[发明专利]具有全温范围内带宽扩展特性的高速跨阻放大器及带宽扩展方法

说明书

具有全温范围内带宽扩展特性的高速跨阻放大器及带宽扩展方法，属于集成电路领域，本发明为解决在全温范围内提升核心放大器带宽技术存在的问题。本发明包括前置放大器TIA、相位分裂级PS、预驱动级Pre‑Drive、输出驱动级BUFF和失调消除电路OC；所述前置放大器TIA采用栅漏电压相消技术扩展带宽，实现其‑3dB带宽大于一阶TIA闭环带宽的2倍以上；预驱动级Pre‑Drive用于驱动输出缓冲器BUFF，通过调整预驱动级Pre‑Drive电路的源级负反馈电容值产生随温度变化的高频增益，补偿前置放大器TIA在不同温度条件下的带宽差异。

技术领域

本发明涉及对无电感型高速跨阻放大器在全温范围内进行带宽扩展的技术，属于集成电路领域。

背景技术

在光纤通信集成电路的接收端，需要将光信号通过光电二极管(PD)转换为电流信号，再通过高速跨阻放大器(TIA)将电流信号转换为电压信号。在4G/5G基准、数据中心和百/千兆光纤入户等应用场景中，通常要求芯片工作的温度范围为-40℃—85℃。温度的变化会改变器件跨导、电阻阻值和电容值等，从而改变跨阻放大器主通道零极点位置，并减小-3dB带宽，导致其带宽不足或者幅频特性曲线出现过冲，造成眼图变差和灵敏度降低等。如图1所示，即使采取适当的温度补偿技术，在-40℃—85℃温度范围内，前置放大器主通道带宽相差也超过15％，增益相差超过5％。

为了提升核心放大器带宽，现有技术主要采取以下两种方式：

图2采用常见的电感峰化技术提升核心放大器带宽，负载电感L1和输出节点寄生电容C0谐振，实现带宽扩展。但是，电感峰化技术会显著增加芯片的面积和生产成本。

图3通过封装键合线引入的寄生电感和输入端口寄生电容C_D在前置放大器-3dB带宽附近谐振，以增加跨阻放大器主通道带宽。同时也利用输出级的峰化网络提高高频增益，补偿输入级带宽的滚降，实现带宽扩展。但输入级和输出级的高低频增益受温度和工艺影响较大，因此，无法保证跨阻放大器的全温性能。

发明内容

本发明目的是为了解决在全温范围内提升核心放大器带宽技术存在的问题，提供了一种具有全温范围内带宽扩展特性的高速跨阻放大器。采用栅漏电压相消技术扩展前置放大器主通道带宽；采用预驱动级电路产生随温度变化的高频增益，补偿前置放大器在不同温度条件下的带宽差异。提升高速跨阻放大器带宽的全温性能，确保跨阻放大器电路长期工作可靠性。

本发明所述具有全温范围内带宽扩展特性的高速跨阻放大器，包括前置放大器TIA、相位分裂级PS、预驱动级Pre-Drive、输出驱动级BUFF和失调消除电路OC；

前置放大器TIA包括放大器-A和跨阻RF，跨阻RF并联跨接在放大器-A的输入端和输出端之间；

前置放大器TIA的输出端TIA_OUT连接相位分裂级PS的正相输入端，

相位分裂级PS的正相输出端连接预驱动级Pre-Drive的反相输入端；相位分裂级PS的反相输出端连接预驱动级Pre-Drive的正相输入端；

预驱动级Pre-Drive的正相输出端连接输出缓冲器BUFF的反相输入端；预驱动级Pre-Drive的反相输出端连接输出缓冲器BUFF的正相输入端；

输出缓冲器BUFF的正相输出端同时连接跨阻放大器输出引脚OP和电阻Ra的一端；输出缓冲器BUFF的反相输出端同时连接跨阻放大器输出引脚ON和电阻Rb的一端；

电阻Ra的另一端连接失调消除电路OC的反相输入端，电阻Rb的另一端连接失调消除电路OC的正相输入端；失调消除电路OC的输出端连接相位分裂级PS的反相输入端；电容C并联跨接在失调消除电路OC反相输入端和输出端之间；