[发明专利]一种应用于跨阻放大器的补偿结构

说明书

一种应用于跨阻放大器的补偿结构，属于模拟集成电路技术领域。包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，补偿结构的输入信号分别连接第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的输入端，第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的输出端相连并作为补偿结构的输出端，第一运算放大器A1构成高增益、低带宽的慢通路，第二运算放大器A2构成低增益、高带宽的快通路，通过将快通路与慢通路并联产生零点的方式，来降低系统的品质因子Q值，实现跨阻放大器系统稳定。本发明既能使得环路稳定工作，又替代了传统跨阻放大器需要加入的补偿电容，有效减小了跨阻放大器的面积，尤其适用于跨阻放大器的大规模应用，可以有效地节约面积，提高阵列的分辨率。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种应用于跨阻放大器的补偿结构。

背景技术

在需要电流转电压的应用场合，如检测微弱光电流信号的场合，通常需要用到跨阻型放大器(Trans-Impedance Amplifier，TIA)。

跨阻放大器TIA基本结构如图1所示，由运算放大器、反馈电阻R_F和补偿电容C_F构成；其中运算放大器可以提供一定的开环增益和带宽，而反馈电阻R_F将输入的电流信号放大为电压信号，作为跨阻放大器TIA的关键指标，它主要用来反映跨阻放大器TIA对微弱电流信号的放大能力。

如图1所示，设运算放大器的低频增益为A，其主极点位置为p，当跨阻放大器不加入补偿电容C_F时，跨阻放大器TIA的开环传输函数为：

其中，C_D是跨阻放大器在输入端的电容，反馈因子那么闭环传输函数为

在一般的二阶低通系统中，可以通过系统的Q值(品质因子)来判定系统的稳定性，Q值越小，系统越稳定。二阶低通系统的传输函数在频域中用电压变量表示为：

其中，A₀是系统的低频增益，w₀是极点频率，那么可以计算出无C_F时，跨阻放大器的Q值为：

当跨阻放大器加入补偿电容C_F后，系统的开环传输函数为：

反馈因子那么闭环传输函数为

那么，加入C_F后，跨阻放大器的Q值变为：

一般情况下，C_D＞＞C_F，A＞＞1，所以

可以看出，加入补偿电容C_F后，降低了跨阻放大器这个系统的Q值，通过调节补偿电容C_F的值，可以使得环路稳定。

所以，在大多数的场合，跨阻放大器都需要用补偿电容C_F来保持环路的稳定，那么这必然会使得电路版图的面积增大不少，对于大规模应用(比如红外焦平面阵列中的跨阻放大器)，面积成了一个很重要的限制因素。而且，对于激光焦平面读出电路而言，TIA的带宽一般比较高，所以C_F一般在几个fF量级，工艺波动、寄生参数对TIA稳定性和带宽的影响非常明显。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述传统电路存在的补偿电容面积大、工艺敏感的问题，提出一种应用于跨阻放大器的补偿结构，可代替传统电路中的补偿电容。

本发明的技术方案是：