[发明专利]跨导放大器的高线性度优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网设计及相关领域，为一种应用于跨导放大器设计的线性度优化方法。

背景技术

近年来，随着集成电路设计的飞速发展，跨导运算放大器（OTA）技术已广泛应用于数模转换器和滤波器等通信电子系统中[1]。跨导放大器是一种混合模式的放大电路，它的输入信号是电压，输出信号是电流。由于跨导放大器内部只有电压转电流变换电路和电流传输电路，因此没有密勒补偿电容倍增效应，信号通路单一，大信号下的转换速率也高。同时电路结构简单，电源电压和功耗都可以有效降低。

传统的实现线性跨导的方法，如源级衰减方法，利用无源电阻或者动态电阻来提高跨导器的线性，增加非对称源级耦合对的两个宽长比不同的MOS管组合等措施，往往是以改变MOS工作状态或偏置电流、功耗、牺牲电路其他性能指标和提高电路设计难度为代价，进而将影响系统其他单元甚至系统的性能。这些方法的共通性是基于对电路具体结构的优化和改进，设计的结果是单方面减少二阶谐波失真或者三阶谐波失真，如此处理，得到的并不是跨导放大器整体电路的最小失真度，迄今为止没有文献报道研究这两者之间的内在联系，因此在面对整体跨导器的谐波失真处理方面，仍具有局限性。

发明内容

本文从跨导器理论出发，提出了一种提高跨导放大器线性度的设计方法，使两个输入端的信号满足的条件下，跨导器整体线性失真最小，其技术方案如下：

跨导放大器的高线性度优化方法，在于：

提供一双端输入双端输出的跨导放大器，该跨导放大器两个输入端信号分别为V_in+=f(t⁺)和V_in-＝f(t^-)，二者之间的关系是：

其中，f(t⁺)和f(t^-)均为时间的连续函数。

作为本技术方案的优选者，可以有如下的方式体现：

较佳实施例中，该跨导放大器包括：

差分MOS对管M1和M2，其漏极各自通过电流源i1和i2连接到VDD；其源极各自连通到MOS对管M3和M4的源极；

该对管M3和M4的漏极均接地，其栅极均设置控制电压源Vb1；

MOS对管M5和M6，其漏极分别连接该M1和M2的漏极，其栅极各自与该MOS对管M1和M2的栅极之间具有控制电压源Vb5和Vb4；其源极分别连通MOS对管M7和M8的源极；

该MOS对管M7和M8的栅极与地之间各自具有控制电压源Vb2和Vb3；

其中,MOS对管M5和M6的栅极各自作为该跨导放大器的输入端；且M5和M6源极之间接入电阻R。

较佳实施例中，M5和M7处于强饱和区，而M6和M8处于弱饱和区。

较佳实施例中，对于所述电阻R，MOS管M5和M7，三者满足关系R>>1/Gm5,7。

较佳实施例中，该电阻R恒定为1KΩ，且Vb2和Vb3的偏差不大于0.5V。

本技术方案带来的有益效果是：

通过设定两个输入端的信号使之满足f(t^-)=4f(t⁺)/3+1，使双端输入双端输出跨导器整体获得了最小的线性失真，在二阶谐波和三阶谐波上具有良好的表现。

附图说明

以下结合附图实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例一的跨导放大器其电路示意图；

图2是图1所示实施例的无杂散动态范围（SFDR）仿真结果示意图；

图3为Matlab仿真波形图；

图4为多个谐波失真仿真波形。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例一的跨导放大器其电路示意图；图2是图1所示实施例的SFDR仿真结果示意图。为了考察提出的线性度优化方法，本文将此方法应用于实施例一的跨导器电路中。本实施例的跨导器均采用CMOS差分对，通过调节栅极电压改变跨导器的跨导值。M5和M6的源极接入电阻R，电阻R恒定为1K欧姆，Vb2和Vb3偏差不超过0.5V。输入信号Vin1和Vin2满足f(t^-)=4f(t⁺)/3+1的条件。