[发明专利]可变增益放大器的弱信号读出电路设计方法

摘要

本发明公开了一种可变增益放大器的弱信号读出电路设计方法，特点是该方法将传感器读出电路的弱信号经控制电路、三级可变增益电路、共模反馈电路的放大后输出可变增益放大的差分信号，电路设计包括：依据传感器的读出电路建立控制电路；建立可变增益放大器电路；建立可变增益放大器的微弱信号读出电路。本发明电路简单、易于实现，与现有技术相比具有工作频率高，增益可控范围大，噪声低，偏置电压的偏移量小，适合针对弱信号探测器的信号读出，确保电路具有稳定的工作性能。

主权项

1、一种可变增益放大器的弱信号读出电路设计方法，其特征在于该方法将传感器读出电路的弱信号经控制电路、三级可变增益电路、共模反馈电路的放大后输出可变增益放大的差分信号，电路设计包括以下步骤：(一)、建立控制电路(Control)根据传感器的读出电路，运用伪指数电压函数建立控制电路，该电路由6个CMOS晶体管M(M1～M6)、2个电流源I0(I01、I02)组成，其中M1、M2为电流控制管，M3、M4为电流镜管，M5、M6为负载管；管M1、M3、M4的源极、电流源I01的正极接信号端VDD；管M1的漏极、电流源I01的负极并接后与管M5的栅极和漏极并接；管M2的漏极、电流源I02的正极、管M3的栅极和漏极并接后与管M4的栅极连接；管M4的漏极与管M6的漏极和栅极并接；管M2、M5、M6的源极、电流源I02的负极接信号端Vss；控制电压Vc加载到管M1和管M2的栅极，产生电流ID1、ID2，电流ID1和I01相加得到IC1，电流ID2和I02相加后通过电流镜管M3、M4得到IC2，电流IC2和IC1通过负载管M6、M5产生两个电压C1和C2；(二)、建立可变增益放大器电路(VGA)可变增益放大器电路(VGA)包括可变增益电路(A)、共模反馈电路(B)，可变增益电路(A)由10个CMOS晶体管M(M7～M16)组成，其中M10、M12为差分信号输入管；M9、M11为共源共栅管，M13、M14为负载管，M7、M8、M15、M16为电流源管；由控制电路(Control)产生的电压C1和C2分别作用在管M16、M15的栅极，其源极接信号端VSS；管M10、M12的源极并接后与管M15的漏极连接；管M13、M14的源极并接后与管M16的漏极连接；管M13的栅极、漏极并接后与管M9的漏极连接；管M14的栅极、漏极并接后与管M8、M11的漏极连接；管M7、M9的漏极并接后作为信号端Vout+输出；管M8、M11的漏极并接后作为信号端Vout-输出；管M7、M8的源极并接后与信号端VDD连接，管M7、M8的栅极并接；管M9的源极接管M10的漏极；管M10的源极、M15的漏极并接后与管M12的源极连接；管M11的源极接管M12的漏极；管M11、M12的栅极分别为信号端VBIAS、Vin-输入；管M9、M10的栅极分别为信号端VBIAS、Vin+输入；共模反馈电路(B)由6个CMOS晶体管M(M17～M22)、2个电流源I0(I03、I04)、电容Cp组成，其中M17、M18为电流源管，M19、M20、M21、M22为差分输入对管；管M19、M20的源极并接后与电流源I03的正极连接；管M21、管M22的源极并接后与电流源I04的正极连接；管M20、M21、M17的漏极、接地电容Cp并接后与可变增益电路(A)中的管M7、M8的栅极连接；管M17、M18的栅极并接后与管M18、M19、M22漏极连接；电流源I03、I04的负极接信号端Vss管M17、M18的源极接信号端VDD管M19、M22的栅极分别与可变增益电路(A)中的Vout+和Vout-连接；管M20、M21的栅极并接后与参考电压Vref连接；(三)、建立可变增益放大器的微弱信号读出电路可变增益放大器的读出电路由上述建立的控制电路(Control)和可变增益放大器电路(VGA)组成，控制电路(Control)的两输出电流IC1、IC2分别接入依次串接的三级可变增益放大器电路(VGA1、VGA2、VGA3)；控制电压Vc加载到控制电路(Control)的输入端，经控制电路(Control)的处理输出电流IC1、IC2，电流IC1、IC2分别加载到三个可变增益放大器电路(VGA)的输入端，差分信号由第一级可变增益放大器电路(VGA1)的输入端Vin+和Vin-接入，经三级可变增益放大器电路(VGA1、VGA2、VGA3)的处理后，由第三级可变增益放大器电路(VGA3)的输出端Vout+、Vout-将增益放大的差分信号输出。