[发明专利]可变增益放大器的弱信号读出电路设计方法

权利要求书

1.一种可变增益放大器的弱信号读出电路设计方法，其特征在于该方法将传感器读出电路的弱信号经控制电路、三级可变增益电路、共模反馈电路的放大后输出可变增益放大的差分信号，电路设计包括以下步骤：

(一)、建立控制电路

根据传感器的读出电路，运用伪指数电压函数建立控制电路，该电路由6个CMOS晶体管M₁～M₆、2个电流源I_O1、I_O2组成，其中M₁、M₂为电流控制管，M₃、M₄为电流镜管，M₅、M₆为负载管；管M₁、管M₃、管M₄的源极、电流源I_O1的正极接信号端V_DD；管M₁的漏极、电流源I_O1的负极并接后与管M₅的栅极和漏极并接；管M₂的漏极、电流源I_O2的正极、管M₃的栅极和漏极并接后与管M₄的栅极连接；管M₄的漏极与管M₆的漏极和栅极并接；管M₂、M₅、M₆的源极、电流源I_O2的负极接信号端V_ss；控制电压Vc加载到管M₁和管M₂的栅极，产生电流I_D1、I_D2，电流I_D1和I_O1相加得到I_C1，电流I_D2和I_O2相加后通过电流镜管M₃、M₄得到I_C2，电流I_C2和I_C1通过负载管M₆、M₅产生两个电压C₁和C₂ ，

(二)、建立可变增益放大器电路

可变增益放大器电路包括可变增益电路(A)、共模反馈电路(B)，可变增益电路(A)由10个CMOS晶体管M₇～M₁₆组成，其中M₁₀、M₁₂为差分信号输入管；M₉、M₁₁为共源共栅管，M₁₃、M₁₄为负载管，M₇、M₈、M₁₅、M₁₆为电流源管；由控制电路产生的电压C₁和C₂分别作用在管M₁₆、M₁₅的栅极，其源极接信号端V_SS；管M₁₀、M₁₂的源极并接后与管M₁₅的漏极连接；管M₁₃、M₁₄的源极并接后与管M₁₆的漏极连接；管M₁₃的栅极、漏极并接后与管M₉的漏极连接；管M₁₄的栅极、漏极并接后与管M₈、M₁₁的漏极连接；管M₇、M₉的漏极并接后作为信号端V_out+输出；管M₈、M₁₁的漏极并接后作为信号端V_out-输出；管M₇、M₈的源极并接后与信号端V_DD连接，管M₇、M₈的栅极并接；管M₉的源极接管M₁₀的漏极；管M₁₀的源极、M₁₅的漏极并接后与管M₁₂的源极连接；管M₁₁的源极接管M₁₂的漏极；管M₁₁、M₁₂的栅极分别为 信号端V_BIAS、V_in-输入；管M₉、M₁₀的栅极分别为信号端V_BIAS、V_in+输入 ，

共模反馈电路(B)由6个CMOS晶体管M₁₇～M₂₂、2个电流源I_O3、I_O4、电容Cp组成，其中M₁₇、M₁₈为电流源管，M₁₉、M₂₀、M₂₁、M₂₂为差分输入对管，且管M₁₉、M₂₀和M₂₁尺寸相同；管M₁₉、M₂₀的源极并接后与电流源I_O3的正极连接；管M₂₁、管M₂₂的源极并接后与电流源I_O4的正极连接；管M₂₀、M₂₁、M₁₇的漏极、接地电容Cp并接后与可变增益电路(A)中的管M₇、M₈的栅极连接；管M₁₇、M₁₈的栅极并接后与管M₁₈、M₁₉、M₂₂漏极连接；电流源I_O3、I_O4的负极接信号端V_ss；管M₁₇、M₁₈的源极接信号端V_DD；管M₁₉、M₂₂的栅极分别与可变增益电路(A)中的V_out+和V_out-连接；管M₂₀、M₂₁的栅极并接后与参考电压V_ref连接，其中：V_BIAS为管M₉和管M₁₁跨导的偏置电压，改变V_BIAS可以改变共源共栅管M₉和M₁₁的跨导，从而改变放大器的增益，Vout+和Vout-为每一级放大器的差分输出端口 ，

(三)、建立可变增益放大器的微弱信号读出电路

可变增益放大器的读出电路由上述建立的控制电路和可变增益放大器电路组成，控制电路的两输出电流I_C1、I_C2分别接入依次串接的三级可变增益放大器电路VGA₁、VGA₂、VGA₃；控制电压Vc加载到控制电路的输入端，经控制电路的处理输出电流I_C1、I_C2，电流I_C1、I_C2分别加载到三个可变增益放大器电路的输入端，电流I_C1和I_C2分别通过镜像电路复制到各个可变增益放大器电路中产生控制电压C₁和C₂，差分信号由Vin+和Vin-输入到可变增益放大器电路，第一级可变增益放大器电路VGA₁的差分输出信号Vout+和Vout-分别与第二级可变增益放大器电路VGA₂的Vin+和Vin-连接，同理，第三级可变增益放大器电路VGA₃也采用这种形式的连接，同时产生两个差分输出信号Vout+和Vout-，差分信号由第一级可变增益放大器电路VGA₁的输入端V_in+和V_in-接入，经三级可变增益放大器电路VGA₁、VGA₂、VGA₃的处理后，由第三级可变增益放大器电路VGA₃的输出端V_out+、V_out-将增益放大的差分信号输出。