[發明專利]一種帶有啟動電路的部分共模反饋全差分運算放大器

有效

• 申請號: 201110275012.1
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102394580A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 胡嵩;李偉男;黃煜梅;洪志良
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計技術領域，具體涉及一種帶有啟動電路的部分共模反饋全差分運算放大器電路。

背景技術

全差分運算放大器是模擬集成電路中最基本模塊之一。其特點在于差分信號輸入、差分信號輸出，可以抑制共模干擾信號。在混合信號電路中，為了抑制地上的噪聲和電源上的脈沖干擾等，全差分運算放大器更是得到了廣泛的應用。

圖1舉例說明了一個傳統的部分共模反饋全差分運算放大器。第一到第六NMOS管NM1-NM6、第一到第五PMOS管PM1-PM5、第一和第二電阻R1-R2、第一和第二電容C1-C2構成兩級運算放大器主電路，第七和第八NMOS管NM7-NM8、第六到第八PMOS管PM6-PM8、第三和第四電阻R3-R4、第三和第四電容C3-C4構成了部分共模反饋電路。共模反饋電路輸出信號V_fb控制運算放大器主電路第一級的第三和第四NMOS管NM3、NM4；在部分共模反饋電路技術中，第一級還有另一部分負載由柵端接到固定電平的偏置管構成，如圖1中的第五和第六NMOS管NM5、NM6。這種部分共模反饋技術由于能夠提高共模反饋環路的相位裕度，因此得到了廣泛的采用。

在一些應用中，全差分運算放大器的輸出和輸入相連。圖2和圖3分別舉例說明了屬于這種情況的兩種應用場合。圖2是開關電容網絡中的一個狀態。圖2所示的狀態下，全差分運算放大器的輸出和輸入直接相連。圖3是一種無線通信接收機的射頻前端模塊，由低噪聲放大器、電流模式無源混頻器和跨阻放大器構成。跨阻放大器中的全差分運算放大器的輸出和輸入通過電阻相連接。

倘若將圖1所示的傳統部分共模反饋全差分運算放大器應用在諸如圖2和圖3這類場合中，電路將存在一個非正常工作的穩態。在電路上電時，若運算放大器的兩個輸出V_out+和V_out-同時為高電平，共模反饋電路中的比較放大器飽和，V_fb為低電平；此時，由于輸出與輸入相連，運算放大器的兩個輸入V_in+和V_in-也為高電平，兩級運算放大器主電路第一級的輸出（即第二級的輸入）將被運算放大器第一級的固定偏置負載管（如圖1中的第五和第六NMOS管NM5、NM6）下拉到低電平。最終，電路將穩定在這一非正常工作的狀態。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種采用部分共模反饋技術的全差分運算放大器，它可以應用在輸出和輸入連接的場合。

本發明提供的帶有啟動電路的部分共模反饋全差分運算放大器包括基本的兩級運算放大器主電路、部分共模反饋電路和啟動電路。所述啟動電路又包括狀態檢測電路、復位電路以及偏置開關電路。狀態檢測電路輸入端連接到檢測到的兩級運算放大器輸出端共模電平，狀態檢測電路輸出信號連接到復位電路；復位電路連接在兩級運算放大器第一級輸出與電源之間，提供上拉通路；偏置開關電路連接到兩級運算放大器第一級的固定偏置負載管的柵端偏置，可對其進行切換。

啟動電路中的狀態檢測電路，通過運算放大器輸出端的共模電平，檢測兩級運算放大器是否進入非正常工作狀態。狀態檢測電路的第一級閾值設置偏高，且經過反相器鏈連接到復位電路，以避免啟動過程中運算放大器輸出端的電壓擺動對狀態檢測電路的影響。

啟動電路中的復位電路，在兩級運算放大器處于非正常工作狀態時，通過上拉兩級運算放大器的第一級輸出（即第二級的輸入），破壞這一非正常工作狀態，使運算放大器在共模反饋電路的作用下進入正常工作狀態。?

啟動電路中的偏置開關電路，在電路啟動過程中切斷運算放大器第一級固定偏置負載管的柵端與固定偏置電壓之間的連接，并將其下拉到低電平，以避免由于采用部分共模反饋技術，運算放大器第一級的固定偏置負載管與復位電路之間的競爭。電路啟動之后，固定偏置負載管的柵端偏置將恢復正常。