专利名称：可消除直流电压偏移的运算放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运算放大器，尤其涉及一种具有直流偏移消除功能的运算放大
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背景技术：
全差动式运算放大器(Fullydifferential operational amplifier)广泛地用 于各种高速传输应用，如通讯系统、语音及图像数据处理中。常见的全差动式运算放大器是 由一输入级与一输出级组成，输入级提供高增益，输出级则提供足够的电压摆幅。请参考图 1，
图1为已知一运算放大器10的示意图。运算放大器10为全差动式运算放大器，由一输 入级11及一 A类输出级12组成。输入级11包含有P型晶体管MPl MP4及η型晶体管 MNl ΜΝ5，组成四个差动对及一共模反馈(Common mode feedback)电路100，用来产生 输入级11的输出共模电压。输出级12包含有ρ型晶体管MP6、MP7、η型晶体管ΜΝ6、丽7、 电容CM1、CM2及一共模反馈电路102。偏压VBPl、VBP2、VBm、VBN2、VBN3用于输入级11及 输出级12中的差动对。输入级11接收差动输入信号INP及INN，并且产生差动输出信号 VOP及VON ；输出级12接收输入级11产生的差动输出信号，以产生差动输出信号OUTP及 OUTN0运算放大器10有以下缺点输出级12的互导(Transconductance)很小，并且由 于晶体管MP6及MP7的使用，造成寄生极点降低。由于控制晶体管MN6、丽7的栅极的偏压 VBN3固定，晶体管MN6及丽7的吸收电流(Sink current)只能为固定值。此外，输入级11 的输出共模电压是由输出级12的输入共模电压而决定，此电路设计容易导致输入级11的 电压余量(Headroom)不足，使晶体管MPl MP4进入三极体(Triode)工作区。输入级11 的输出共模电压亦受到制程、供应电源及温度的影响，其变动范围可达数百毫伏特。因此， 运算放大器10很难于低供应电压的环境下实现预期的放大效果。请参考图2，图2为已知一运算放大器20的示意图。运算放大器20是2007年 发表于 ISSCC 期刊的论文 “A 0. 8V IObit 80MS/s 6. 5mff PipelinedADC with Regulated OverdriveVoltage Biasing”所提出。运算放大器20是由一输入级21、一 AB类输出级22 及一开关电容式电压转换电路(Switchedcapacitor level shifter) 23所组成。输入级21 包含有P型晶体管MPl MP4、n型晶体管丽 丽5及一共模反馈电路200。输出级22包 含有P型晶体管MP6 MP7、η型晶体管ΜΝ6 ΜΝ9、电容CM1、CM2及一共模反馈电路202。 开关电容式电压转换电路23由开关Sl S16及电容Cl C8组成，用来将输入级21与输 出级22进行解耦，因此输入级21的输出共模电压不再根据输出级22的输入共模电压而决 定，进而解决电压余量可能不足的问题。输入级21使用偏压VBPl、VBP2、VBNl及VBN2，开 关电容式电压转换电路23另外使用了偏压VBP3、VBN3及VC。相较于图1的运算放大器10，运算放大器20改善了输入级的电压余量不足的问 题。然而，运算放大器20仍有不少缺点，举例来说，开关电容式电压转换电路23所需的开 关及电容数量很多，对于面积成本而言是一大负担。输出级22的共模反馈电路202利用晶体管MN8及MP8做为共模回路增益放大器，这二个晶体管造成较大的电容性负载，使运算放 大器20的频宽变小，进而使相位边际(Phase margin)变小，降低了运算放大器20的稳定 性。此外，由于开关电容式电压转换电路23的存在，运算放大器20只能用于开关电容式电 路，如管线式(Pipelined)模拟数字转换器，且需要额外的电路来控制开关Sl S16，而无 法用于连续式电路，如主动RC滤波电路。上述运算放大器10及运算放大器20的应用广泛，可编程增益放大器 (Programmable gain amplifier)即为其中一例。请参考图3，图3为已知一可编程增益放 大器30的示意图。可编程增益放大器30具有直流偏移消除(DC offset cancellation) 功能，常用于需要高增益的系统，如无线通讯系统中。可编程增益放大器30由一运算放大 器300、电阻Rl R4、RH1、RH2及电容CH1、CH2所组成，其中运算放大器300可为前述运算 放大器10或运算放大器20。电阻RHl、RH2及电容CHl、CH2形成一高通滤波电路，用来消 除运算放大器300的差动输出信号中的直流电压偏移。根据图3，假设电阻RHl及RH2的 阻值为Rh，电容CHl及CH2的容值为CH，电阻Rl及R2的阻值为R1及R2,可编程增益放大器 30的输出信号V。对输入信号Vi的转换函数式表示如下V
权利要求
一种运算放大器，包含有一输入级，用来根据一第一差动输入信号对，产生一第一差动输出信号对；一输出级，用来根据至少一第二差动输入信号对，产生一第二差动输出信号对；以及一高通滤波电路，耦接于该输入级与该输出级之间，用来对该第一差动输出信号对进行高通滤波处理，以产生该至少一第二差动输入信号对。
2.如权利要求1所述的运算放大器，其中该高通滤波电路另耦接于至少一偏压，该至 少一偏压中每一偏压是该至少一第二差动输入信号对其中一第二差动输入信号对之一共 模电压。
3.如权利要求2所述的运算放大器，其中该输出级包含有一共模反馈电路，用来产生 该至少一偏压其中一偏压。
4.如权利要求1所述的运算放大器，其中该高通滤波电路包含有多个高通滤波单元， 每一高通滤波单元耦接于该输入级的多个输出端的一输出端，该输出级的多个输入端的一 输入端，以及一偏压。
5.如权利要求1所述的运算放大器，其中该高通滤波电路包含有多个高通滤波单元， 每一高通滤波单元包含有一电容，耦接于该输入级的多个输出端的一输出端与该输出级的多个输入端的一输入 端之间；以及一电阻性元件，耦接于一偏压与该输入端之间，该偏压是该至少一第二差动输入信号 对其中一第二差动输入信号对的一共模电压。
6.如权利要求5所述的运算放大器，其中该电阻性元件是一电阻。
7.如权利要求5所述的运算放大器，其中该电阻性元件是一金属氧化物半导体场效晶 体管。
全文摘要
可消除直流电压偏移的运算放大器。该运算放大器，包含有一输入级，用来根据一第一差动输入信号对，产生一第一差动输出信号对；一输出级，用来根据至少一第二差动输入信号对，产生一第二差动输出信号对；以及一高通滤波电路，耦接于该输入级与该输出级之间，用来对该第一差动输出信号对进行高通滤波处理，以产生该至少一第二差动输入信号对。
文档编号H03F3/45GK101989840SQ200910165520
公开日2011年3月23日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者谢义滨 申请人:雷凌科技股份有限公司