[發(fā)明專利]一種低功耗恒定跨導(dǎo)軌對(duì)軌運(yùn)算放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010182444.7
• 申請(qǐng)日: 2020-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN111277225B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭仲杰;何帥;陳浩;李青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F1/02
• 分類號(hào): H03F1/02;H03F1/26;H03F1/32;H03F3/26;H03F3/45
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發(fā)明公開了一種低功耗恒定跨導(dǎo)軌對(duì)軌運(yùn)算放大器，包括輸入級(jí)，輸入級(jí)由N/P型互補(bǔ)差分對(duì)和P型跨導(dǎo)恒定控制結(jié)構(gòu)連接構(gòu)成，輸出級(jí)采用浮動(dòng)電流源的互補(bǔ)推挽式AB類，輸入級(jí)與輸出級(jí)之間還設(shè)置有共源共柵求和電路，共模信號(hào)經(jīng)輸入級(jí)將共模電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的初步放大和對(duì)共模噪聲的抑制，再經(jīng)過中間級(jí)共源共柵求和電路進(jìn)行電流的求和放大，將放大后的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳送到輸出級(jí)，最后經(jīng)互補(bǔ)推挽式AB類輸出級(jí)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行寬擺幅輸出。本發(fā)明在簡化電路和不增加額外功耗的前提下，提高輸入級(jí)的跨導(dǎo)恒定性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬緩沖輸出電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗恒定跨導(dǎo)軌對(duì)軌運(yùn)算放大器。

背景技術(shù)

輸入級(jí)跨導(dǎo)的恒定性反映軌對(duì)軌運(yùn)算放大器的頻率補(bǔ)償難度。尤其在軌對(duì)軌運(yùn)放作為單位增益輸出緩沖應(yīng)用時(shí)，輸入級(jí)跨導(dǎo)在整個(gè)共模輸入范圍內(nèi)變化越小，則整個(gè)運(yùn)放開環(huán)增益越穩(wěn)定，頻率補(bǔ)償難度越小，系統(tǒng)穩(wěn)定性越容易保證。

傳統(tǒng)的軌對(duì)軌運(yùn)放輸入級(jí)由P型MOS和N型MOS互補(bǔ)差分對(duì)構(gòu)成，雖能實(shí)現(xiàn)軌對(duì)軌的輸入范圍，但輸入級(jí)跨導(dǎo)會(huì)隨共模輸入電壓的變化而變化，具體表現(xiàn)為：當(dāng)共模輸入電壓在共模輸入的中間范圍時(shí)，輸入級(jí)跨導(dǎo)等于P型和N型差分對(duì)的跨導(dǎo)之和；當(dāng)共模輸入電壓在其它范圍時(shí)，輸入級(jí)跨導(dǎo)為P型或者N型差分對(duì)的跨導(dǎo)；可看出共模輸入中間范圍的輸入級(jí)跨導(dǎo)是其它范圍的2倍。這種輸入級(jí)跨導(dǎo)隨共模輸入電壓的變化的大幅度波動(dòng)，會(huì)很很大程度上加大電路的頻率補(bǔ)償?shù)碾y度，影響整個(gè)運(yùn)放穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的技術(shù)往往采用以下以下兩種方式來提高軌對(duì)軌運(yùn)算放大器的跨導(dǎo)恒定性：

方法1，利用電平移位的方法，通過使用兩個(gè)源級(jí)跟隨器分別對(duì)單個(gè)差分對(duì)的尾電流曲線進(jìn)行相應(yīng)的左移或者右移，使得P型和N型差分對(duì)的尾電流曲線在過渡區(qū)內(nèi)適當(dāng)?shù)闹丿B，從而實(shí)現(xiàn)輸入級(jí)跨導(dǎo)的恒定。該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單且容易實(shí)現(xiàn)，近年來采用的比較多。但其缺點(diǎn)是不能克服溫度和工藝等原因所導(dǎo)致的跨導(dǎo)變化，直流增益也不能夠保持恒定且變化幅度較大。

方法2，利用成比例的電流鏡補(bǔ)償技術(shù)，使偏置電流的大小隨輸入共模電壓變化而變化以獲得不變的輸入級(jí)跨導(dǎo)。雖然電流鏡技術(shù)是目前電路中使比較廣泛的恒定跨導(dǎo)控制手段，但這種方法的缺點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：一是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一定程度上會(huì)占用較大芯片面積而導(dǎo)致成本提升；二是在開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，跨導(dǎo)的幅度大約會(huì)有15％的瞬間增加；三是這種方法只能通過平方律模型實(shí)現(xiàn)，不能在強(qiáng)反型區(qū)和弱反型區(qū)下工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低功耗恒定跨導(dǎo)軌對(duì)軌運(yùn)算放大器，在簡化電路和不增加額外功耗的前提下，提高輸入級(jí)的跨導(dǎo)恒定性能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種低功耗恒定跨導(dǎo)軌對(duì)軌運(yùn)算放大器，包括輸入級(jí)，輸入級(jí)由N/P型互補(bǔ)差分對(duì)和P型跨導(dǎo)恒定控制結(jié)構(gòu)連接構(gòu)成，輸出級(jí)采用浮動(dòng)電流源的互補(bǔ)推挽式AB類，輸入級(jí)與輸出級(jí)之間還設(shè)置有共源共柵求和電路，共模信號(hào)經(jīng)輸入級(jí)將共模電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的初步放大和對(duì)共模噪聲的抑制，再經(jīng)過中間級(jí)共源共柵求和電路進(jìn)行電流的求和放大，將放大后的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳送到輸出級(jí)，最后經(jīng)互補(bǔ)推挽式AB類輸出級(jí)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行寬擺幅輸出。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

輸入級(jí)具體結(jié)構(gòu)為：包括由P型MOS管M5和P型MOS管M6構(gòu)成的P型恒定跨導(dǎo)控制結(jié)構(gòu)，其中，P型MOS管M5的柵極和P型MOS管M6的柵極分別接共模輸入正負(fù)端，以達(dá)到對(duì)共模輸入電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，P型MOS管M5的漏極和P型MOS管M6的漏極相連后又與N/P型互補(bǔ)差分對(duì)的輸出端連接，P型MOS管M5的源極和P型MOS管M6的源極相連后與N/P型互補(bǔ)差分對(duì)的輸入端連接。