[發(fā)明專利]一種基于金屬氧化物TFT的運算放大器、芯片及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011089541.8
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112436811B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳榮盛;文明珠;徐煜明;李輝
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H03F3/04
• 分類號: H03F3/04;H03F1/02;H03F1/38
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 常柯陽

本發(fā)明公開了一種基于金屬氧化物TFT的運算放大器、芯片及方法，其中運算放大器包括輔助放大器和自舉增益提高放大器，輔助放大器采用兩級正反饋結(jié)構(gòu)，包括第五晶體管、第七晶體管、第十一晶體管、第一放大單元和第二放大單元，所述第五晶體管的柵極作為運算放大器的輸入端，自舉增益提高放大器包括兩個相互對稱的第二電路，所述第二電路包括第一晶體管、第二晶體管和自舉結(jié)構(gòu)的電流源單元。本發(fā)明利用自舉增益提高技術(shù)，實現(xiàn)了高增益與穩(wěn)定相位裕度的薄膜晶體管運算放大器電路；另外，輔助放大器采用兩種正反饋結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了電壓增益，可廣泛應(yīng)用于集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于金屬氧化物TFT的運算放大器、芯片及方法。

背景技術(shù)

金屬氧化物薄膜晶體管(Metal-oxide TFT)因其遷移率高、穩(wěn)定性好和制造工藝簡單等優(yōu)點被認(rèn)為是集成電路中的一項有前途的技術(shù)。近年來，金屬氧化物薄膜晶體管廣泛應(yīng)用于集成電路(IC)，例如顯示驅(qū)動器，轉(zhuǎn)換器或RFID/NFC標(biāo)簽。此外，它們在生物電信號監(jiān)測系統(tǒng)中也有應(yīng)用。其中，運算放大器是用于放大模擬電路中信號的最重要模塊。

然而，由于只有N型金屬氧化物薄膜晶體管可以集成，不能使用傳統(tǒng)的CMOS電路結(jié)構(gòu)，運算放大器的設(shè)計存在很大挑戰(zhàn)。首先，因為金屬氧化物的遷移率遠(yuǎn)低于晶體硅的遷移率，金屬氧化物薄膜晶體管的跨導(dǎo)不夠高。其次，在運算放大器的設(shè)計中，由于缺少P型TFT，很難獲得高輸出阻抗。為了解決金屬氧化物薄膜晶體管增益不高的問題，雖然出現(xiàn)了正反饋和偽CMOS等技術(shù)來提高運算放大器的增益，但未能很好地解決運算放大器的增益不高問題。

發(fā)明內(nèi)容

為至少一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，本發(fā)明的目的在于提供一種基于金屬氧化物TFT的運算放大器、芯片及方法，運算放大器利用自舉增益提高技術(shù)，輔助放大器采用兩級正反饋結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有薄膜晶體管運算放大器增益與相位裕度普遍不高的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于金屬氧化物TFT的運算放大器，包括：

輔助放大器，包括兩個相互對稱的第一電路，所述第一電路采用兩級正反饋結(jié)構(gòu)，包括第五晶體管、第七晶體管、第十一晶體管、第一放大單元和第二放大單元，所述第五晶體管的柵極作為運算放大器的輸入端，所述第五晶體管的漏極分別與所述第七晶體管的源極、所述第十一晶體管的漏極、所述第一放大單元的輸入端以及所述第二放大單元的輸入端連接，所述第一放大單元的輸出端與所述第七晶體管的柵極連接，所述第二放大單元的輸出端與所述第十一晶體管的柵極連接；

自舉增益提高放大器，包括兩個相互對稱的第二電路，所述第二電路包括第一晶體管、第二晶體管和自舉結(jié)構(gòu)的電流源單元，所述第二晶體管的柵極與所述第五晶體管的漏極連接，所述第二晶體管的漏極與所述電流源單元連接，所述第二晶體管的源極分別與所述第一晶體管的漏極和所述第五晶體管的柵極連接，所述第一晶體管的源極接地，所述第二晶體管的漏極作為運算放大器的輸出端。

進(jìn)一步，所述電流源單元包括第三晶體管、第四晶體管和電容；

所述第四晶體管的柵極和漏極均連接至電源，所述第四晶體管的源極與所述第三晶體管的柵極連接，所述第三晶體管的漏極連接至電源，所述第三晶體管的源極與所述第二晶體管的漏極連接，所述電容并聯(lián)在所述第三晶體管的柵極與源極之間。

進(jìn)一步，所述第一電路還包括第十晶體管、第十二晶體管和第十三晶體管；

所述第十晶體管的柵極與所述第五晶體管的漏極連接，所述第十晶體管的漏極分別與所述第十一晶體管的柵極和所述第十二晶體管的柵極連接，所述第十二晶體管的漏極與所述第十三晶體管的源極連接，所述第十三晶體管的柵極與漏極均連接至電源，所述第十晶體管、所述第十二晶體管和所述第十三晶體管構(gòu)成第一放大單元，且所述第十二晶體管的漏極作為所述第一放大單元的輸出端，所述第十晶體管構(gòu)成第二放大單元。