[发明专利]恒定跨导轨到轨输入差分输出的高速可编程增益放大器

说明书

本发明公开了一种恒定跨导轨到轨输入差分输出的高速可编程增益放大器，其主要用于满足信号链系统中对高频信号的放大要求，降低了高频信号的谐波失真，并将其传输给后端高速模数转换器。本发明增益放大器结构由两个恒定gm单端输出的运放作为第一级和一个恒定gm差分输出的运放作为第二级级联形成，输入信号根据外部增益选择信号调节反馈电阻的比例，从而将信号放大到目标增益。因此，本发明具有线性度良好、速度快、gm恒定以及能够实时放大等优点。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种恒定跨导轨到轨输入差分输出的高速可编程增益放大器。

背景技术

模拟前端是信号系统中处理模拟信号的核心模块，被广泛应用于数据采集系统、传感器、雷达通信等，是连接模拟电路和数字电路的桥梁。模拟前端信号检测并放大自然界的模拟信号，然后经过模数转换器，转换成易于处理的数字信号，送至数字系统进行处理；而可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)是模拟前端模块的核心组成部分之一，其能够根据输入信号的大小将信号放大到不同的倍数，提高系统的动态范围。

如今，集成电路发展的一个重要的特点是集成化和微型化，高集成度的系统芯片能够降低整体成本，更易于应用移动便携市场。作为信号系统的重要模块，可编程增益放大器的性能对整个信号系统有至关重要的影响，将其集成进系统芯片是主流的发展趋势；因此，高带宽、高线性度以及增益范围调节比较大的可编程增益放大器是不可或缺的。

传统的可编程增益放大器一般采用仪用放大器结构，如图1所示，仪用放大器采用两级放大器，第一级采用同向并联差分放大器，第二级采用基本差分放大器，其具有输入阻抗高，共模抑制能力强，调节增益方便等优点。但是，此结构只能是单端输出，并且大多应用于放大低频信号，如果放大高频信号，则会出现增益误差大、谐波失真明显等情况。

另一方面，传统的可编程增益放大器对输入信号的共模电压有一定的范围限制，因此当输入共模电压接近电源电压或者地时，可编程增益放大器无法进行正常工作，并且当输入信号的共模电压偏差较大时，放大器的增益也会相应的进行波动；自然界中的模拟信号，因为共模电压并不恒定，因此会造成可编程增益放大器性能不稳定，不利于应用集成系统中。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种恒定跨导轨到轨输入差分输出的高速可编程增益放大器，以应用于放大高频信号，提供稳定增益和低谐波失真。

一种恒定跨导轨到轨输入差分输出的高速可编程增益放大器，包括7个可调节电阻阵列R₁～R₇、2个一级运放A1和A2以及差分输出的二级运放A3，其中A1的同相输入端接同相输入信号V_IP，A1的输出端与R₁的一端以及R₂的一端相连，A1的反相输入端与R₁的另一端以及R₇的一端相连，R₂的另一端与A3的反相输入端以及R₃的一端相连，R₃的另一端与A3的同相输出端相连以产生放大后的同相输出信号V_OUTP，A2的同相输入端接反相输入信号V_IN，A2的输出端与R₄的一端以及R₅的一端相连，A2的反相输入端与R₄的另一端以及R₇的另一端相连，R₅的另一端与A3的同相输入端以及R₆的一端相连，R₆的另一端与A3的反相输出端相连以产生放大后的反相输出信号V_OUTN。