應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路的製作方法
2023-12-11 16:03:37
專利名稱：應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路的製作方法
專利說明本發明涉及一種反饋穩壓、穩流保護電路，尤其具體涉及到應用於高精度全差分 運放電路，能抑制共模噪聲產生，提高電路穩定性的連續時間共模反饋電路，屬於集成電子 電路設計領域。
背景技術：
全差分運放電路由於具有高輸出擺幅和對電源等共模噪聲的抑制而成為常用電 路形式，其設計的關鍵和難點是共模反饋電路的設計。原因是在高增益放大器中，輸出共 模電平對器件的特性和失配相當敏感，而且不能通過差動反饋來達到穩定。共模反饋電路一般分為兩個部分共模檢測電路和比較放大器電路。基本原理是 通過共模檢測電路檢測出輸出共模電壓，然後輸入比較放大器電路和預先指定的輸出共模 參考電壓相比較，將他們的差值放大並返回到原電路對輸出共模電壓的偏移進行校正。共 模反饋電路的工作失當會，一方面會造成輸出共模電壓波動，破壞差分輸出信號；另一方 面，輸出共模偏離參考電壓會導致差分輸出擺幅受限，嚴重影響全差分電路性能。共模反饋電路通常可分為連續時間共模反饋電路和開關電容共模反饋電路。其 中開關電容共模反饋電路的反饋控制是離散的，由於其應用的局限性，故其電路結構的研 究一直沿用至今，鮮有變化。而連續時間共模反饋電路對共模電壓偏移的校準是連續進行 的。但傳統該連續時間共模反饋電路的輸入端可能出現非常大的共模電平(即使它是瞬時 的)，這將導致輸入對管關斷，輸出電平接近電源電壓。由於此時差模迴路中斷，整個外環呈 現共模正反饋。這就會使運放呈現「鎖死狀態」。這種情況很可能發生在電路的啟動過程之 中。此外，雖然傳統共模反饋電路控制尾電流可以增強穩定性，提供最低電路保護，但 由於全差分運放電路提供了比較大的輸出擺幅，大信號共模信號容易出現跌落現象，尤其 當傳統共模反饋電路沒有提供最大電流保護的情況下，輸出短路時易燒毀晶片。
發明內容
鑑於上述現有技術中兩種典型自舉開關形式存在的缺陷，本發明的目的是提出一 種自舉開關電路，採用較小的晶片面積以支持更高的輸入信號範圍並保持更快的響應速度。本發明的目的，將通過以下技術方案得以實現應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，其特徵在於所述連續時間共 模反饋電路連接於全差分運放電路的共源共柵放大輸出級，其中連續時間共模反饋電路包 括與全差分運放電路的輸出恆流源的一個NMOS管M2共源共柵相連的PMOS管M13 ；一共模反饋輸入級，為由PMOS管M14、M15、M16和M17構成的一級運放，所述PMOS 管M15、M16間共柵接入有外部接入並設定的共模參考信號V。M，且其共漏作為一級運放的輸出 Vout，；
以及與所述全差分運放電路的恆流沉NMOS管M7、M8分別共源相接的線性區NMOS 管 M11、M12 ；上述NMOS管Mll和M12的漏極分別連接到全差分運放電路的共模反饋輸入級M9、 MlO的源極，並且所述一級運放的輸出Vout』直接與NMOS管Mil、M12的柵極相連，構成調 制全差分運放輸出級的二級運放共模反饋電路。前述應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，其中該連續時間共模反饋 電路還包括一用於拉拔一級運放輸出電流、由NMOS管M18、M19構成的負載單元，所述負載 單元接入一級運放，其中NMOS管M18的源極與全差分運放輸出跟蹤級M14、M17共漏相連； 而NMOS管M19的源極與共模輸出參考級M15、M16共漏相連。前述應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，其中該全差分運放電路的 輸出級為摺疊共柵輸出級，包括輸出恆流源的NMOS管Ml、M2 ；共源共柵輸出級的PMOS管 M3、M4、M5和M6 ；恆流沉NMOS管M7、M8 ；共模反饋輸入級NMOS管M9、MlO ；以及輸出短路保 護級的NMOS管Mil、M12。本發明應用於高精度全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，可以避免傳統技 術中的高成本和高複雜度的缺陷，以簡單和低成本的方式獲得高精度的全差分電路，有效 降低了晶片對工藝的依賴，提高產品質量和成品率。另一方面，本發明共模反饋電路具有較 高的增益，輸出共模信號對共模參考跟蹤效果優異，輸出電流沉在參考值上下限幅波動，提 供全差分運放電路的最大電流保護，可防止短路電流過大而發生「鎖死狀態」。
圖1本發明應用了連續時間共模反饋電路的全差分運放電路的實施例結構示意 圖。其中A為連續時間共模反饋電路部分；B和C為A與全差分運放電路共模輸出級相連及 起主要電流保護功能的部分。
具體實施例方式以下便結合實施例附圖，對本發明的具體實施方式
作進一步的詳述，以使本發明 技術方案更易於理解、掌握。從提高全差分運放電路共模輸出穩定性及避免因電流抖動過大而導致的「鎖死狀 態」的目的出發，深入研究傳統連續時間共模反饋電路的結構特性，本發明設計人員創新提 出了一種可應用於高精度全差分運放電路的連續時間共模反饋電路。如圖1所示，是應用了連續時間共模反饋電路的全差分運放電路的實施例結構示 意圖。從電路結構上來看該圖示電路中的連續時間共模反饋電路是基於全差分運放電路 整體相連的。其中全差分運放電路主要是其輸出級電路，基本結構包括(一 )、輸出恆流源的NMOS管M1、M2，兩管共源連接Vdd ；( 二 )、共源共柵輸出級的PMOS管M3、M4、M5和M6，其中輸出Vop和Von分別從 M3、M5和M4、M6之間引出；(三)、恆流沉匪OS管M7、M8 ；
(四)、共模反饋輸入級NMOS管M9、M10；以及輸出短路保護級的NMOS管M11、M12。再如圖1所示，該連續時間共模反饋電路連接於全差分運放電路的共源共柵放大 輸出級，其中連續時間共模反饋電路包括與全差分運放電路的輸出恆流源的一個NMOS管M2共源共柵相連的PMOS管M13， 提供下述一級運放的工作電流；
一共模反饋輸入級，為由PMOS管M14、M15、M16和M17構成的一級運放。其中PMOS 管M15、M16間共柵接入有外部接入並設定的共模參考信號V。M，且其共漏作為一級運放的輸 出Vout』，而另一對PMOS管M14和M17分別與全差分運放電路的輸出Vop和Von相連，主要 負責跟蹤全差分運放的輸出；以及與所述全差分運放電路的恆流沉NMOS管M7、M8分別共源相接的線性區NMOS 管Ml 1、M12，該NMOS管Ml 1和M12的漏極分別連接到全差分運放電路的共模反饋輸入級M9、 MlO的源極，並且該一級運放的輸出Vout』直接與NMOS管Mil、M12的柵極相連，構成調製 全差分運放輸出級的二級運放共模反饋電路。通過一級運放的輸出Vout』接入M11、M12的 柵極，調製全差分運放的共模反饋輸入級NMOS管M9、M10上的電流，進而為全差分運放的輸 出電流添加一波動限幅。作為上述實施例結構的進一步衍化，該連續時間共模反饋電路還包括一用於拉拔 一級運放輸出電流、由NMOS管M18、M19構成的負載單元，該負載單元接入一級運放的結構 為NM0S管M18的源極與全差分運放輸出跟蹤級M14、M17共漏相連；而NMOS管M19的源極 與共模輸出參考級M15、M16共漏相連。上述全差分運放電路及其連續時間共模反饋電路的工作原理從圖示電路圖分析 可以是場效應電晶體Ml M12構成運放摺疊共柵輸出級，工作於常規狀態。其中M1、M2 為輸出恆流源，M3、M4、M5和M6構成輸出級共源共柵結構，M7、M8為恆流沉，M9、M10構成共 模反饋輸入級，且Mil、M12為正常工作狀態一直出於線性區的NMOS管，主要提供一個變化 的電阻，進而改變全差分運放共模反饋輸入級的電流。場效應電晶體M13 M19構成連續時間共模反饋電路，提供運放電路的共 模反饋輸出。其中M14、M17跟蹤運放電路的輸出共模信號，M15、M16間共柵接入有 共模參考信號V。M。該較佳實施例中連續時間共模反饋電路的共模反饋輸出Vout』 = ((Vop+Von) -2Vcm) *Gain，能有效提供在輸出短路時的電流保護。本發明應用於高精度全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，可以避免傳統技 術中的高成本和高複雜度的缺陷，以簡單和低成本的方式獲得高精度的全差分電路，有效 降低了晶片對工藝的依賴，提高產品質量和成品率。另一方面，本發明共模反饋電路具有較 高的增益，輸出共模信號對共模參考跟蹤效果優異，輸出電流沉在參考值上下限幅波動，提 供全差分運放電路的最大電流保護，可防止短路電流過大而發生「鎖死狀態」。綜上通過實施例及其附圖對本發明的詳細描述，旨在便於對本發明設計構思的理 解，其不作為對本發明創新性實施方式的一種限制。故凡基於上述實施例所做的各種簡單 電路修改或等效替換，所形成的技術方案，均應該歸入本發明申請保護的範圍之中。
權利要求
應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，其特徵在於所述連續時間共模反饋電路連接於全差分運放電路的共源共柵放大輸出級，其中連續時間共模反饋電路包括與全差分運放電路的輸出恆流源的一個NMOS管M2共源共柵相連的PMOS管M13；一共模反饋輸入級，為由PMOS管M14、M15、M16和M17構成的一級運放，所述PMOS管M15、M16間共柵接入有外部接入並設定的共模參考信號VCM，且其共漏作為一級運放的輸出Vout』；以及與所述全差分運放電路的恆流沉NMOS管M7、M8分別共源相接的線性區NMOS管M11、M12；所述NMOS管M11和M12的漏極分別連接到全差分運放電路的共模反饋輸入級M9、M10的源極，並且所述一級運放的輸出Vout』直接與NMOS管M11、M12的柵極相連，構成調製全差分運放輸出級的二級運放共模反饋電路。
2.根據權利要求1所述的應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，其特徵在 於所述連續時間共模反饋電路還包括一用於拉拔一級運放輸出電流、由NMOS管M18、M19 構成的負載單元，所述負載單元接入一級運放，其中NMOS管M18的源極與全差分運放輸出 跟蹤級M14、M17共漏相連；而NMOS管M19的源極與共模輸出參考級M15、M16共漏相連。
3.根據權利要求1所述的應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，其特徵在 於所述全差分運放電路的輸出級為摺疊共柵輸出級，包括輸出恆流源的NMOS管M1、M2 ；共 源共柵輸出級的PMOS管M3、M4、M5和M6 ；恆流沉NMOS管M7、M8 ；共模反饋輸入級NMOS管 M9、MlO ；以及輸出短路保護級的NMOS管Ml 1、M12。
全文摘要
本發明揭示了一種應用於全差分運放電路的連續時間共模反饋電路，包括與全差分運放電路的輸出恆流源PMOS管M13；一共模反饋輸出級PMOS管M15、M16間共柵接入有共模參考信號VCM，且其共漏作為一級運放的輸出Vout』，而共模反饋輸出級PMOS管M14、M17負責跟蹤全差分運放電路的輸出級；與全差分運放電路的恆流沉NMOS管M7、M8分別共源相接的線性區NMOS管M11、M12。該NMOS管M11和M12的漏極分別連接到全差分運放電路的共模反饋輸入級M9、M10的源極，並且一級運放的輸出Vout』直接與NMOS管M11、M12的柵極相連，構成調製全差分運放輸出級的二級運放共模反饋電路。本發明共模反饋電路可使全差分運放電路的輸出電流沉在參考值上下限幅波動，提供最大電流保護，防止短路電流過大而發生「鎖死狀態」。
文檔編號H03F3/45GK101969297SQ20101029726
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者何德軍, 劉揚, 周之栩, 應峰, 牟陟 申請人:思瑞浦(蘇州)微電子有限公司