一种适用于放大器自适应偏置的电路和方法与流程

本发明涉及放大器电路的，特别涉及一种适用于放大器自适应偏置的电路和方法。

背景技术：

1、放大器是集成电路中的基础模块，用于提供信号放大和增强信号驱动能力。放大器的性能受到多个关键技术指标的影响，包括增益、速度、功耗、电源电压、线性度、噪声和最大电压摆幅等参数。现有技术中使用的是单级运算放大器，其中的放大管作为关键元件，通过静态偏置电流源提供偏置电流。在现有技术中，输出摆幅主要受到偏置电流源的限制。为了满足偏置电流源的要求，通常需要保持一个合适的电压值，使得放大器的输出电压满足一定的条件。在实际应用中，为了满足系统的需求，放大器的噪声要求通常较低。为了优化放大器的噪声性能，可以通过在偏置电流源的源极和地之间串联一个大的电阻来减小噪声。然而，这样做会进一步限制放大器的输出摆幅。因此，现有技术面临的问题是如何在不影响放大器的输出摆幅的前提下，增加放大器的输出摆幅，并减小放大器的噪声。

技术实现思路

1、本发明的主要目的为提供一种适用于放大器自适应偏置的电路和方法，通过动态偏置调整模块来减小放大器的噪声，并在优化放大器的噪声性能的前提下，实现减小放大器的输出摆幅限制，增加放大器的输出摆幅。

2、为实现上述目的，本发明提供一种适用于放大器自适应偏置的电路，包括：

3、放大器模块、电阻模块(rb)、偏置电压源（vn）、输出端口（vout）和动态偏置调整模块；

4、所述动态偏置调整模块与所述放大器模块连接，所述动态偏置调整模块还与所述输出端口（vout）连接，用于为所述放大器模块提供偏置电流；

5、所述放大器模块与所述输出端口（vout）连接，用于通过所述输出端口（vout）输出经过所述放大器模块放大的信号；

6、所述电阻模块(rb)的一端与所述放大器模块连接，所述电阻模块(rb)的另一端与所述偏置电压源（vn）连接，用于为所述放大器模块提供稳定的偏置电压。

7、进一步地，所述放大器模块包括第一场效应管（pm0）和第二场效应管（nm0）；所述动态偏置调整模块包括第一电阻（r1）、第二电阻（r2）、第三电阻（r3）、参考电压源（vr）、第一开关（s0）和第一比较器（cmp0）。

8、进一步地，所述动态偏置调整模块还包括：电流源（ibp）；

9、所述参考电压源（vr）依次与所述第一电阻（r1）和所述第二电阻（r2）串联，所述第一比较器（cmp0）的正相输入端与所述第一电阻（r1）和所述第二电阻（r2）连接，所述第一比较器（cmp0）的负相输入端与所述输出端口（vout）连接，所述第一比较器（cmp0）的输出端（vcp）与所述第一开关（s0）的栅极连接，所述第一开关（s0）的漏极与所述第二场效应管（nm0）的源极连接，所述第三电阻（r3）的一端与所述第二场效应管（nm0）的源极连接，所述第一开关（s0）的源极与所述第三电阻（r3）的另一端连接，所述第二场效应管（nm0）的漏极与所述第一场效应管（pm0）的漏极连接，所述电流源（ibp）与所述第一场效应管（pm0）的源极连接，所述第一场效应管（pm0）的栅极与所述电阻模块（rb）的一端连接。

10、进一步地，所述动态偏置调整模块还包括：电流源（ibp）；

11、所述参考电压源（vr）依次与所述第一电阻（r1）和所述第二电阻（r2）串联，所述第一比较器（cmp0）的正相输入端与所述第一电阻（r1）和所述第二电阻（r2）连接，所述第一比较器（cmp0）的负相输入端与所述输出端口（vout）连接，所述第一比较器（cmp0）的输出端（vcp）与所述第一开关（s0）的栅极连接，所述第一开关（s0）的漏极与所述第一场效应管（pm0）的源极连接，所述第三电阻（r3）的一端与所述第一场效应管（pm0）的源极连接，所述第一场效应管（pm0）的漏极与所述第二场效应管（nm0）的漏极连接，所述第二场效应管（nm0）的源极与所述电流源（ibp）连接，所述第二场效应管（nm0）的栅极与所述电阻模块（rb）的一端连接。

12、进一步地，所述动态偏置调整模块还包括第三场效应管（pm1）、第二比较器（cmp1）、第二开关（s1）、第四电阻（r4）和第五电阻（r5）；

13、所述参考电压源（vr）依次与所述第一电阻（r1）、所述第二电阻（r2）和所述第三电阻串联，所述第一比较器（cmp0）的正相输入端分别与所述第一电阻（r1）和所述第二电阻（r2）连接，所述第一比较器（cmp0）的负相输入端与所述输出端口（vout）连接，所述第一比较器（cmp0）的输出端（vcp0）与所述第一开关（s0）的栅极连接，所述第一开关（s0）的源极与所述第三电阻（r3）的另一端连接，所述第一开关（s0）的漏极与所述第三场效应管（pm1）的源极连接，所述第三电阻（r3）的一端与所述第三场效应管（pm1）的源极连接，所述第三场效应管（pm1）的漏极与所述输出端口（vout）连接，所述第一场效应管（pm0）的源极与所述输出端口（vout）连接，所述第一场效应管（pm0）的栅极与所述电阻模块（rb）的一端连接，所述第一场效应管（pm0）的漏极与所述第二场效应管（nm0）的漏极连接；

14、所述第二比较器（cmp1）的正相输入端分别与所述第二电阻（r2）和所述第四电阻（r4）连接，所述第二比较器（cmp1）的负相输入端与所述输出端口（vout）连接，所述第二比较器（cmp1）的输出端（vcp1）与所述第二开关（s1）的栅极连接，所述第二开关（s1）的源极与所述第三电阻（r5）的另一端连接，所述第一开关（s0）的漏极与所述第二场效应管（nm0）的源极连接，所述第五电阻（r5）的一端与所述第三场效应管（pm0）的源极连接。

15、进一步地，所述动态偏置调整模块还包括第四场效应管（nm1）、第二比较器（cmp1）、第二开关（s1）、第四电阻（r4）和第五电阻（r5）；

16、所述参考电压源（vr）依次与所述第一电阻（r1）、所述第二电阻（r2）和所述第三电阻串联，所述第一比较器（cmp0）的正相输入端分别与所述第一电阻（r1）和所述第二电阻（r2）连接，所述第一比较器（cmp0）的负相输入端与所述输出端口（vout）连接，所述第一比较器（cmp0）的输出端（vcp0）与所述第一开关（s0）的栅极连接，所述第一开关（s0）的源极与所述第三电阻（r3）的另一端连接，所述第一开关（s0）的漏极与所述第一场效应管（pm0）的源极连接，所述第三电阻（r3）的一端与所述第一场效应管（pm0）的源极连接，所述第一场效应管（pm0）的漏极与所述输出端口（vout）连接，所述第四场效应管（nm1）的源极与所述输出端口（vout）连接，所述第四场效应管（nm1）的栅极与所述电阻模块（rb）的一端连接，所述第四场效应管（nm1）的漏极与所述第二场效应管（nm0）的漏极连接；

17、所述第二比较器（cmp1）的正相输入端分别与所述第二电阻（r2）和所述第四电阻（r4）连接，所述第二比较器（cmp1）的负相输入端与所述输出端口（vout）连接，所述第二比较器（cmp1）的输出端（vcp1）与所述第二开关（s1）的栅极连接，所述第二开关（s1）的源极与所述第三电阻（r5）的另一端连接，所述第一开关（s0）的漏极与所述第二场效应管（nm0）的源极连接，所述第五电阻（r5）的一端与所述第三场效应管（pm0）的源极连接。

18、本发明提供一种适用于放大器自适应偏置的方法，应用于一种适用于放大器自适应偏置的电路，所述方法包括：

19、偏置电压源（vn）通过电阻模块(rb）为放大器模块提供偏置电压，所述放大器模块对输入端口（vin）提供的输入电压信号进行放大，得到输出电压，所述放大器模块将输出电压信号提供给输出端口（vout），动态偏置调整模块对输出端口（vout）的输出电压信号进行实时检测，得到检测结果，所述动态偏置调整模块依据检测结果动态调节所述放大器模块的偏置电压，并对应调整所述放大器模块的工作模式。

20、进一步地，动态偏置调整模块对输出端口（vout）的输出电压信号进行实时检测，得到检测结果，所述动态偏置调整模块依据检测结果动态调节所述放大器模块的偏置电压，并对应调整所述放大器模块的工作模式，包括：

21、所述动态偏置调整模块对所述输出电压信号进行处理，得到偏置电压，所述动态偏置调整模块获取内部的参考电压，所述动态偏置调整模块对输出电压信号和参考电压进行比较，得到比较结果，所述动态偏置调整模块依据比较结果动态调节所述放大器模块的偏置电压，并对应调整所述放大器模块的工作模式；

22、所述参考电压包括第一参考电压（vrp）；

23、其中，所述动态偏置调整模块依据比较结果动态调节所述放大器模块的偏置电压，并对应调整所述放大器模块的工作模式包括：

24、当所述输出电压信号大于第一参考电压（vrp），所述动态偏置调整模块输出低电平至所述放大器模块，所述放大器模块进入大信号模式，当所述输出电压信号小于第一参考电压（vrp），所述动态偏置调整模块输出高电平至所述放大器模块，所述放大器模块进入小信号模式。

25、进一步地，所述参考电压还包括第二参考电压（vrn），动态偏置调整模块对输出端口（vout）的输出电压信号进行实时检测，得到检测结果，所述动态偏置调整模块依据检测结果动态调节所述放大器模块的偏置电压，并对应调整所述放大器模块的工作模式，还包括：

26、当所述输出电压信号大于第二参考电压（vrn），所述动态偏置调整模块输出低电平至所述放大器模块，所述放大器模块进入小信号模式，当所述输出电压信号小于第二参考电压（vrn），所述动态偏置调整模块输出高电平至所述放大器模块，所述放大器模块进入大信号模式。

27、进一步地，包括：

28、所述第一参考电压（vrp）的计算公式包括：、；所述第二参考电压（vrn）的计算公式包括：；其中，r1是所述动态偏置调整模块的第一电阻值、r2是所述动态偏置调整模块的第二电阻值、r4是所述动态偏置调整模块的第四电阻值、vr是所述动态偏置调整模块的参考电压值。

29、本发明提供的一种适用于放大器自适应偏置的电路和方法，具有以下有益效果：

30、通过动态偏置调整模块为放大器模块提供偏置电流，减小放大器的输出摆幅限制，从而增加放大器的输出摆幅。提高放大器的信号驱动能力，使其能够更好地满足系统对输出信号幅度的要求。通过调整偏置电流的大小，减小偏置电流源引起的噪声，提高放大器的信号质量，使其在信号放大过程中产生的噪声降到最低，从而优化放大器的噪声性能。通过电阻模块连接放大器模块和偏置电压源，为放大器模块提供稳定的偏置电压，确保放大器的工作点稳定，提高放大器的线性度和稳定性。放大器模块与输出端口连接，通过放大器模块放大信号，为输出端口提供经过放大的信号，增强输出端口的驱动能力，使其能够提供更强的输出信号。