[发明专利]一种正反馈跨阻放大电路及调整方法

说明书

本发明公开的一种正反馈跨阻放大电路，通过将第二级反相电压放大器的输出引入到第一级跨阻放大器的输入端，形成正反馈路径，可以消除寄生反馈电容对带宽的限制，因此可以扩展输入的频域信号的带宽；本发明的调整方法，通过调整第二级反相放大器的增益，即可容易地控制放大器的稳定时间。

技术领域

本发明属于电子、跨阻抗电路设计技术领域，具体涉及一种消除寄生反馈电容对带宽限制的正反馈跨阻放大电路及调整方法。

背景技术

电流源信号检测(如THz天线、光电二极管)要求前端跨阻放大器(TIA)将电流源转换为放大的电压信号。因此，可以添加级联电压放大级，以达到所需的信号电压大小和总电路带宽的要求。图1详细说明了跨阻放大电路的原理图。R_f是反馈电阻，与此电阻相关的是平行寄生电容C_f。在标准焊盘尺寸的FR4板上，C_f的典型值为0.1pF。通过减小焊盘尺寸，并采用流动焊接技术可以将该值降低到接近0.05pF。然而，R_f的大小总是受到C_f的旁通阻抗的限制，因为随着R_f的增大，在响应频率处，C_f的旁路阻抗与R_f相当，从而降低了放大器的增益。

当R_f的值为100MΩ时，0.1pF的C_f值将放大器的带宽(-3dB点)限制在32MHz(C_f的阻抗等于该频率下R_f的阻抗)。为了克服这个问题，减小R_f的大小，并使用二级放大器将总增益提高到所需的值。典型的电路如图2所示。

图2中放大器与具有相同增益和带宽的单极TIA相比，噪声增加了。对于TIA，信号增益随反馈电阻的大小线性增加，而噪声增益仅随反馈电阻大小的平方根增加。对于高增益(增益大于10)的电压放大器，信号增益和噪声增益均随反馈电阻的大小线性增加。降低反馈电阻的大小以增加TIA带宽(在受C_f限制的情况下)，并使用第二级电压增益放大器来提高电路的总增益，与相同带宽和总增益的单级TIA相比，总是会导致噪声增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种消除寄生反馈电容对带宽限制的正反馈跨阻放大电路及调整方法，可以消除寄生反馈电容对带宽的限制，从而实现极高增益下的最大带宽和最低噪声。

一种正反馈跨阻放大电路，两级放大器的第一级跨阻放大器TIA的负输入端输入THz频域信号；两级放大的第二级反相电压放大器的输出反馈到第一级跨阻放大器TIA的负输入端，形成正反馈；其中，该正反馈采用并联的电阻R2和电容C2实现；电阻R2的阻值为100GΩ；电容C2的容值与第一级跨阻放大器TIA的负反馈电容C1的容值相等。

较佳的，所述THz频域信号为太赫兹异步光学采样系统ASOPS输出的太赫兹信号。

一种正反馈跨阻放大电路的调节方法，第一级跨阻放大器TIA与第二级放大器之间设置的电阻定义为电阻R3；第二级反相电压放大器的负反馈电阻定义为电阻R4；通过调整电阻R3与电阻R4阻值之比，来控制所述正反馈跨阻放大电路的稳定性。

本发明具有如下有益效果：

本发明公开的一种正反馈跨阻放大电路，通过将第二级反相电压放大器的输出引入到第一级跨阻放大器的输入端，形成正反馈路径，可以消除寄生反馈电容对带宽的限制，因此可以扩展输入的频域信号的带宽；本发明的调整方法，通过调整第二级反相放大器的增益，即可容易地控制放大器的稳定时间。

附图说明

图1为现有的跨阻放大器电路；

图2为现有的两级放大器电路图；

图3为本发明的正反馈回路；

图4为图2和图3中放大器的增益和噪声曲线；