检测技术领 域， 现有跨阻放大器为了提高gm的值， 必然会导 致输入级偏置电流增加， 使得功耗变大的问题。 所述带宽积跨阻放大器， 包括： 第一级放大电路、 第二级放大电路和输出电路。 第一级放大电路用 于在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放 大和转换， 获得第一输出电压。 第二级放大电路 与第一级放大电路电连接。 第二级放大电路用于 对第一输出电压进行增益放大， 获得第二输出电 压。 输出电路与第二级放大电路电连接， 输出电 路用于输出目标电压。 本发明提供的带宽积跨阻 放大器用于实现高增益、 高带宽和低输入噪声。 权利要求书。

3、2页 说明书8页 附图1页 CN 111817673 A 2020.10.23 CN 111817673 A 1.一种带宽积跨阻放大器， 其特征在于， 包括： 第一级放大电路， 用于在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和转换， 获得第 一输出电压； 与所述第一级放大电路电连接的第二级放大电路， 用于对所述第一输出电压进行增益 放大， 获得第二输出电压； 以及输出电路， 与所述第二级放大电路电连接， 用于输出目标电压。 2.根据权利要求1所述的带宽积跨阻放大器， 其特征在于， 所述第一级放大电路包括控 制电路、 负反馈电路、 转换电路、 电流镜电路和泄放电路； 所述控制电路的控制端用于接入第。

4、一偏置电压， 所述控制电路的输入端用于接入驱动 电压， 所述控制电路的输出端和所述负反馈电路的输入端均用于接入所述输入电流； 所述负反馈电路的控制端用于接入第二偏置电压， 所述负反馈电路的输出端和所述泄 放电路的输入端均与所述电流镜电路的控制端电连接； 所述电流镜电路的输入端用于接入所述输入电流， 所述电流镜电路的公共端用于接入 公共电压端， 所述泄放电路的控制端用于接入所述驱动电压， 所述泄放电路的输出端用于 接入所述公共电压端； 所述转换电路的输入端用于接入所述驱动电压， 所述转换电路的输出端和所述电流镜 电路的输出端与所述第二级放大电路的输入端电连接； 所述电流镜电路用于向所述转换电 路。

5、提供偏置电流， 所述转换电路用于将所述偏置电流转换为所述第一输出电压。 3.根据权利要求2所述的带宽积跨阻放大器， 其特征在于， 所述控制电路、 所述负反馈 电路以及所述泄放电路为晶体管， 所述电流镜电路为共源共栅电流镜； 所述转换电路为第 一电阻； 和/或， 所述第一级放大电路还包括第一滤波电路以及用于接入第三偏置电压的第二电阻， 所 述第一滤波电路的输入端和所述第二电阻均与所述电流镜电路的输出端电连接， 所述第一 滤波电路的输出端与所述第二级放大电路电连接。 4.根据权利要求13任一项所述的带宽积跨阻放大器， 其特征在于， 所述第二级放大 电路包括Cherry-Hooper电路、 以及与所。

6、述Cherry-Hooper电路电连接的零点电路， 所述零 点电路用以抑制所述Cherry-Hooper电路的主极点。 5.根据权利要求4所述的带宽积跨阻放大器， 其特征在于， 所述Cherry-Hooper电路包 括第一反相器和第二反相器， 所述第一反相器、 第二反相器和所述零点电路均用于接入所 述公共电压端； 所述第一反相器的输入端与所述第一级放大电路的输出端电连接， 所述第一反相器的 输出端分别与所述第二反相器的输入端和所述零点电路的输入端电连接， 所述零点电路的 输出端与所述第二反相器的输出端电连接， 所述第二反相器的输出端还与所述输出电路电 连接。 6.根据权利要求5所述的带宽积跨阻。

7、放大器， 其特征在于， 所述零点电路包括第三电 阻、 第四电阻以及用于接入所述公共电压端的第二电容； 所述第三电阻的第一端与所述第 一反相器的输出端电连接， 所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第一端并联在所述第 二电容上， 所述第四电阻的第二端与所述第二反相器的输入端电连接。 7.根据权利要求13任一项所述的带宽积跨阻放大器， 其特征在于， 所述第一级放大 权利要求书 1/2 页 2 CN 111817673 A 2 电路、 所述第二级放大电路和所述输出电路采用共源极连接至所述公共电压端， 所述输出 电路为共源缓冲级。 8.一种电流电压转化方法， 其特征在于， 应用权利要求17任一项所述带宽。

8、积跨阻放 大器， 所述电流电压转化方法包括： 所述第一级放大电路在所述负反馈输入阻抗作用下对所述输入电流进行放大和转换， 获得所述第一输出电压； 所述第二级放大电路对所述第一输出电压进行增益放大， 获得所述第二输出电压； 所述输出电路根据所述第二输出电压输出所述目标电压。 9.根据权利要求8所述的电流电压转化方法， 其特征在于， 当所述第一级放大电路包括 所述控制电路、 所述负反馈电路、 所述转换电路、 所述电流镜电路和所述泄放电路， 所述第 一级放大电路在所述负反馈输入阻抗作用下对所述输入电流进行放大和转换， 获得所述第 一输出电压包括： 所述控制电路向所述电流镜电路提供控制信号， 负反馈电。

9、路向所述电流镜电路提供负 反馈输入阻抗， 所述泄放电路向所述电流镜电路提供电流泄放通道； 所述电流镜电路在所述负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大， 得到偏置电流， 将所述偏置电流输出至所述转换电路； 所述转换电路在第一电阻作用下将所述偏置电流转换为所述第一输出电压； 当所述第一级放大电路包括所述第一滤波电路以及用于接入所述第三偏置电压的所 述第二电阻， 所述第一级放大电路在所述负反馈输入阻抗作用下对所述输入电流进行放大 和转换， 获得所述第一输出电压后， 所述第一级放大电路在所述负反馈输入阻抗作用下对 所述输入电流进行放大和转换， 获得所述第一输出电压前， 所述电流电压转化方法还包括： 所。

10、述第一滤波电路对所述第一输出电压进行滤波， 将滤波后的第一输出电压输入所述 第二级放大电路； 在所述第二电阻的作用下向所述第二级放大电路提供第三偏置电压。 10.根据权利要求8所述的电流电压转化方法， 其特征在于， 当所述第二级放大电路包 括Cherry-Hooper电路、 以及与所述Cherry-Hooper电路电连接的零点电路， 所述第二级放 大电路对所述第一输出电压进行增益放大， 获得第二输出电压， 包括： 所述零点电路消除所述Cherry-Hooper电路的主极点； 所述Cherry-Hooper电路对所述第一滤波电路传输的所述第一输出电压进行增益放 大， 获得第二输出电压。 权利要求。

11、书 2/2 页 3 CN 111817673 A 3 一种带宽积跨阻放大器及电流电压转化方法 技术领域 0001 本发明涉及微弱电流信号检测技术领域， 尤其涉及一种带宽积跨阻放大器及电流 电压转化方法。 背景技术 0002 跨阻放大器作为微弱电流信号检测第一级放大电路， 要求较高的增益带宽积以及 低输入噪声流谱密度。 跨阻放大器的性能影响整个微弱电流信号检测系统的灵敏度。 目前 常用的宽带电流放大器大多采用二极管形式连接的输入晶体管， 要想进一步扩展放大器带 宽， 只能通过增加输入晶体管的跨导gm来降低输入阻抗， 将主极点推到更高频率处。 而为了 提高gm的值， 必然会导致输入级偏置电流增加，。

12、 使得功耗变大。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种能够实现高增益、 高带宽和低输入噪声的带宽跨阻放 大器及电流电压转化方法， 用于解决现有跨阻放大器为了提高gm的值， 必然会导致输入级 偏置电流增加， 使得功耗变大的问题。 0004 为了实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 0005 一种带宽积跨阻放大器， 包括： 0006 第一级放大电路， 用于在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和转换， 获 得第一输出电压； 0007 与第一级放大电路电连接的第二级放大电路， 用于对第一输出电压进行增益放 大， 获得第二输出电压； 0008 以及输出电路， 与第二级放大电路电连接， 用。

13、于输出目标电压。 0009 与现有技术相比， 本发明提供的带宽积跨阻放大器， 采用了第一级放大电路、 第二 级放大电路和输出电路相结合的形式， 第一级放大电路获取低噪声性能， 第二级放大电路 实现高增益宽带积， 输出电路输出高摆幅和高线性度电压。 在保证TIA(trans-impedance amplifier， 缩写为TIA)的高增益的情况下扩展了系统带宽， 降低了功耗。 0010 本发明还提供一种电流电压转化方法， 包括： 0011 第一级放大电路在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和转换， 获得第一 输出电压； 0012 第二级放大电路对第一输出电压进行增益放大， 获得第二输出电压；。

14、 0013 输出电路根据第二输出电压输出目标电压。 0014 与现有技术相比， 本发明提供的电流电压转化方法具有与上述技术方案提供的带 宽积跨阻放大器相同的有益效果， 在此不做赘述。 附图说明 0015 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本发明的一部分， 本发 说明书 1/8 页 4 CN 111817673 A 4 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中： 0016 图1为本发明实施例提供的带宽积跨阻放大器的示意性框架图； 0017 图2为本发明实施例提供的基于带宽积跨阻放大器的电流电压转化方法的流程 图。 具体实施方式 0018 。

15、为了使本发明所要解决的技术问题、 技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结 合附图及实施例， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅 用以解释本发明， 并不用于限定本发明。 0019 需要说明的是， 当元件被称为 “固定于” 或 “设置于” 另一个元件， 它可以直接在另 一个元件上或者间接在该另一个元件上。 当一个元件被称为是 “连接于” 另一个元件， 它可 以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。 0020 此外， 术语 “第一” 、“第二” 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。 由此， 限定有 “。

16、第一” 、“第二” 的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。 在本发明的描述中，“多个” 的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。“若干” 的含义是一个或一个以上， 除非另有明确具体的限定。 0021 在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语 “上” 、“下” 、“前” 、“后” 、“左” 、“右” 等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描 述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 0022 在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限。

17、定， 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地连接； 可 以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以是 两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以 根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 0023 本发明实施例提供的带宽积跨阻放大器及电流电压转化方法， 采用基于阻抗负反 馈技术的宽带电流放大器， 结合基于改进型的Cherry-Hooper电路实现来实现高增益、 高带 宽和低输入噪声的跨阻放大器。 进而解决目前主流的跨阻放大器都是采。

18、用互相调节的共源 共栅输入级结构， 以降低跨阻放大器的输入阻抗以拓展带宽， 但是这样的缺点是增益会降 低。 其它采用级联方式的跨阻放大器虽然可以提高增益， 但是会额外引入较大的功耗。 0024 请参阅图1， 本发明实施例提供的带宽积跨阻放大器， 包括： 0025 第一级放大电路， 用于在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和转换， 获 得第一输出电压。 0026 与第一级放大电路电连接的第二级放大电路， 用于对第一输出电压进行增益放 大， 获得第二输出电压。 0027 以及输出电路， 与第二级放大电路电连接， 用于输出目标电压。 0028 本发明实施例中的第一级放大电路， 采用宽带电流放大及。

19、电流-电压转换级结构， 以获得低噪声性能； 第二级放大电路， 为基于改进型Cherry-Hooper 电路电压放大级电路， 以实现高增益带宽积； 输出电路为第三级电路， 对最终转换成的电压进行输出。 说明书 2/8 页 5 CN 111817673 A 5 0029 具体实施时： 第一级放大电路通过电流镜电路将输入的电流进行比例放大， 放大 之后的电流经过电阻R1转换成第一输出电压输入到第二级放大电路， 第二级放大电路中的 Cherry-Hooper电路对第一输出电压进一步放大， 通过添加的零点电路， 抵消Cherry- Hooper电路的主极点， 进而扩展第二级放大电路的带宽。 第三级电路采。

20、用共源放大器结构 的缓冲级实现了高的输出摆幅及线性度， 最终输出目标电压。 0030 第一级放大电路为宽带电流放大及电流-电压转换级结构以获得低噪声性能。 第 二级放大电路为基于改进型Cherry-Hooper反相器电压放大级以实现高增益带宽积， 第三 级电路为缓冲级输出电路。 第一级放大电路通过电流镜电路将输入的电流进行比例放大， 放大的比例为第四晶体管M4和第三晶体管 M3的尺寸比。 放大之后的电流经过第一电阻R1转 换成电压输入到第二级放大电路。 第二级放大电路将电压进一步放大， 通过添加第三电阻 R3、 第四电阻 R4和第二电容C2组成的T型结构， 形成一个零点， 抵消第二级放大电路的。

21、主极 点， 从而可以扩展第二级放大电路的带宽。 第三级电路采用共源放大器结构的缓冲级实现 了高的输出摆幅及线性度， 并作50匹配， 用于驱动负载电容。 0031 通过上述带宽积跨阻放大器的结构和具体实施过程可知， 转换电路获取低噪声性 能， 放大电路实现高增益宽带积， 缓冲电路输出高摆幅和高线性度电压。 在保证TIA的高增 益的情况下扩展了系统带宽， 降低了功耗。 0032 作为一种可实施方式， 第一级放大电路包括控制电路、 负反馈电路、 转换电路、 电 流镜电路和泄放电路。 0033 控制电路的控制端用于接入第一偏置电压， 控制电路的输入端用于接入驱动电 压， 控制电路的输出端用于接入输入电。

22、流。 0034 负反馈电路的控制端用于接入第二偏置电压， 负反馈电路的输入端用于接入输入 电流， 负反馈电路的输出端和泄放电路的输入端均与电流镜电路的控制端电连接。 0035 电流镜电路的输入端用于接入输入电流， 电流镜电路的公共端用于接入公共电压 端， 泄放电路的控制端用于接入驱动电压， 泄放电路的输出端用于接入公共电压端。 0036 转换电路的输入端用于接入驱动电压， 转换电路的输出端和电流镜电路的输出端 与第二级放大电路的输入端电连接； 电流镜电路用于向转换电路提供偏置电流， 转换电路 用于将偏置电流转换为第一输出电压。 0037 进一步的， 控制电路包括第一晶体管M1， 第一晶体管M1。

23、的第一电极外接驱动电压 VDD， 其第二电极外接输入电流Iin， 其控制电极外接第一偏置电压 VB1。 0038 负反馈电路包括第二晶体管M2， 第二晶体管M2的第一电极外接输入电流Iin， 其第 二电极与第三晶体管M3和第四晶体管M4的控制电极电连接， 其控制电极外接第二偏置电压 VB2。 负反馈电路能够为电流镜放大电路提供负反馈输入阻抗。 0039 泄放电路包括第五晶体管M5， 第五晶体管M5的第二电极与第三晶体管 M3和第四晶 体管M4的控制电极电连接， 其第一电极接地GND， 其控制电极接驱动电压VDD。 泄放电路为电 流镜放大电路提供电流泄放通道。 0040 电流镜放大电路包括第三晶。

24、体管M3、 第四晶体管M4， 第三晶体管M3的第二电极外接 输入电流Iin， 第三晶体管M3的第一电极与第四晶体管M4的第一电极电连接， 第三晶体管M3的 控制电极与第四晶体管M4的控制电极电连接。 电流镜放大电路对输入电流进行比例放大， 放大的比例为第四晶体管M4与第三晶体管M3的尺寸比。 转化后的电流会传输至转换电路。 说明书 3/8 页 6 CN 111817673 A 6 0041 转换电路包括第一电阻R1， 第四晶体管M4的第一电极与第一电阻R1的一端和第二 级放大电路的一端电连接。 第一电阻R1的另一端外接驱动电压VDD。 比例放大后的电流会在 第一电阻R1的作用下转换为第一输出电。

25、压， 并传输至第二级放大电路。 0042 由上可见， 第一级放大电路的阻抗负反馈宽带电流放大器由第一晶体管 M1、 第二 晶体管M2、 第三晶体管M3、 第四晶体管M4、 第一电阻R1和第一电容C1组成， 第三晶体管M3和第 四晶体管M4组成一对电流镜， 电流镜放大电路的电流增益和没有负反馈结构时的电流增益 差不多。 第二晶体管M2采用一个PMOS管实现阻抗负反馈， 由于它的漏电阻很大， 所以消耗的 电流很小， 可以降低电流放大器的输入阻抗， 产生较大的本征增益。 第五晶体管M5的作用是 提供一个泄放通道。 输入电流经过电流镜放大电路放大之后， 再通过第一电阻R1转换成电 压， 通过第一电容C。

26、1耦合到第二级放大电路。 0043 作为一种可实施方式， 控制电路、 负反馈电路以及泄放电路为晶体管， 电流镜电路 为共源共栅电流镜。 转换电路为第一电阻R1。 和/或， 0044 第一级放大电路还包括第一滤波电路以及用于接入第三偏置电压的第二电阻R2。 第一滤波电路的输入端和第二电阻R2均与电流镜电路的输出端电连接。 第一滤波电路的输 出端与第二级放大电路电连接。 0045 进一步的， 第一滤波电路包括第一电容C1。 第一电容C1的一端与第一电阻R1的一端 电连接。 将第一输出电压耦合到第二级放大电路。 第二电阻R2的一端与第二级放大电路的 输入端电连接， 另一端外接第三偏置电压。 0046。

27、 由上可见， 上述第一级放大电路为带阻抗负反馈的宽带电流-电压放大器。 跨阻放 大器的第一级电路是一个采用阻抗负反馈技术的电流镜结构电流-电压放大器。 电流镜结 构的放大器有一个好处是很容易实现电流到电压的转换。 第二电阻R2和第一电容C1为第二 级提供了稳定的VB3VDD/2偏置电压。 优点是不受第一级放大电路工艺变化的影响。 如图1 所示， 输出电流流过输出电阻R1就可以实现电压输出。 目前主流的宽带电流放大器大多采 用二极管形式连接的输入MOS管， 要想进一步扩展放大器带宽， 只能通过增加输入MOS 管的 跨导gm来降低输入阻抗， 将主极点推到更高频率处。 而为了提高gm的值， 必然会导。

28、致输入级 偏置电流增加， 使得功耗变大。 本发明在传统的宽带电流放大器基础上引入阻抗负反馈技 术来降低宽带放大器的输入阻抗， 在保证TIA 的高增益的情况下扩展了系统带宽， 降低了 功耗。 0047 带有阻抗负反馈的电流放大器的传输函数如公式(1)所示： 0048 0049 其中： 0050 0051 0052 gm2、 gm3和gm4分别为第二晶体管M2、 第三晶体管M3和第四晶体管M4的跨导。 rds1、 rds2、 rds3和rds5分别为第一晶体管M1、 第二晶体管M2、 第三晶体管M3和第五晶体管M5的漏源电阻。 说明书 4/8 页 7 CN 111817673 A 7 Cgs2、 。

29、Cgs3和Cgs4分别是第二晶体管 M2、 第三晶体管M3、 第四晶体管M4的栅源电容。 iin和iout分 别为第一级输入和输出电流。 0053 由于所有的晶体管衬底都连接到源极， 可以忽略体效应。 同时忽略除Cgs外的所有 晶体管寄生电容。 从公式(1)可以看出， 电流放大器是一个多极点系统。 由于TIA的输入电容 (包括MEMS圆盘谐振器和CMOS电路极间寄生电容、 ESD寄生电容和封装寄生电容)很大， 模拟 值为1pF， 使得TIA的输入端成为主极点。 由于漏源电阻rds很大， 公式(1)可简化为： 0054 0055 式中： ids3和ids4分别为M3和M4的漏源电流。 这个电流增。

30、益非常接近没有负反馈的电 流镜增益。 也就是说负反馈并没有降低电路的增益。 0056 宽带电流放大器中的第二晶体管M2采用了一个PMOS管。 由于它的漏源电阻很大， 从而消耗较小的电流就可以得到一个小的跨导gm2， 降低宽带电流放大器的输入阻抗， 产生 不小的本征增益。 第五晶体管M5的作用是提供一个电流泄放通路。 0057 同样可以看出， 电流放大器的输入阻抗为： 0058 0059 其中， 0060 1/(rds2/Z2+1) (6) 0061 输入阻抗为三个阻抗并联， 可近似取最小阻抗。 其表达式为： 0062 0063 式中： gds1和gds3分别是第一晶体管M1和第三晶体管M3的漏。

31、源电导。 从上式可以看 出， 采用负反馈之后的输入阻抗由二极管连接方式的1/gm3减少到 1/( gm3gm2rds2)。 0064 第一级的热噪声主要由以下几部分组成： 第一晶体管M1和第三晶体管 M3的热噪声 电流直接流过输入节点。 第四晶体管M4和第一电阻R1的热噪声电流流过输出节点， 可以通过 除以电流放大器增益等效到输入节点。 第二晶体管M2和第五晶体管M5的引起的等效输入热 噪声电流则需要通过小信号电路推导得到。 0065 TIA总的参考输入电流热噪声表达式如下： 0066 0067 式中： 0068 (Cin+Cgs2),A1+gm2rds2 (9) 0069 说明书 5/8 页。

32、 8 CN 111817673 A 8 0070k、 T、 和w分别为玻尔兹曼常数、 绝对温度、 噪声系数和角频率。和分别 为第二晶体管M2和第五晶体管M5的沟道噪声电流谱密度。 0071 根据理论推导和仿真设计， TIA总的参考输入电流热噪声由第一级的电流热噪声 性能决定。 而第一级的电流热噪声主导成分为第一晶体管M1和第三晶体管M3的电流热噪声。 增大第一晶体管M1和第三晶体管M3的版图面积， 可降低输入参考电流噪声。 0072 作为一种可实施方式， 第二级放大电路包括Cherry-Hooper电路和与 Cherry- Hooper电路电连接的零点电路， 零点电路用以抑制Cherry-Ho。

33、oper电路的主极点。 0073 零点电路可以形成一个零点， 抵消Cherry-Hooper电路的主极点， 从而可以扩展第 二级电路的带宽。 0074 上述Cherry-Hooper电路包括第一反相器和第二反相器， 第一反相器、 第二反相器 和零点电路均用于接入公共电压端。 0075 第一反相器的输入端与第一级放大电路的输出端电连接， 第一反相器的输出端分 别与第二反相器的输入端和零点电路的输入端电连接， 零点电路的输出端与第二反相器的 输出端电连接， 第二反相器的输出端还与输出电路电连接。 0076 上述第一反相器包括第六晶体管M6和第七晶体管M7， 第六晶体管M6的第二电极与 第七晶体管M。

34、7的第二电极电连接， 第六晶体管M6的第一电极接地， 第六晶体管M6的控制电极 与第七晶体管M7的控制电极电连接， 第七晶体管M7的第一电极外接驱动电压。 0077 第二反相器包括第八晶体管M8和第九晶体管M9， 第八晶体管M8的第二电极与第九 晶体管M9的第二电极电连接， 第八晶体管M8的第一电极接地， 第八晶体管M8的控制电极与第 九晶体管M9的控制电极电连接， 第九晶体管 M9的第一电极外接驱动电压。 0078 零点电路包括第三电阻R3、 第四电阻R4和第二电容C2， 第三电阻R3的一端与第六晶 体管M6和第七晶体管M7的控制电极电连接， 其另一端与第四电阻R4的一端电连接， 第四电阻 。

35、R4的另一端与第八晶体管M8和第九晶体管 M9的第二电极电连接， 第二电容C2的一端与第三 电阻R3的另一端电连接， 其另一端接地。 0079 第一反相器和第二反向器对第一级放大电路传输过来的电压进行放大， 第三电阻 R3、 第四电阻R4和第二电容C2组成的T型结构的零点电路， 形成一个零点， 抵消第二级放大电 路的主极点， 从而扩宽频带。 0080 第二级放大电路： 0081 TIA第一级出来的电流信号经第三晶体管M3和第四晶体管M4电流镜放大电路放大， 再通过第一电阻R1将电流转换为电压。 通过第一电容C1， 信号耦合到由第六晶体管M6至第九 晶体管M9以及第三电阻R3、 第四电阻R4和第。

36、二电容C2组成的改进型Cherry Hooper反相器电 压放大级结构， 得到高增益和低输出阻抗的要求。 第二级放大电路的增益为(gm6+gm7)(R3+ R4),-3dB 带宽为(gm8+gm9)/(Cgs10+Cds8+Cds9)， 其将影响增益和带宽的管子分离开， 利于实现 高的增益带宽积。 此外， 由三电阻R3、 第四电阻R4和第二电容C2组成的零点电路为T型结构， 可形成一个左半平面的零点wz-(g3+g4)/C2(g3 1/R3,g41/R4)以抵消次主极点， 从而 扩宽第二级频带。 TIA的跨阻增益ZT为： 0082 说明书 6/8 页 9 CN 111817673 A 9 00。

37、83 式中： gm6、 gm7和gm10分别为第六晶体管M6、 第七晶体管M7和第十晶体管M10的跨导， 在 设计的过程中可以使第二级的主极点(gm8+gm9)/ (Cgs10+Cds8+Cds9)和第三级主极点1/(R5CL) 均高于第一级的主极点值。 因此， TIA的3dB带宽取决于第一级。 忽略沟道长度调制效应， 只 考虑栅源电容Cgs， Cgs代表晶体管的栅源(gate-source)电容， gm代表晶体管的跨导值， rds 代表晶体管的沟道调制电阻值， gds代表晶体管的沟道调制电导值。 由整个电路的小信号模 型， 可以导出TIA的-3dB带宽为： 0084 0085 作为一种可实施。

38、方式， 第一级放大电路、 第二级放大电路和输出电路采用共源极 连接至公共电压端， 输出电路为共源缓冲级。 0086 上述输出电路包括第十晶体管M10和第五电阻R5， 作用是实现高的输出摆幅和线性 度， 并实现50欧的阻抗匹配。 第十晶体管M10为NMOS管。 0087 如图2所示， 本发明还提供了一种基于跨阻放大器的电流电压转化方法， 包括： 0088 步骤S10： 第一级放大电路在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和转换， 获得第一输出电压。 0089 步骤S20:第二级放大电路对第一输出电压进行增益放大， 获得第二输出电压。 0090 步骤S30:输出电路根据第二输出电压输出目标电压。。

39、 0091 作为一种可实施方式， 当第一级放大电路包括控制电路、 负反馈电路、 转换电路、 电流镜电路和泄放电路， 第一级放大电路在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和 转换， 获得第一输出电压包括： 0092 步骤S101： 控制电路向电流镜电路提供控制信号， 负反馈电路向电流镜电路提供 负反馈输入阻抗， 泄放电路向电流镜电路提供电流泄放通道。 0093 步骤S102： 电流镜电路在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大， 得到偏置 电流， 将偏置电流输出至转换电路。 0094 步骤S103： 转换电路在第一电阻R1作用下将偏置电流转换为第一输出电压。 0095 当第一级放大电路包括第一。

40、滤波电路以及用于接入第三偏置电压的第二电阻R2， 第一级放大电路在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和转换， 获得第一输出电压 后， 第一级放大电路在负反馈输入阻抗作用下对输入电流进行放大和转换， 获得第一输出 电压前， 电流电压转化方法还包括： 0096 步骤S10-1： 第一滤波电路对第一输出电压进行滤波， 将滤波后的第一输出电压输 入第二级放大电路。 0097 步骤S10-2： 在第二电阻R2的作用下向第二级放大电路提供第三偏置电压。 0098 作为一种可实施方式， 当第二级放大电路包括Cherry-Hooper电路、 以及与 Cherry-Hooper电路电连接的零点电路， 第二级。

41、放大电路对第一输出电压进行增益放大， 0099 获得第二输出电压， 包括： 0100 步骤S20.1： 零点电路消除Cherry-Hooper电路的主极点。 0101 步骤S20.2： Cherry-Hooper电路对第一滤波电路传输的第一输出电压进行增益放 大， 获得第二输出电压。 说明书 7/8 页 10 CN 111817673 A 10 0102 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵 盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 说明书 8/8 页 11 CN 111817673 A 11 图1 图2 说明书附图 1/1 页 12 CN 111817673 A 12 。