單芯片極窄微弱脈沖檢測系統(tǒng)設計
2 主要電路模塊設計
2.1 共柵型放大器A1
本檢測系統(tǒng)第一級為了較完整地接收并放大從片外50Ω微帶線傳來的極窄脈沖信號,使用了輸入阻抗較低的共柵型放大器Al,見圖3。通過選取合適的寬長比及偏置電流,M3、M4的跨導為20ms,A1的S11在1G帶寬內小于-10。R1、R2作為A1的負載,選用較為精確的高阻poly電阻,但其在工藝制作中仍會有較大的絕對偏差。第一級中信號較為微弱,A1中使用了共模反饋電路來穩(wěn)定輸出端的直流成分,并抑制較低頻段的共模噪聲。
共模反饋電路中,M5的柵端通過R3、R4檢測輸出端的共模電平與Vref比較,將差值反饋于M11的柵端,進而改變M3等放大器核心器件的電流,構成了負反饋環(huán)路。V1、Il等偏置均為片內帶隙基準電路部分產生。
2.2 前置放大器A2
本放大器核心部分為兩對差分對管:M21、M22的柵端接差分輸入脈沖信號,M23、M24的柵端分別接直流參考電壓Vref+、Vref-,輸出信號Vo2見式(1)。當脈沖信號Kin大于Vref時,Vo2為正,經過后級電路模塊的放大及整形,輸出高電平(>1.79V);反之輸出低電平(0.1V)。
2.3 使用有源電感的放大器A3
A3的電路結構見圖3。M33提高了放大器低頻增益的同時,顯著增大了輸出端Vout-和輸入端共源放大管M3l的漏端之間的阻抗,阻隔了輸出端信號通過M3l的柵漏交疊電容Cgd_M31回流輸入端的通路,從而提高了放大器的穩(wěn)定性;同時降低了M31柵端到其漏端的增益AM31使M31柵端的密勒等效電容Cmil(見式(2))大為降低,從而提高了放大器的帶寬。
由于SMIC 0.18μm工藝寄生電容的影響,A3作為本系統(tǒng)的主放大器,還需要電感特性器件來進一步提高其帶寬達到1GHz。
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