CN102651635B - 一种全差分功率电流放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全差分功率电流放大器，由有源放大网络和反馈网络构成；其中，所述有源放大网络由两个相同的标准有源二端口放大网络组成；所述反馈网络由两个各自由变压器实现的电流并联负反馈网络和两个由单个无源器件实现的电流串联负反馈网络组成。所述的标准有源二端口放大网络与所述的变压器两两一组，所述变压器初级线圈的同名端与所述标准有源二端口放大网络的反向输出端相连，其异名端与负载的一端相连；所述变压器次级线圈的同名端与所述标准有源二端口放大网络的同相输入端相连，其异名端接地。所述无源器件的两端各自同时连接所述两个标准有源二端口放大网络中其中一个的反相输入端和同相输出端。本发明集成度高，成本低，性能好。

Description

一种全差分功率电流放大器
技术领域
本发明属于模拟集成电路技术领域，具体是涉及一种全差分功率电流放大器。
背景技术
阻抗匹配是宽带放大器的设计难点。常见的宽带(或超宽带)放大器的电路结构，如共栅极(或共基极)放大器、分布式放大器、以及阻性电压并联负反馈放大器等，其阻抗匹配是与噪声、线性度以及功耗或芯片面积等重要参数之间是相关的，即其阻抗匹配的实现是以恶化噪声，或降低线性度，或增加功耗或芯片面积等为代价来换取的。其次，这些在放大器在宽带内不具有精确定义的输入阻抗及传递函数，因此其带内增益不平坦。第三，这些放大器的输出信号为功率信号，因此放大器的输出端也需要阻抗匹配网络。第四，这些放大器的输入信号和输出信号均为单端信号，因此其抗干扰信号的能力差，不适合远距离传输信号。
本发明的一种全差分功率电流放大器，目前尚无相关的文献介绍，亦未搜索到相关的专利文件。
发明内容
本发明的目的和要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提出一种全差分功率电流放大器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种全差分功率电流放大器，由有源放大网络和反馈网络构成；所述有源放大网络由两个相同的第一标准有源二端口放大网络1和第二标准有源二端口放大网络1组成，所述反馈网络由两个相同的第一变压器2和第二变压器2以及无源器件3组成；其中所述的第一标准有源二端口放大网络1和第二标准有源二端口放大网络1的同相输入端与输入差分的功率信号相连接；所述的第一变压器2初级线圈的同名端与所述的第一标准有源二端口放大网络1的反向输出端相连，其异名端与负载的一端相连；所述的第一变压器2次级线圈的同名端与所述的第一标准有源二端口放大网络1的同相输入端相连，其异名端接地；所述的第二变压器2初级线圈的同名端与所述的第二标准有源二端口放大网络1的反向输出端相连，其异名端与负载的另一端相连；所述的第二变压器2次级线圈的同名端与所述的第二标准有源二端口放大网络1的同相输入端相连，其异名端接地；所述的无源器件3的一端同时连接所述的第一标准有源二端口放大网络1的反相输入端和同相输出端，其另一端同时连接所述的第二标准有源二端口放大网络1的反相输入端和同相输出端；所述的第一、第二标准有源二端口放大网络1的反相输出端输出的差分电流信号分别流经第一、第二变压器2的初级线圈后输出至负载。
上述的第一、第二标准有源二端口放大网络1的输出信号是电流信号。
上述的第一、第二变压器2构成两个组态为电流并联的负反馈网络，无源器件3构成两个组态为电流串联的负反馈网络。
上述的第一、第二变压器2同时具有高匝数比和高磁感应系数。
上述的无源器件3可以是电阻、电感或微带线中的任一种。
本发明的一种全差分功率电流放大器具有如下优点和有益效果：
1、由于本发明的一种全差分功率电流放大器中的阻抗匹配、噪声以及失真的设计是正交的，因此其在宽带内能同时实现阻抗匹配、低噪声以及高线性度；
2、由于本发明的一种全差分功率电流放大器在宽带内具有精确定义的输入阻抗及传递函数，因此其在宽带内能实现良好的阻抗匹配，且带内增益平坦；
3、由于本发明的一种差分功率电流放大器的输出信号为电流信号，因此其输出端不需要阻抗匹配网络；
4、由于本发明的一种全差分功率电流放大器的输入输出信号均为差分信号，因此其共模抑制比高、传输距离远。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是图1的具体实施电路图；
图中：1.标准有源二端口放大网络，2.变压器，3.无源器件。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的规定。
图2所示为图1的一种基于CMOS工艺的具体实施电路图。如图1和图2所示，一种全差分功率电流放大器，由有源放大网络和反馈网络构成；其中，所述有源放大网络由两个相同的标准有源二端口放大网络1组成，所述反馈网络由两个组态为电流并联的负反馈网络和两个组态为电流串联的负反馈网络组成。所述的两个电流并联负反馈网络分别由两个相同的变压器2实现。所述的两个电流串联负反馈网络由单个的无源器件3实现。在图2中，所述的第一标准有源二端口放大网络1由晶体管VF1、VF3和VF4构成的两级放大器实现，其中其输入级由共源极放大器VF1组成，其输出级由全差分放大器VF3和VF4组成；所述的第二标准有源二端口放大网络1由晶体管VF2、VF5和VF6构成的与所述的第一标准有源二端口放大网络1对称的两级放大器实现，其中其输入级由共源极放大器VF2组成，其输出级由全差分放大器VF5和VF6组成。晶体管VF7～VF16为晶体管VF1～VF6提供偏置电流。所述的两个变压器2均由匝数比为1：N的集成变压器实现，分别用TF1和TF2标示。所述的单个的无源器件3由两个阻值为R/2的电阻串联而成。例如，若取R为2.5Ω，则变压器TF1和TF2的有效匝数比N均为20。差分的功率信号(uin+，uin-和iin+，iin-)输入至VF1和VF2的栅极。由VF1的漏极输出的单端信号同时直接耦合至VF3和VF5的栅极，而由VF2的漏极输出的信号则同时直接耦合至VF4和VF6的栅极。由VF3和VF6的漏极输出的电流信号分别通过电容C1和C2各自耦合到VF1和VF2的源极，VF1和VF2的源极各自与两个电阻R/2的一端相连。由VF4和VF5的漏极输出的电流信号分别与变压器TF1和变压器TF2初级线圈的同名端相连，而其异名端则分别经耦合电容C3和C4连接至负载(ZL)的两端。即由VF4和VF5的漏极输出的差分电流信号流过变压器TF1和变压器TF2的初级线圈和耦合电容C3和C4后，差分的输出电流信号(iO-，iO+)流入负载ZL。变压器TF1和变压器TF2次级线圈的同名端各自分别与VF1和VF2的栅极相连，而其异名端则均连接至一个为栅极提供直流偏置的电压源UGG。图2中VF13、VF14和电阻R'构成组合电流源。即VF13的源极与供电电源UDD相连，其漏极和栅极均与电阻R'的一端相连，而VF14的源极接地，其漏极和栅极均与电阻R'的另一端相连。VF7～VF12为VF13的镜像电流源，而VF15和VF16则为VF14的镜像电流源。即VF7～VF12的栅极均与VF13的栅极和漏极相连，其源极均与供电电源UDD相连。VF15和VF16的栅极均与VF14的栅极和漏极相连，其源极均连接至地。VF7的漏极与VF1的漏极相连，VF12的漏极与VF2的漏极相连，VF8的漏极与VF3的漏极相连，VF9的漏极与变压器TF1初级线圈的异名端相连，VF10的漏极与变压器TF2的初级线圈的异名端相连，VF11的漏极与VF6的漏极相连。VF3～VF6的源极均连接至VF16的漏极，两个电阻R/2相连的一端接至VF15的漏极。上述晶体管中，VF1～VF6和VF14～VF16为N-沟道MOSFET，VF7～VF13为P-沟道MOSFET。其中VF7与VF12的尺寸相同，VF8～VF11的尺寸相同，VF1和VF2的尺寸相同，VF3～VF6的尺寸相同。
本实施例基于CMOS工艺制造，所有的器件都可集成在同一个芯片内，因此集成度高，成本低，性能好。

Claims (4)

1.一种全差分功率电流放大器，由有源放大网络和反馈网络构成；所述有源放大网络由第一标准有源二端口放大网络(1)和第二标准有源二端口放大网络(1)组成，其特征在于，所述反馈网络由第一变压器(2)、第二变压器(2)和无源器件(3)组成；其中所述的第一标准有源二端口放大网络(1)和第二标准有源二端口放大网络(1)的同相输入端与输入差分的功率信号相连接；所述的第一变压器(2)初级线圈的同名端与所述的第一标准有源二端口放大网络(1)的反向输出端相连，其异名端与负载的一端相连；所述的第一变压器(2)次级线圈的同名端与所述的第一标准有源二端口放大网络(1)的同相输入端相连，其异名端接地；所述的第二变压器(2)初级线圈的同名端与所述的第二标准有源二端口放大网络(1)的反向输出端相连，其异名端与负载的另一端相连；所述的第二变压器(2)次级线圈的同名端与所述的第二标准有源二端口放大网络(1)的同相输入端相连，其异名端接地；所述的无源器件(3)的一端同时连接所述的第一标准有源二端口放大网络(1)的反相输入端和同相输出端，其另一端同时连接所述的第二标准有源二端口放大网络(1)的反相输入端和同相输出端；所述的第一、第二标准有源二端口放大网络(1)的反相输出端输出的差分电流信号分别流经第一、第二变压器(2)的初级线圈后输出至负载；所述第一、第二变压器(2)同时具有高匝数比和高磁感应系数。
2.根据权利要求1所述的一种全差分功率电流放大器，其特征在于：所述的第一、第二标准有源二端口放大网络(1)的输出信号为电流信号。
3.根据权利要求1所述的一种全差分功率电流放大器，其特征在于：所述的反馈网络中第一、第二变压器(2)构成两个组态为电流并联的负反馈网络，无源器件(3)构成两个组态为电流串联的负反馈网络。
4.根据权利要求1所述的一种全差分功率电流放大器，其特征在于：所述的无源器件(3)可以是电阻、电感或微带线中的任一种。
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