一种适用于可编程增益放大器的直流失调校正电路

本申请涉及集成电路，具体涉及一种适用于可编程增益放大器(pga)的直流失调校正(dcoc)电路。

背景技术：

1、直流失调，因为输入两端的不对称，导致两端支路的电流不相同，因此可以等效为当差分输出为0时，在输入端串联了一个直流失调电压vos。由于电路中的不匹配随处可见，因而由不匹配产生的直流偏移也是常有的事情。但对于pga来说，因其具有较高的增益，因此由不匹配导致的直流偏移量也会得到很高的放大，从而导致后一级的电路达到饱和而不能正常工作。

2、现有技术中的传统做法是使用交流耦合的方法来消除直流失调电压。如图1所示，图1中隔直电容和输入电阻构成了高通滤波器结构，将低频的信号滤除干净，从而消除了直流偏移量。但是对于接近零频率的基带信号来说，为了校正直流失调电压，这个高通滤波器就需要有很大的频率拐角，因此，需要很大的电容电阻器件，芯片面积也会相应变得很大。图2是经典利用反馈实现直流电压失调校正的，直流偏移输出反馈到输入端，从而降低直流增益，反馈通路上，使用低通滤波器检测直流偏移输出量。同样低通滤波器的频率转角应该足够低，这样才能保证中频信号不被衰减而直接输出，那么也需要很大的电容、电阻器件，浪费芯片面积。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提出一种适用于可编程增益放大器(pga)的直流失调校正(dcoc)电路。

2、本申请的一种适用于pga的dcoc电路，包括低通滤波器模块和直流失调电压校正模块；所述低通滤波器模块包括运算放大器(opa)、负反馈电阻和负反馈电容，所述负反馈电阻包括nmos管构成的负反馈电阻mn1和mn2，所述mn1和mn2的栅极和漏极相连后连接所述opa输入端口vip和vin，所述mn1和mn2的源极连接所述可编程增益放大器(pga)的正负输出端口；所述负反馈电容为两个，其中一个负反馈电容的两端分别连接所述opa的vip与和von，另一个负反馈电容的两端分别与所述opa的vin和vop相连；所述opa的正负输出端vop和von连接所述直流失调电压校正模块。低通滤波器模块通过提取所述pga输出端的直流失调电压造成的电压差，低通滤波将此电压差放大一定倍数。

3、进一步，本申请所述的opa包括pmos晶体管m5、m6、m7、m8、m9、m10、m15、m16，nmos晶体管m11、m12、m13、m14、m17、m18，电容c1、c2，电阻r1、r2、r3、r4。

4、进一步，本申请所述的pmos晶体管m5、m6、m7、m8的源极均接电源vdd，其栅极相互连接且由外接偏置电压连接；所述pmos晶体管m5漏极与nmos晶体管m11漏极连接，且两者之间的线路上设有一个输出端vop；所述pmos晶体管m7漏极与nmos晶体管m12漏极连接，且两者之间的线路上设有一个输出端von；所述pmos晶体管m6漏极与m9源极连接，pmos晶体管m9漏极连接于nmos晶体管m13漏极，其中nmos晶体管m11的栅极连接其之间的线路上，pmos晶体管m9的栅极作为输入端vip；所述pmos晶体管m6漏极也与m10源极连接，pmos晶体管m10漏极连接于nmos晶体管m14漏极，其中nmos晶体管m12的栅极连接其之间的线路上，pmos晶体管m10的栅极作为输入端vin；所述电容c1与电阻r1串联，该串联支路两端分别连接pmos晶体管m5漏极与nmos晶体管m11漏极连线和pmos晶体管m9漏极与nmos晶体管m13漏极连线；所述电容c2与电阻r2串联，该串联支路两端分别连接pmos晶体管m7漏极与nmos晶体管m12漏极连线和pmos晶体管m10漏极与nmos晶体管m14漏极连线；所述nmos晶体管m13和m14的栅极相互连接，且连接共模反馈电路输出vcmfb；所述pmos晶体管m8漏极与m15源极连接，pmos晶体管m15漏极连接于nmos晶体管m17漏极，其中pmos晶体管m15的栅极连接共模输入电压vcm；所述pmos晶体管m8漏极也与m16源极连接，pmos晶体管m16漏极连接于nmos晶体管m18漏极，两者连接的线路上输出共模反馈电压vcmfb；所述nmos晶体管m17和18的栅极相互连接，且m17的栅极与漏极相连，形成自偏置；所述pmos晶体管m16的栅极分两路分别串联电阻r3和r4，再分别连接之前描述的输出电压vop和von；所述nmos晶体管m11、m12、m13、m14、m17、m18的源极均接地。

5、进一步，本申请所述的直流失调电压校正模块包括四个电流镜，所述四个电流镜分别产生四个输出iin、ion和iip、iop的校正电流。

6、进一步，本申请所述的电流镜包含晶体管m1、m2、m3和m4，所述opa的正负输出端vop和von分别连接所述m3和m4的栅极，所述m3和m4的漏极连接电源端，所述m3和m4的源极连接各自对应下面的m1和m2的漏极，且所述m2为自偏置结构，所述m2的漏极与栅极相连，所述m1和m2的栅极相连，所述m1和m2的源极接地端。

7、进一步，本申请所述的pga的两个正负输入端前连接校正电阻rdcoc，所述四个电流镜产生的iin、ion、iip和iop校正电流分别连接校正电阻rdcoc的两端。所述直流失调电压校正模块用来校正直流失调电压，其中四路电流镜中其pmos管栅极受提取直流失调电压的低通滤波器中的opa正负输出端vop和von控制，利用四路电流镜跨导级将直流失调电压转化为直流失调电压校正电流，流过输入级的校正电阻rdcoc产生直流失调电压校正电压vdcoc，从而校正直流失调电压，减小其对给pga带来的不利影响。

8、本申请的有益效果包括：

9、本申请所述的适用于pga的dcoc电路，用于pga的第一级直流失调电压校正，抽取直流失调电压导致的fga输出端电压差，然后反馈回fga的输入端，在保证输入电阻较大的情况下，可大幅度降低直流失调电压带来的影响。一方面其相较于传统pga的电流负反馈的dcoc结构，除了出色的直流失调电压校正能力外，利用nmos管作为基于opa的低通滤波器中opa输入端负反馈电阻，提供一个很大的电阻阻值，使得无需使用较大的负反馈电阻、电容，避免芯片面积的浪费，节省成本；又相较于利用复杂的数模转换器(dac)的dcoc电路，具有简单高效的特点。另一方面，采用四路电流镜结构，其各自跨导级输出四路校准电流。因此，本申请所述的dcoc电路有着更快的校准速度和实时校准能力。

技术特征：

1.一种适用于可编程增益放大器的直流失调校正电路，其特征在于，包括低通滤波器模块和直流失调电压校正模块；所述低通滤波器模块包括运算放大器(opa)、负反馈电阻和负反馈电容，所述负反馈电阻包括nmos管构成的负反馈电阻mn1和mn2，所述mn1和mn2的栅极和漏极相连后连接所述opa输入端口vip和vin，所述mn1和mn2的源极连接所述可编程增益放大器(pga)的正负输出端口；所述负反馈电容为两个，其中一个负反馈电容的两端分别连接所述opa的vip与和von，另一个负反馈电容的两端分别与所述opa的vin和vop相连；所述opa的正负输出端vop和von连接所述直流失调电压校正模块。

2.根据权利要求1所述的直流失调校正电路，其特征在于，所述opa包括pmos晶体管m5、m6、m7、m8、m9、m10、m15、m16，nmos晶体管m11、m12、m13、m14、m17、m18，电容c1、c2，电阻r1、r2、r3、r4。

3.据权利要求2所述的直流失调校正电路，其特征在于，所述pmos晶体管m5、m6、m7、m8的源极均接电源vdd，其栅极相互连接且由外接偏置电压连接；所述pmos晶体管m5漏极与nmos晶体管m11漏极连接，且两者之间的线路上设有一个输出端vop；所述pmos晶体管m7漏极与nmos晶体管m12漏极连接，且两者之间的线路上设有一个输出端von；所述pmos晶体管m6漏极与m9源极连接，pmos晶体管m9漏极连接于nmos晶体管m13漏极，其中nmos晶体管m11的栅极连接其之间的线路上，pmos晶体管m9的栅极作为输入端vip；所述pmos晶体管m6漏极也与m10源极连接，pmos晶体管m10漏极连接于nmos晶体管m14漏极，其中nmos晶体管m12的栅极连接其之间的线路上，pmos晶体管m10的栅极作为输入端vin；所述电容c1与电阻r1串联，该串联支路两端分别连接pmos晶体管m5漏极与nmos晶体管m11漏极连线和pmos晶体管m9漏极与nmos晶体管m13漏极连线；所述电容c2与电阻r2串联，该串联支路两端分别连接pmos晶体管m7漏极与nmos晶体管m12漏极连线和pmos晶体管m10漏极与nmos晶体管m14漏极连线；所述nmos晶体管m13和m14的栅极相互连接，且连接共模反馈电路输出vcmfb；所述pmos晶体管m8漏极与m15源极连接，pmos晶体管m15漏极连接于nmos晶体管m17漏极，其中pmos晶体管m15的栅极连接共模输入电压vcm；所述pmos晶体管m8漏极也与m16源极连接，pmos晶体管m16漏极连接于nmos晶体管m18漏极，两者连接的线路上输出共模反馈电压vcmfb；所述nmos晶体管m17和18的栅极相互连接，且m17的栅极与漏极相连，形成自偏置；所述pmos晶体管m16的栅极分两路分别串联电阻r3和r4，再分别连接之前描述的输出电压vop和von；所述nmos晶体管m11、m12、m13、m14、m17、m18的源极均接地。

4.据权利要求3所述的直流失调校正电路，其特征在于，所述直流失调电压校正模块包括四个电流镜，所述四个电流镜分别产生四个输出iin、ion和iip、iop的校正电流。

5.据权利要求4所述的直流失调校正电路，其特征在于，所述电流镜包含晶体管m1、m2、m3和m4，所述opa的正负输出端vop和von分别连接所述m3和m4的栅极，所述m3和m4的漏极连接电源端，所述m3和m4的源极连接各自对应下面的m1和m2的漏极，且所述m2为自偏置结构，所述m2的漏极与栅极相连，所述m1和m2的栅极相连，所述m1和m2的源极接地端。

6.根据权利要求5所述的直流失调校正电路，其特征在于，所述pga的两个正负输入端前连接校正电阻rdcoc，所述四个电流镜产生的iin、ion、iip和iop校正电流分别连接校正电阻rdcoc的两端。

技术总结
本技术涉及一种适用于可编程增益放大器(PGA)的直流失调校正电路，包括低通滤波器模块和直流失调电压校正模块；所述低通滤波器模块包括运算放大器(OPA)、负反馈电阻和负反馈电容，所述负反馈电阻包括NMOS管构成的负反馈电阻MN1和MN2。相较于传统PGA的电流负反馈的DCOC结构，除了出色的直流失调电压校正能力外，利用NMOS管作为基于OPA的低通滤波器中OPA输入端负反馈电阻，提供一个很大的电阻阻值，使得无需使用较大的负反馈电阻、电容，避免芯片面积的浪费，节省成本；又相较于利用复杂的数模转换器(DAC)的DCOC电路，具有简单高效的特点，同时本技术设计的DCOC电路有着更快的校准速度和实时校准能力。

技术研发人员：杨建红,谷文启
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：20221216
技术公布日：2024/1/13