[发明专利]一种低噪声高带宽的电流传感芯片设计

说明书

本发明提出了一种低噪声高带宽的电流传感芯片，其特征在于，包括低噪声甲乙类运算放大器A1和由反向放大器B与电流衰减器C所组成的高性能伪电阻R_F。其显著优势在于本发明提出的电流传感芯片设计可以在芯片内小面积上实现等效的大阻值反馈电阻，提供高达1GΩ的跨阻增益，同时相对于片外电阻，具有低噪声，小面积，线性度好和宽调节范围等优点，可以实现16kHz的信号带宽以及带宽下等效噪声电流有效幅值为0.7pA，适合于在芯片内部实现高跨阻增益、高带宽和低噪声的电流探测。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种微电流放大器，尤其涉及一种高增 益，高精度，低噪声，输入偏置电压可调的微电流放大器。

背景技术

模拟电路中的传感器许多表现为电流信号输出，对于电流信号的处理常常是 将其转换为电压信号，因此设计将电流转换为电压的跨阻放大器(TIA)是不可 或缺的，对于TIA的性能，尤其是在集成电路内部实现高性能前端放大器是不断 探索的过程。

常规的微弱电流检测系统的通常采用运放加反馈电阻的结构，这种结构需要 有约上百兆欧姆高阻值且高精度的电阻，通常无法在集成在芯片内，同时其寄生 电容使得检测信号的带宽受到限制，1GΩ阻值的电阻寄生电容可达0.1pF。另 一方面，多级放大的结构中常常引入更多的噪声，不利于采集微弱的电流信号。

目前商用的设备整体的结构都较为复杂且适用范围有限，因此我们提出了一 种低噪声高带宽的电流传感芯片，兼备宽输入范围，高分辨率，高带宽，低噪声 和芯片内高度集成设计的优点。

发明内容

为了提升跨阻放大器的实用性，实现片上集成和多通道探测，本发明提出了 一种低噪声高带宽的电流传感芯片设计。

本发明采用的技术方案如下：

一种低噪声高带宽的电流传感芯片设计，其特征在于，包括低噪声甲乙类运 算放大器A1、A2和A3，电阻R1、R2和R3，NMOS管M0和M2，PMOS管 M1和M3以及反馈电容C_F，提供3个信号端口，输入电流端I_in，可以连接具有较 大输入电容Cs的电流信号源，偏置电压端V_CMD，用于调节输入端的偏置电压， 和输出电压端V_O；电阻R1和R2以及低噪声甲乙类运算放大器A2构成一级反 相放大器B，电阻R3，NMOS管M0和M2，PMOS管M1和M3和低噪声甲乙 类运算放大器A3构成一级电流衰减器C；一级反相放大器B和一级电流衰减器 C一起构成高性能伪电阻R_F；所述低噪声甲乙类运算放大器A1、A2和A3由一 级折叠共源共栅放大器和一级推挽放大器构成，A1反相输入端连接输入电流端I_in，其同相输入端连接偏置电压端V_CMD，输出端连接输出电压端V_O；所述一级反 相放大器B的输出端V_X连接一级电流衰减器C的输入端，一级电流衰减电路C 的输出端连接输入电流端I_in，一级反相放大器B的同相输入端和一级电流衰减 器C的同相输入端均连接偏置电压V_CMD。