[發明專利]跨導增強的回收電流折疊MOS管共源共柵放大器

有效

• 申請號: 201110061331.2
• 申請日: 2011-03-15
• 公開（公告）號: CN102176659A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 方華軍;趙曉;梁仁榮;許軍;王敬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20;H03F1/34
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計領域，特別涉及一種跨導增強的回收電流折疊MOS管共源共柵放大器。

背景技術

20世紀年代以來，隨著亞微米、超深亞微米技術的發展和系統芯片技術的日益成熟，采用電池供電的便攜式電子產品獲得了迅猛發展和快速普及。由于電池技術的發展遠遠跟不上與電子系統的發展，從心臟起搏器到助聽器、移動電話和各種各樣產品都對電子產品的供電電壓提出了嚴格的限制。另一方面，隨著器件尺寸不斷的縮小，工藝的擊穿電壓也在降低，亦對電源電壓提出了嚴格的限制。電子器件性能要求越來越高，開發周期越來越短，對開發與生產成本的制約也日趨嚴格，使低壓模擬集成電路受到了極大的關注。

運算放大器是模擬電路中最重要的電路單元，廣泛應用于模擬電路和混合信號處理電路中，如開關電容，模數、數模轉換器等。但是由于晶體管的閾值電壓并不隨著特征尺寸的減小而線性減小，所以在低電源電壓環境下，運算放大器的各項性能指標會大大減小。為了提高運放的性能，增大電路處理信號的帶寬范圍，就必須對傳統的折疊共源共柵運算放大器進行改進設計，這就促成了回收電流折疊共源共柵放大器的產生與發展。

近幾年來，回收電流折疊共源共柵放大器已大量涌現，各大公司也紛紛推出自己相應的產品。其應用十分廣泛，可用在DVD播放器、聲卡、手機、系統、傳感器等各種電路當中。傳統的回收電流折疊共源共柵放大器主要具有以下幾個特點：(1)輸入共模范圍較寬。(2)具有較高的低頻增益和較寬的帶寬。(3)輸出電壓可以達到電源電壓正負兩級。

傳統的回收電流折疊共源共柵放大器的電路結構如圖1所示。輸入級由四個PMOS管P1a、P2a、P1b、P2b組成，正向輸入信號通過輸入管P1a將電壓信號轉換成向下的電流信號，同時負向輸入信號通過輸入管P2b將電壓信號轉換成向上的回收電流信號，該回收電流通過交叉連接的電流鏡N7、N5、N1被放大K倍，與P1a管向下的電流一起通過N3流向負向輸出端。但是，傳統的回收電流折疊共源共柵放大器存在以下不足：

1.相比于其他類型的放大器，其靜態功耗高。

2.相位裕度比傳統折疊共源共柵放大器有所下降。

3.在功耗要求嚴格的情況下，難以達到更高帶寬的性能。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種跨導增強的回收電流折疊MOS管共源共柵放大器，其特征在于，所述跨導增強的回收電流折疊MOS管共源共柵放大器包括：

跨導增強的輸入級，由分流的四個PMOS管P1a、P2a、P1b、P2b和兩對PMOS管P8a、P9a以及P8b、P9b組成，具有增強跨導的負阻特性；

放大回收電流的中間級，包括由NMOS管N1、N5、N7組成第一電流鏡和由NMOS管N2、N6、N8組成第二電流鏡；以及

軌到軌輸出級，由NMOS管N3、N4以及PMOS管P5、P6組成；

上述跨導增強的輸入級的PMOS管P1a的漏極交叉連接到PMOS管P9a的柵極，同時也連接到PMOS管P8a的漏極，輸入管P2a的漏極交叉連接到PMOS管P8a的柵極，同時也連接到PMOS管P9a的漏極，從而構成一對負阻，增加了P1a、P2a的跨導；另外，跨導增強的輸入級的PMOS管P1b的漏極交叉連接到PMOS管P9b的柵極，同時也連接到PMOS管P8b的漏極，PMOS管P2b的漏極交叉連接到PMOS管P8b的柵極，同時也連接到PMOS管P9b的漏極，從而構成另一對負阻，增加了PMOS管P1b、P2b的跨導；正向輸入信號通過跨導增強的輸入級的PMOS管P1a將電壓信號轉換成向下的電流信號，同時負向輸入信號通過跨導增強的輸入級的PMOS管P2b將電壓信號轉換成向上的回收電流信號，該回收電流通過交叉連接的由NMOS管N1、N5、N7組成第一電流鏡放大K倍，與P1a管向下的電流一起折疊通過N3流向負向輸出端；負向輸入信號通過跨導增強的輸入管P2a將電壓信號轉換成向上的電流信號，同時正向輸入信號通過跨導增強的輸入級的PMOS管P1b將電壓信號轉換成向下的回收電流信號，該回收電流通過交叉連接的由NMOS管N2、N6、N8組成第二電流鏡放大K倍，與P2a管向上的電流一起折疊通過N4流向正向輸出端；其中的各個MOS器件采用常規MOS晶體管或采用高遷移率的應變硅MOS器件，以進一步提高該電路的性能。