Cmos低溫低噪聲運(yùn)放電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CMOS低溫低噪聲運(yùn)放電路，其偏置電路部分采用多級電流鏡套構(gòu)的方式，參考電流基準(zhǔn)采用兩個二極管連接的MOS管有源電阻生成，使放大器的參考電流具有較好的溫度特性；放大部分采用差分輸入的折疊共源共柵結(jié)構(gòu)，一級放大就能使放大器的開環(huán)增益大于80dB，克服了傳統(tǒng)的二級放大使用的米勒補(bǔ)償電容在低溫77K下容易引起振蕩的缺點(diǎn)；差分輸入對管采用寬長比大于100的大管子，有利于CMOS放大器噪聲性能地提高，該差分運(yùn)算放大器在常溫和低溫77K之間都能正常工作，可作為低溫CMOS電路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)放大器模塊使用，既可以應(yīng)用在光伏紅外探測器電路，也可應(yīng)用在長波紅外光導(dǎo)探測器電路。
【專利說明】CMOS低溫低噪聲運(yùn)放電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種CMOS運(yùn)放電路，具體涉及一種CMOS低溫低噪聲的運(yùn)放電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 在航天遙感領(lǐng)域中，大部分的紅外探測器都在低溫下工作，為提高系統(tǒng)的性能，減 少外界引入的干擾，要求探測器與電路近距離連接，即設(shè)計(jì)的電路也需在低溫下工作。目 前，商業(yè)化的電路產(chǎn)品都是針對常溫設(shè)計(jì)的，在低溫下可能無法正常工作。為了提高系統(tǒng)的 性能，必須設(shè)計(jì)低溫下能正常工作的CMOS讀出電路，其中讀出電路中核也模塊是CMOS差 分運(yùn)算放大器，如果具有成熟的低溫CMOS差分運(yùn)算放大器模塊，將會更加有利于將來低溫 CMOS電路的設(shè)計(jì)。
[0003] 2005年3月2日授權(quán)的曹必松等的中國專利CN 1588794 A，公布了一種射頻頻段 低溫低噪聲放大器，該放大器是屬于射頻【技術(shù)領(lǐng)域】的放大器，主要應(yīng)用于CDMA頻段，采用 的是雙極型工藝，沒有采用現(xiàn)在的常規(guī)CMOS工藝，無法應(yīng)用到現(xiàn)在的主流CMOS電路的設(shè)計(jì) 中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能應(yīng)用在低溫CMOS電路設(shè)計(jì)中的CMOS差分運(yùn)算放大 器標(biāo)準(zhǔn)模塊，提高低溫CMOS專用集成電路的設(shè)計(jì)水平。
[0005] 該低溫CMOS差分運(yùn)算放大器的放大部分如圖1所示，采用差分輸入的一級折疊共 源共柵結(jié)構(gòu)。其中PM7和PM8是輸入對管，PM7、PM8、醒4、醒5構(gòu)成差分輸入的共源共柵結(jié) 構(gòu)，PM4、PM5為差分輸出的有源負(fù)載，NM6、醒7給共源共柵提供電流源，Biasl、Bias2、Bias3 為偏置電壓，In-、In+為差分運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端。該低溫CMOS差分運(yùn)算放大器的偏 置電路部分如圖2所示，其中醒3與NMO構(gòu)成第一級電流鏡，PMO與PMl構(gòu)成第二級電流鏡， 醒1與放大部分的NM6、醒7構(gòu)成電流鏡，PMO與放大部分的PM3構(gòu)成電流鏡。
[0006] 其特征在于；該CMOS低溫低噪聲差分運(yùn)算放大器的輸入管采用1500 y m/1. 5 y m 的大管子，大大降低了放大器的等效輸入噪聲；電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用一級折疊共源共柵結(jié)構(gòu)， 無需使用米勒補(bǔ)償電容，克服了普通的兩級放大器在低溫下米勒補(bǔ)償電容變化而容易導(dǎo)致 電路振蕩的缺點(diǎn)；低溫放大器的偏置電路采用H級鏡像的方式，沒有使用多晶娃電阻來生 成參考電流，克服了多晶娃電阻隨溫度變化導(dǎo)致電路靜態(tài)工作點(diǎn)漂移的缺點(diǎn)。該CMOS差分 運(yùn)算放大器在常溫和低溫77K之間都能正常工作。此設(shè)計(jì)方法適合于大部分的微米級或亞 微米級的微電子工藝。該運(yùn)放可作為CMOS電路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)放大器模塊使用，即可W應(yīng)用在 光伏紅外探測器電路，也可應(yīng)用在長波光導(dǎo)紅外探測器電路。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0008] 1.該CMOS低溫低噪聲運(yùn)放模塊使用了共源共柵結(jié)構(gòu)，一級放大就能達(dá)到80地W 上的放大倍數(shù)，電源電壓抑制比也比較高，減小了電源紋波引入的噪聲。
[0009] 2.該CMOS低溫低噪聲運(yùn)放模塊用于紅外光伏探測器電路時其等效輸入電流噪聲 小于 0. 0：3pA/Hzi/2(MKHz。
[0010] 3.該CMOS低溫低噪聲運(yùn)放模塊從常溫300K到低溫77K都能正常工作，不僅可應(yīng) 用于光伏和光導(dǎo)紅外探測器的信號放大，還可W作為其它低溫CMOS電路的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大 器模塊使用。
[0011] 4.該CMOS低溫低噪聲運(yùn)放模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的微米或亞微米CMOS工藝制造而成，保 證了芯片制造的可重復(fù)性。
[0012] 5.該CMOS低溫低噪聲運(yùn)放模塊無需使用補(bǔ)償電容，克服了普通的兩級放大器補(bǔ) 償電容在低溫下變化而容易導(dǎo)致電路振蕩的缺點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖ICMOS低溫低噪聲運(yùn)放模塊放大電路部分結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖2CM0S低溫低噪聲運(yùn)放模塊偏置電路部分結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖3CM0S低溫低噪聲運(yùn)放模塊輸入對管的對稱版圖。
[0016] 圖4CM0S低溫低噪聲運(yùn)放開環(huán)增益的仿真結(jié)果圖。
[0017] 圖5CM0S低溫低噪聲運(yùn)放模塊放大電路總圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[001引 實(shí)施例1
[0020] 此電路總的噪聲主要由輸入管PM7、PM8管決定，其等效輸入噪聲電壓計(jì)算公式 為：
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種CMOS低溫低噪聲運(yùn)放電路，包括放大電路模塊和偏置電路模塊，其特征在于： 所述的放大電路模塊采用差分輸入的折疊共源共柵結(jié)構(gòu)的放大電路，其中差分輸入對 管采用寬長比大于100的PM0S管，共源共柵結(jié)構(gòu)的開環(huán)增益大于80dB ; 所述的偏置電路模塊采用多級電流鏡套構(gòu)的方式，其基準(zhǔn)電流部分采用二極管連接方 式的有源電阻組成。
【文檔編號】H03F1/26GK104362992SQ201410546517
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】袁紅輝, 陳永平, 陳世軍, 宋偉清 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所