[發明專利]一種帶寬可調的運算放大器電路

有效

• 申請號: 201310123747.1
• 申請日: 2013-04-10
• 公開（公告）號: CN103219961A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 武振宇;劉欣;黃水龍;樊曉華;張海英
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種帶寬可調的運算放大器電路。

背景技術

集成運算放大器自20世紀60年代問世以來，取得了飛速的發展。最初多用于各種模擬信號的運算，例如比例、求和、求差、積分、微分等，隨著技術的發展，集成運放已經廣泛應用于模擬信號的處理和發生電路中，可用以構成有源濾波器，跨阻放大器等多種射頻和模擬集成電路中常用的單元模塊。

全差分運算放大器與單端輸出的運算放大器相比，具有更大的輸出電壓擺幅，對共模噪聲不敏感，而且輸出不含偶次諧波分量，這使它廣泛應用于各種復雜環境下的集成電路中。由于差分輸出，運放需要兩個匹配的反饋網絡，并需要共模反饋電路來穩定共模輸出電壓。

以濾波器為例，現今的多種通信制式要求濾波器具有多種帶寬以滿足系統的性能指標要求。一種解決方法是，將不同帶寬的濾波器并聯放置，選擇不同濾波器的輸出就可以得到不同帶寬的濾波效果。然而這將帶來電路功耗和版圖面積的極大浪費。為了降低電路功耗和減小版圖面積，較好的方法是共用濾波器的核心單元，即運算放大器電路。將濾波器的反饋電容改為可調的電容陣列，由控制信號進行切換得到不同的電容值，從而得到不同的濾波器帶寬。然而，濾波器的不同帶寬，要求運放也具有不同的環路帶寬。而且，隨著濾波器反饋電容陣列的切換，運放的負載將經歷很大的變化，典型地從幾pF變化到幾十pF，給運算放大器的穩定性帶來很大的威脅。如果按照最大負載的情況，設計密勒補償電容以保證各種負載情況下運放的穩定性，在輕負載的情況下，運放的帶寬就會顯著減小，不能滿足系統性能指標的要求。另一個主要的矛盾是，在一定功耗下，運放的帶寬有限。要提高運放的帶寬，并且保持運放的增益不變，需要提高運放的單位增益帶寬。這就需要加大運放的工作電流，功耗和帶寬的矛盾是運放設計時不可避免的矛盾。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種帶寬可調的運算放大器電路。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種帶寬可調的運算放大器電路，該運算放大器電路包括偏置電路、全差分運算放大器主電路和共模反饋電路，其中：

偏置電路，用于為全差分運算放大器主電路和共模反饋電路提供與溫度和工藝無關的穩定的偏置電流；

全差分運算放大器主電路，是兩級放大的滿擺幅輸出結構，用于在偏置電流的作用下提供增益和所需的帶寬，并向共模反饋電路輸出共模電平；

共模反饋電路，用于穩定全差分運算放大器主電路輸出的共模電平至一個恒定的電壓。

上述方案中，所述偏置電路包括基準電流I_ref以及第十NMOS管M₁₀、第十一NMOS管M₁₁組成的電流鏡結構；第九PMOS晶體管M₉的柵極與漏極相接，為全差分運算放大器主電路和共模反饋電路提供偏置電流。

上述方案中，所述全差分運算放大器主電路包括第一級及第二級放大電路，在該兩級放大電路之間加入有可切換的第三及第四密勒補償電容(C₃、C₄)和第三及第四密勒補償電阻(R₃、R₄)，用于實現不同帶寬下的穩定工作，同時加入有可切換的第一及第二交叉反饋電容(C₁、C₂)和第一及第二交叉反饋電阻(R₁、R₂)，用來進一步拓展帶寬；在該兩級放大電路之間還加入有第五及第六耦合電容(C₅、C₆)和第五及第六高阻值隔離電阻(R₅、R₆)，實現滿擺幅輸出。