[發明專利]一種用于醫療電子的運算放大器

有效

• 申請號: 201410706891.2
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104506151A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 鄭文鋒;屈熹;劉珊;楊波;林鵬;李曉璐;郝志莉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于電子電路技術領域，更為具體地講，涉及一種用于醫療電子的運算放大器。

背景技術

運算放大器是模擬電路和系統的基礎模塊之一。系統需要高增益、高帶寬和寬輸出范圍的運算放大器。隨著工藝的提升，MOS管溝道長度減小，最大耐壓降低，運算放大器增益和輸出范圍也隨之減小。多級運算放大器可以提高放大器增益并增大輸出范圍，然而多級放大器引入了額外的低頻極點，通常需要補償技術維持穩定。尤其在一些醫療電子應用中，需要驅動大電容，同時受系統功耗限制，運算放大器的靜態功耗必須盡可能低，另外為了減小系統響應時間，運算放大器的轉換速率也不能被折中，這種應用需要三級運算放大器。

文獻“Low-voltage?operational?amplifier?with?rail-to-rail?input?and?output?stages(IEEE?J.Solid-State?Circuits,1985,20(12):1144–1150)”提出了第一款三級運算放大器，采用了嵌套式米勒補償方式。然而，在驅動相同的容性負載時，嵌套式米勒補償三級運算放大器的最大可達到的增益帶寬積僅是單級放大器的四分之一，基于嵌套式米勒補償三級運算放大器米勒電容值都直接正比于負載電容。驅動大容性負載應用中，基于嵌套式米勒補償三級運算放大器需要大面積的米勒集成電容，這不僅會增加芯片面積，導致系統成本顯著增加，也會降低系統的頻率響應和瞬態響應特性。

文獻“Advances?in?active-feedback?frequency?compensation?with?power?optimization?and?transient?improvement(IEEE?Trans.Circuits?Syst.I,2004,51(9):1690–1696)”提出了基于有源頻率補償的三級運算放大器，這種技術種使米勒電容值與負載電容的平方根成正比，補償電容的容值大大降低，同時增益帶寬積和轉換速率明顯增加。然而于有源頻率補償的三級運算放大器的第二米勒電容仍然加載在放大器的輸出和放大器第二級之間，使得非主導極點頻率受到限制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于醫療電子的運算放大器，采用單電容內嵌補償方式對三級運算放大器進行補償，拓展運算放大器的增益帶寬積，同時采用PMOS管產生恒定偏置電流增加內嵌電流放大器跨導，降低運算放大器共軛次極點對的品質因素，改善運算放大器的頻率特性和瞬態響應性能。

為實現上述發明目的，本發明一種用于醫療電子的運算放大器，包括依次連接的偏置電路、第一級放大電路、第二級放大電路和第三級放大電路，其特征在于，在第一級到第三級放大電路上連接一個補償電容Cc，該補償電容Cc一端連接運算放大器輸出端，另一端連接在第一級放大電路的輸出管柵極。

進一步的，所述的偏置電路包括：PMOS管M_P11和外部恒定偏置電流源I_B；

PMOS管M_P11的源極連接電源電壓V_DD，PMOS管M_P11的柵極連接到外部恒定偏置電流源IB，PMOS管M_P11的柵極、PMOS管M_P11的漏極和PMOS管M_P2的柵極均相連接，用于生成PMOS管的恒定偏置電壓V_BP；

所述的第一級放大電路包括：PMOS管M_P1、PMOS管M_P2、PMOS管M_P3、PMOS管M_P4、PMOS管M_P5、PMOS管M_P6、PMOS管M_P7，NMOS管M_N1、NMOS管M_N2、NMOS管M_N3、NMOS管M_N4和補償電容Cc；

PMOS管M_P1、PMOS管M_P2、PMOS管M_P3、PMOS管M_P6、PMOS管M_P7的源極分別連接電源電壓V_DD；

PMOS管M_P1的柵極、PMOS管M_P2的柵極、PMOS管M_P3的柵極與外部恒定偏置電流源IB相連接；