本發(fā)明涉及傳感器中的模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路。

背景技術(shù)：

1、在傳感器芯片應(yīng)用中，通過(guò)感應(yīng)器件得到的物理量，需要先通過(guò)預(yù)放大器電路放大，才能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于后續(xù)的信號(hào)處理中，而預(yù)放大器的增益穩(wěn)定性、失調(diào)和噪聲會(huì)直接影響傳感器后續(xù)傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量。

2、現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)放大器電路一般采用低增益、高線性度的開(kāi)環(huán)差分輸出放大器。然而，現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)放大器電路存在增益不穩(wěn)定，且增益誤差大，不能保證放大器差分輸出共模電平穩(wěn)定等問(wèn)題。

3、有鑒于此，特提出本申請(qǐng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)放大器電路存在增益不穩(wěn)定，且增益誤差大，不能保證放大器差分輸出共模電平穩(wěn)定等問(wèn)題。本發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，本發(fā)明結(jié)合放大器主體電路和共模反饋電路實(shí)現(xiàn)增益穩(wěn)定輸出，且輸出的增益誤差??；具體地，利用npn型三極管作為放大器的輸入管實(shí)現(xiàn)低的失調(diào)電壓，采用相對(duì)少的電路器件進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低噪聲性能，同時(shí)電路內(nèi)部設(shè)有反饋環(huán)路以實(shí)現(xiàn)預(yù)放大器的增益穩(wěn)定性以及通過(guò)共模反饋電路來(lái)穩(wěn)定輸出共模電平。

2、本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，該預(yù)放大器電路包括：

4、放大器主體電路，放大器主體電路為差分對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，用于利用npn型三極管作為預(yù)放大器電路的輸入管實(shí)現(xiàn)低的失調(diào)電壓，同時(shí)通過(guò)電路內(nèi)部設(shè)有的反饋環(huán)路實(shí)現(xiàn)預(yù)放大器電路的增益穩(wěn)定輸出；

5、共模反饋電路，用于利用npn型三極管的射極跟隨器結(jié)構(gòu)抬高放大器主體電路的輸出共模電平，及利用基級(jí)補(bǔ)償電流消除npn型三極管的基級(jí)電流對(duì)輸出共模電平的影響。

6、進(jìn)一步地，放大器主體電路包括三極管q1、三極管q2、mos管m1、mos管m2、mos管m3、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電阻r5、電阻r6和三個(gè)電流源；

7、三極管q1的基極連接放大器同相輸入端inp，三極管q1的集電極連接mos管m1的柵極，三極管q1的發(fā)射極連接電阻r1，三極管q1的發(fā)射極還連接電阻r2，電阻r2連接mos管m1的漏極，mos管m1的源極連接電源vdd；

8、三極管q2的基極連接放大器反相輸入端inn，三極管q2的集電極連接mos管m2的柵極，三極管q2的發(fā)射極連接電阻r3，三極管q2的發(fā)射極還連接電阻r4，電阻r4連接mos管m2的漏極，mos管m2的源極連接電源vdd；

9、mos管m1的漏極與電阻r2的公共端連接電阻r5，電阻r5連接電阻r6，電阻r6連接mos管m2的漏極與電阻r4的公共端，mos管m1的漏極與電阻r2的公共端處電壓與mos管m2的漏極與電阻r4的公共端處電壓之差作為該預(yù)放大器電路的差分輸出；電阻r5與電阻r6的公共端記作節(jié)點(diǎn)vcm2；

10、mos管m3的漏極連接電阻r1和電阻r3的公共端，mos管m3的源極接地，mos管m3的柵極記作節(jié)點(diǎn)vfb；

11、電流源i1接入至三極管q1的集電極和mos管m1的柵極，電流源i2接入至三極管q2的集電極和mos管m2的柵極，且電流源i1與電流源i2相連于電源vdd；電流源i3接入至mos管m3的源極，電阻r1、電阻r3與電流源i3和mos管m3的漏極相連于節(jié)點(diǎn)vs。

12、進(jìn)一步地，三極管q1、三極管q2均為npn型三極管；

13、mos管m1、mos管m2均為pmos管；mos管m3為nmos管。

14、進(jìn)一步地，三極管q1和三極管q2的尺寸一致，均作為為預(yù)放大器電路的輸入管；

15、電流源i1和i2的大小一致。

16、進(jìn)一步地，電阻r1和電阻r3的阻值相等，電阻r2和電阻r4的阻值相等。

17、進(jìn)一步地，該預(yù)放大器電路的增益表達(dá)式為：

18、av＝1+r2/r1

19、式中，av為整個(gè)預(yù)放大器電路的增益，r2為電阻r2的阻值，r1為電阻r1的阻值。

20、進(jìn)一步地，共模反饋電路包括運(yùn)算放大器op、三極管q3、三極管q4、mos管m4、mos管m5、mos管m6、電容c1和兩個(gè)電流源；

21、三極管q3的基極連接放大器主體電路的節(jié)點(diǎn)vcm2，三極管q3的基極還連接mos管m4的漏極，三極管q3的集電極連接電源vdd，三極管q3的發(fā)射極連接運(yùn)算放大器op的反相輸入端；mos管m4的源極連接電源vdd，mos管m4的柵極連接mos管m5的柵極，mos管m5的源極連接電源vdd，mos管m5的漏極連接mos管m6的漏極，mos管m5的漏極還連接mos管m5的柵極；mos管m6的柵極連接三極管q4的集電極，mos管m6的源極連接三極管q4的基極，三極管q4的發(fā)射極接地；

22、運(yùn)算放大器op的同相輸入端接入外部電壓信號(hào)，作為參考；運(yùn)算放大器op的輸出端連接電容c1，電容c1接地，且運(yùn)算放大器op的輸出端記作節(jié)點(diǎn)vfb；

23、三極管q3的發(fā)射極與電流源i4相連于運(yùn)算放大器op的反向輸入端，三極管q4的發(fā)射極與電流源i4相連于地；mos管m6的柵極與電流源i5相連于三極管q4的集電極，三極管q3的集電極、mos管m4的源端、mos管m5的源端與電流源i5均連接電源vdd。

24、進(jìn)一步地，三極管q3、三極管q4均為npn型三極管；

25、mos管m4、mos管m5均為pmos管；mos管m6為nmos管。

26、進(jìn)一步地，電流源i4與電流源i5的電流比例和mos管m4和mos管m5的寬長(zhǎng)比保持一致。

27、進(jìn)一步地，該預(yù)放大器電路的輸出共模電平的表達(dá)式為：

28、vcm2＝(voutp+voutn)/2＝vcm1+vbe3

29、式中，vcm2為整個(gè)預(yù)放大器電路的輸出共模電平，voutp為預(yù)放大器電路的同相輸出電壓，voutn為預(yù)放大器電路的反相輸出電壓，vcm1為外部參考電壓，vbe3為三極管q3的基極與發(fā)射極的電壓差。

30、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

31、1、本發(fā)明一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，本發(fā)明結(jié)合放大器主體電路和共模反饋電路實(shí)現(xiàn)增益穩(wěn)定輸出，且輸出的增益誤差??；具體地，利用npn型三極管作為放大器的輸入管實(shí)現(xiàn)低的失調(diào)電壓，采用相對(duì)少的電路器件進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低噪聲性能，同時(shí)電路內(nèi)部設(shè)有反饋環(huán)路以實(shí)現(xiàn)預(yù)放大器的增益穩(wěn)定性以及通過(guò)共模反饋電路來(lái)穩(wěn)定輸出共模電平；

32、2、本發(fā)明中的預(yù)放大器增益只與電阻比值(電阻r2的阻值與電阻r1的阻值之比)相關(guān)，增益穩(wěn)定且誤差??；

33、3、本發(fā)明采用npn管作輸入管，內(nèi)部反饋環(huán)路增益高且使用器件少，電路具備低失調(diào)和低噪聲性能；

34、4、本發(fā)明的預(yù)放大器電路內(nèi)部含有共模反饋，保證放大器差分輸出共模電平穩(wěn)定，可保證后續(xù)同樣采用npn作輸入管電路的工作條件。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，該預(yù)放大器電路包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，所述放大器主體電路包括三極管q1、三極管q2、mos管m1、mos管m2、mos管m3、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電阻r5、電阻r6和三個(gè)電流源；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，所述三極管q1、三極管q2均為npn型三極管；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，所述三極管q1和三極管q2的尺寸一致，均作為為預(yù)放大器電路的輸入管；

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，所述電阻r1和電阻r3的阻值相等，所述電阻r2和電阻r4的阻值相等。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，該預(yù)放大器電路的增益表達(dá)式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，所述共模反饋電路包括運(yùn)算放大器op、三極管q3、三極管q4、mos管m4、mos管m5、mos管m6、電容c1和兩個(gè)電流源；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，所述三極管q3、三極管q4均為npn型三極管；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，所述電流源i4與電流源i5的電流比例和所述mos管m4和mos管m5的寬長(zhǎng)比保持一致。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，其特征在于，該預(yù)放大器電路的輸出共模電平的表達(dá)式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于傳感器芯片的預(yù)放大器電路，包括：放大器主體電路，所述放大器主體電路為差分對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，用于利用NPN型三極管作為預(yù)放大器電路的輸入管實(shí)現(xiàn)低的失調(diào)電壓，同時(shí)通過(guò)電路內(nèi)部設(shè)有的反饋環(huán)路實(shí)現(xiàn)預(yù)放大器電路的增益穩(wěn)定輸出；共模反饋電路，用于利用NPN型三極管的射極跟隨器結(jié)構(gòu)抬高所述放大器主體電路的輸出共模電平，及利用基級(jí)補(bǔ)償電流消除NPN型三極管的基級(jí)電流對(duì)輸出共模電平的影響。本發(fā)明利用NPN型三極管作為放大器的輸入管實(shí)現(xiàn)低的失調(diào)電壓，采用相對(duì)少的電路器件進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低噪聲性能，同時(shí)電路內(nèi)部設(shè)有反饋環(huán)路以實(shí)現(xiàn)預(yù)放大器的增益穩(wěn)定性以及通過(guò)共模反饋電路來(lái)穩(wěn)定輸出共模電平。

技術(shù)研發(fā)人員：肖堯,劉洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都芯進(jìn)電子股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15