一種低功耗高增益高擺率的運算跨導放大器的製造方法
2023-06-04 17:52:21 3
一種低功耗高增益高擺率的運算跨導放大器的製造方法
【專利摘要】一種低功耗高增益高擺率的運算跨導放大器，在設有輸入級、輸出級和負載電容CL的運算跨導放大器基本結構基礎上，增設自適應偏置電路、電流檢測電路、差分電流重新分配電路和動態輸出驅動控制電路，由差分輸入信號控制自適應偏置電路，通過電流檢測電路檢測自適應偏置電路產生的電流，並經過差分電流重新分配電路增加負載的小信號電流差以提高運算跨導放大器的等效跨導，動態輸出驅動控制電路採集檢測到的電流，動態地控制輸出端的電流，實現運算跨導放大器壓擺率的全面提升，徹底解決一般運算跨導放大器難以調和的速度與精度之間的矛盾，實現電路靜態、動態性能的全面提升。
【專利說明】一種低功耗高增益高擺率的運算跨導放大器
【技術領域】
[0001]本發明涉及運算跨導放大器，尤其涉及一種低功耗、高增益、高擺率的運算跨導放大器，屬於模擬集成運算跨導放大器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來，電子產品的種類越來越多，人們對其性能的要求也越來越高，特別是半導體集成電路產品，這就要求我們在這類產品的內部的電路結構以及器件材料方面進行研究，而運算放大電路則是進行電路研究的重中之重，運算放大器是很多模擬電路最重要的模塊之一，廣泛應用於模數轉換電路、濾波器等模擬信號處理電路中。
[0003]在音、視頻信號的採集、處理以及通信系統的應用中，要求運算跨導放大器單位增益帶寬大、壓擺率高、建立時間短，且能在較低的電源電壓下工作。近年來，隨著電路系統後端組件的性能顯著提升，位居信號鏈前端的運算跨導放大器為了與之相匹配，避免拖累信號鏈的整體性能，越來越傾向於向高速化的方向發展。由於高速包括寬帶和高壓擺率兩個主要特徵，因而致力於高壓擺率運算跨導放大器的研究同樣具有重要意義。
[0004]現有技術的運算跨導放大器一般包括輸入級、輸出級和負載電容Q，如圖1所示，它包括:？]\?)5管町1、]\0'2、]\0'3、]\0'8、]\0'9，NMOS管MT4~MT7和負載電容(^。其中，輸入級包括PMOS管MT1、MT2、MT3和NMOS管MT4、MT5，PMOS管MTl和MT2為差分輸入管，PMOS管MT3為其提供尾電流，MT3管的柵極外接偏置Vb』 NMOS管MT4和MT5為輸入級的負載管。NMOS管MT6、MT7和PMOS管MT8、MT9構成運算跨導放大器的輸出級，PMOS管MT8和MT9構成一個電流鏡，MT7和MT9的漏極為運算跨導放大器的輸出端，並接負載電容Q。
[0005]為了保證電路正常工作，必須配置電路中所有的PMOS管和NMOS管工作在飽和區，其負載電容Q上的電流公式為:
[0006]
【權利要求】
1.一種低功耗高增益高擺率的運算跨導放大器，其特徵在於，在設有輸入級、輸出級和負載電容Q的運算跨導放大器基本結構基礎上，增設自適應偏置電路、電流檢測電路、差分電流重新分配電路和動態輸出驅動控制電路，輸入級、自適應偏置電路和電流檢測電路的輸入端均分別與差分輸入信號Vin+和vin_連接，自適應偏置電路的輸出分別連接電流檢測電路和輸入級，電流檢測電路的輸出分別連接差分電流重新分配電路和動態輸出驅動控制電路，輸入級和差分電流重新分配電路的輸出共同連接輸出級，輸出級和動態輸出驅動控制電路的輸出共同通過負載電容Q輸出Vtjut ;其中: 輸入級包括PMOS管M1、M2和NMOS管M3、M4，PMOS管M1、M2的柵極分別與差分輸入信號Vin+和Vin-連接，PMOS管Ml、M2的漏極分別與NMOS管M3、M4的漏極連接，NMOS管M3、M4的柵極和漏極均短接，NMOS管M3、M4的源極均接地； 輸出級包括PMOS管M9~M12，NMOS管M5~M8和電阻Rl，PMOS管M9的柵極與PMOS管MlO的柵極互連並連接電阻Rl的一端和匪OS管M7的漏極，PMOS管Mll的柵極與PMOS管M12的柵極互連並連接PMOS管M9的漏極和電阻Rl的另一端，PMOS管Mil、M12的源極均連接電源VDD，PMOS管M11、M12的漏極分別連接PMOS管M9、M10的源極，PMOS管MlO的漏極連接NMOS管M8的漏極，NMOS管M7、M8的柵極互連並連接偏置電壓Vb2，NMOS管M7、M8的源極分別連接NMOS管M5、M6的漏極，NMOS管M5的柵極連接輸入級中NMOS管M4的柵極，NMOS管M6的柵極連接輸入級中NMOS管M3的柵極，NMOS管M5、M6的源極均接地； 自適應偏置電路包括PMOS管MBl~MB4，NMOS管MB5、MB6，PMOS管MB1、MB2的源極均連接電源VDD，PMOS管MBl的柵極與PMOS管MB3、MB5的漏極連接，PMOS管MB2的柵極與PMOS管MB4、MB6的漏極連接，PMOS管MBl的漏極與PMOS管MB3源極互連並連接輸入級中PMOS管M2的源極，PMOS管MB2的漏極與PMOS管MB4源極互連並連接輸入級中PMOS管Ml的源極，PMOS管MB3、MB4的柵極分別連接差分輸入信號Vin+、Vin_，NMOS管MB5、MB6的柵極均連接偏置電壓Vbl，NMOS管MB5、MB6的源極均接地； 電流檢測電路包括PMOS管MS1、MS2，PMOS管MS1、MS2的柵極分別連接差分輸入信號Vin+、Vin_，PMOS管MS1、MS2的源極分別與自適應偏置電路中PMOS管MB2、MBl的漏極連接；差分電流重新分配電路包括NMOS管MC1、MC2, NMOS管MDl~MD4，NMOS管MC1、MC2的柵極均連接偏置電壓Vb2，NMOS管MCl的漏極與電流檢測電路中PMOS管MS2的漏極以及NMOS管MD1、MD3的柵極連接在一起，NMOS管MC2的漏極與電流檢測電路中PMOS管MSl的漏極以及NMOS管MD2、MD4的柵極連接在一起，NMOS管MC1、MC2的源極分別連接NMOS管MDUMD2的漏極，NMOS管MD3、MD4的漏極分別連接輸入級中PMOS管M1、M2的漏極，NMOS管MD1、MD2、MD3、MD4的源極均接地； 動態輸出驅動控制電路包括NMOS管M13~M16，PMOS管M17~M20以及NMOS管M21~M26, NMOS 管 M13、M14 的柵極互連並與 NMOS 管 M13、M21、M23 的漏極、NMOS 管 M13、M23、M24的柵極以及差分電流重新分配電路中MD2的柵極連接在一起，NMOS管M14的漏極與NMOS管M15的漏極和柵極、NMOS管M16的柵極、NMOS管M22的漏極和柵極、NMOS管M21的柵極以及差分電流重新分配電路中MDl的柵極連接在一起，匪05管肌3、]\114、]\115、]\116、]\121、]\122、M25、M26的源極均接地，NMOS管M23的源極與NMOS管M26的漏極和柵極連接在一起，NMOS管M24的源極連接NMOS管M25的漏極，NMOS管M25的柵極連接輸出級中NMOS管M6的柵極，NMOS管M24的漏極與PMOS管M18的漏極、負載電容q的正端以及輸出級中NMOS管M8的漏極連接在一起並作為輸出端ν_，負載電容Q的負端接地，PMOS管Μ17、Μ18的柵極互連並連接PMOS管Μ17的漏極和NMOS管Μ16的漏極，PMOS管Μ17的源極連接PMOS管Μ20的柵極和漏極，PMOS管Μ18的源極連接PMOS管Μ19的漏極，PMOS管Μ19的柵極連接輸出級中PMOS管Mll的柵極，PMOS管Μ19、Μ20的源極連接電源VDD ； 上述電路中，自適應偏置電路根據輸入差分輸入信號的不同，輸出不同大小的自適應偏置電流，該電流流經輸入級和電流檢測電路，電流檢測電路採集自適應偏置電路輸出的電流後分流為兩組差分電流，分別提供給差分電流重新分配電路和動態輸出驅動控制電路，差分電流重新分配電路針對電流檢測電路輸出的一組差分電流按比例重新分配後輸出，分流輸入級中流過負載的差分電流，使得輸入級兩路差分電流在數值上更加分離，以增大差分電流的差值，從而增大輸入級的等效跨導，提高運算跨導放大器增益，輸出級複製被分離後的兩路差分電流信號後進行再放大，進一步提高增益，動態輸出驅動控制電路採集電流檢測電路輸出的另一組差分電流，經過電流比較後輸出，控制輸出端上下兩個拉、灌電流源，以分別提高動 態下的正負擺率。
【文檔編號】H03F3/45GK103929138SQ201410169761
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】孫偉鋒, 陸揚揚, 張允武, 錢欽松, 祝靖, 陸生禮, 時龍興 申請人:東南大學