[發(fā)明專利]一種低電源電壓跨導(dǎo)可調(diào)的恒定跨導(dǎo)的軌到軌輸入運(yùn)算放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010236020.0
• 申請(qǐng)日: 2010-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102340284A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴姍姍;易婷;洪志良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H03F3/45
• 分類(lèi)號(hào): H03F3/45;H03F1/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 包兆宜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及運(yùn)算放大器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低電源電壓恒定跨導(dǎo)的軌到軌輸入運(yùn)算放大器。

背景技術(shù)

運(yùn)算放大器是模擬集成電路中的一個(gè)重要模塊。隨著微電子制作工藝技術(shù)的高速發(fā)展，器件的特征尺寸越來(lái)越小，所能承受的電源電壓也越來(lái)越低，這會(huì)限制運(yùn)算放大器的性能，比如運(yùn)算放大器的共模輸入范圍。當(dāng)運(yùn)算放大器用做緩沖器時(shí)，需要與輸入信號(hào)范圍同樣大的共模輸入范圍。這時(shí)就需要使用軌到軌輸入運(yùn)算放大器以獲得大的動(dòng)態(tài)范圍。

軌到軌輸入運(yùn)算放大器是一種特殊類(lèi)型的放大器，其共模輸入電壓范圍為從負(fù)電源電壓軌到正電源電壓軌。它的輸入級(jí)由一對(duì)PMOS差分輸入對(duì)和一對(duì)NMOS差分輸入對(duì)組成。當(dāng)共模輸入電壓靠近負(fù)電源電壓軌，PMOS差分輸入對(duì)導(dǎo)通，NMOS差分輸入對(duì)截止；當(dāng)共模輸入電壓靠近正電源電壓軌，PMOS差分輸入對(duì)截止，NMOS差分輸入對(duì)導(dǎo)通；當(dāng)共模輸入電壓處于正電源電壓和負(fù)電源電壓中間時(shí)，PMOS差分輸入對(duì)和NMOS差分輸入對(duì)都導(dǎo)通。軌到軌輸入運(yùn)算放大器存在的一個(gè)問(wèn)題是其跨導(dǎo)會(huì)隨著共模輸入電壓的變化而發(fā)生較大的變化(在有些情況下，其跨導(dǎo)變化可達(dá)到100％)，這有可能會(huì)使電路發(fā)生振蕩。跨導(dǎo)反饋是目前用于實(shí)現(xiàn)恒定跨導(dǎo)的軌到軌輸入運(yùn)算放大器的方法之一。現(xiàn)有的跨導(dǎo)反饋方法都是采用一個(gè)差分輸入對(duì)來(lái)作為參考跨導(dǎo)，通過(guò)對(duì)輸入級(jí)中的NMOS差分輸入對(duì)和PMOS差分輸入對(duì)進(jìn)行復(fù)制來(lái)得到輸入級(jí)的跨導(dǎo)，通過(guò)反饋使二者相等，從而使輸入級(jí)的跨導(dǎo)恒定。但在現(xiàn)有的電路實(shí)現(xiàn)方法中，由于輸入級(jí)的NMOS差分輸入對(duì)和復(fù)制的NMOS差分輸入對(duì)具有不同的共模輸入電壓(前者是軌到軌的共模輸入電壓，而后者是一個(gè)固定的共模輸入電壓)，這使得二者在共模輸入電壓較低時(shí)，其跨導(dǎo)具有較大的差異，同時(shí)還要求在較高的電源電壓下工作，否則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)共模輸入范圍內(nèi)跨導(dǎo)具有比較大的波動(dòng)(比如在3V的工作電源電壓下，其跨導(dǎo)波動(dòng)在3～4％左右，而在1V時(shí)，其跨導(dǎo)波動(dòng)在11％左右)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低電源電壓跨導(dǎo)可調(diào)的恒定跨導(dǎo)的軌到軌輸入運(yùn)算放大器。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種低電源電壓跨導(dǎo)可調(diào)的恒定跨導(dǎo)的軌到軌輸入運(yùn)算放大器(如圖1所示)，由恒定跨導(dǎo)控制電路(1)、軌到軌輸入級(jí)(2)和輸出級(jí)(3)組成；

所述恒定跨導(dǎo)控制電路(1)的Vinp輸入端和Vinn輸入端分別與外部的模擬輸入信號(hào)Vinp和Vinn相連；其V_bn輸出端和V_bp輸出端分別與所述軌到軌輸入級(jí)(2)的V_bn輸入端和V_bp輸入端相連；

所述軌到軌輸入級(jí)(2)的Vinp輸入端和Vinn輸入端分別與外部的模擬輸入信號(hào)Vinp和Vinn相連；其pOp，pOn，nOp和nOn四個(gè)輸出端分別與所述輸出級(jí)(3)的I_pinp、I_pinn、I_ninp和I_ninn四個(gè)輸入端相連；

所述輸出級(jí)(3)的vout輸出端輸出放大器的輸出結(jié)果。

本發(fā)明中，恒定跨導(dǎo)控制電路(如圖2所示)由偏置電路(1.1)，電流運(yùn)算電路(1.2)和跨導(dǎo)反饋電路(1.3)組成；用于產(chǎn)生輸出信號(hào)V_bp和V_bn，分別控制軌到軌輸入級(jí)(2)中的NMOS差分輸入對(duì)和PMOS差分輸入對(duì)的尾電流，使軌到軌輸入級(jí)(2)的跨導(dǎo)近似為參考電阻阻值的倒數(shù)的2倍。其中：

所述偏置電路(1.1)有2個(gè)輸出端，用于給跨導(dǎo)反饋電路(1.3)中的MOS管提供偏置電壓V_b3和參考電壓DeltaV；V_b3輸出端與跨導(dǎo)反饋電路(1.3)中的NMOS管M₁₈和NMOS管M₁₉的柵極相連；DeltaV輸出端與跨導(dǎo)反饋電路(1.3)中的PMOS管M₇和PMOS管M₁₇的柵極相連。