专利名称：宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟集成电路设计领域，特别涉及一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器。
背景技术：
20世纪年代以来，随着亚微米、超深亚微米技术的发展和系统芯片技术的日益成熟，采用电池供电的便携式电子产品获得了迅猛发展和快速普及。由于电池技术的发展远远跟不上与电子系统的发展，从心脏起搏器到助听器、移动电话和各种各样产品都对电子产品的供电电压提出了严格的限制。另一方面，随着器件尺寸不断的缩小，工艺的击穿电压也在降低，亦对电源电压提出了严格的限制。电子器件性能要求越来越高，开发周期越来越短，对开发与生产成本的制约也日趋严格，使低压低功耗模拟集成电路受到了极大的关注。运算放大器是模拟电路中最重要的电路单元，广泛应用于模拟电路和混合信号处理电路中，如开关电容，模数、数模转换器等。但是由于晶体管的阈值电压并不随着特征尺寸的减小而线性减小，所以在低电源电压环境下，运算放大器的各项性能指标都会大大减小。为了提高运放在低压环境下的性能，使其能在低电压低功耗的环境下带宽等性能有所提高，就必须对运放的结构进行改进设计，其中应用比较广泛的一种是对称折叠共源共栅放大器。近十年来，对称折叠共源共栅运算放大器已大量涌现，各大公司也纷纷推出自己相应的产品。其应用十分广泛，可用在DVD播放器、声卡、手机、系统、传感器等各种电路当中。与传统的运放相比，该放大器主要具有以下几个特点(1)由于对称性，在高频性能方面表现优异。( 具有对称的转化速率。( 具有相当高的共模抑制比。传统的对称折叠共源共栅运算放大器的电路结构如图1所示。输入级由两个PMOS 管MP1、MP2组成。在输入级管MP1、MP2的漏极处，输入小信号电流分成两条支流，一部分直接流到输出端，另一部分被镜像后也流到输出端。NMOS管MN6、MN8都起到电流源的作用。 但是，传统的对称折叠共源共栅运算放大器存在以下不足1.相比于其他类型的放大器，其静态功耗高。2.电流源MN6、MN8只是充当电流源，未被利用传输小信号电流，是一种“浪费”。3.在功耗要求严格的情况下，难以达到高带宽的性能。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种宽带低功耗对称折叠MOS 管共源共栅放大器，其特征在于，所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器包括分流输入级，由PMOS 管 MPla、MPlb、MP2a、MP2b 组成； 放大回收电流的中间级，包括由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜及由NMOS 管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜；轨到轨输出级，由 NMOS 管 MN10、MN12 以及 PMOS 管 MP6、MP7、MP10、MP12 组成；
所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的正向输入信号通过输入管 MPla将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管MP2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN6、丽5、丽3组成的第一电流镜放大K倍，并与MPla管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过 MN12流向负输出端，另一半的小信号电流通过MN9以及由PMOS管MP9、MP10、MP11、MP12组成的第三电流镜流向正输出端；同时，负向输入信号通过输入管MPh将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管MPlb将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN4、丽7、MN8组成的第二电流镜放大K倍，并与 MPh管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过丽10流向正输出端，另一半的小信号电流通过丽11以及由PMOS管MP5、MP6、MP7、MP8组成的第四电流镜流向负输出端；上述各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS晶体管，以进一步提高该电路的性能。所述分流输入级的PMOS管MPla、MPlb、MP^i、MP^的尺寸大小是一致的。所述由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜与输入级的MPlb管连接，其中MN8 同时与MNlO及MNll连接，同时MNll及MNlO与MP2a连接；所述由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜与输入级的MP2b管连接，其中MN6同时与丽12及MN9连接，同时丽12及 MN9与MPla连接。本发明的有益效果是这种新型的宽带低功耗对称折叠共源共栅放大器与传统设计方案相比具有以下几个明显的优点具有在不增加功耗的情况下提高两倍以上带宽的能力；更高的CMRR(共模抑制比)；具有对称的正负转换速率；更高的低频增益等诸多优点。
图1为传统对称放大器的电路结构图。图2为本发明的新型的宽带低功耗对称放大器的电路结构图。图3为本发明的新型的宽带低功耗对称放大器与传统对称放大器的频响仿真对比图。
具体实施例方式本发明提出一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器。在图2中，所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器包括分流输入级，由PMOS 管 MPla、MPlb、MP2a、MP2b 组成，其中 MPla、MPlb、MP2a、MP2b 的尺寸大小是一致的；放大回收电流的中间级，包括由NMOS管MN6、丽5、丽3组成的第一电流镜，并与输入级的MP2b管连接，其中丽6同时与丽12及丽9连接，同时MN12及丽9与MPla连接。及由NMOS管MN4、丽7、MN8组成的第二电流镜，并与输入级的MPlb管连接，其中MN8同时与 MNlO及MNll连接，同时MNll及MNlO与MP2a连接；轨到轨输出级，由NMOS 管 MN10、MN12 以及 PMOS 管 MP6、MP7、MP10、MP12 组成；所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的各具体MOS管的连接结构为正向输入端与输入管MPla、MPlb的栅极相连，负向输入端与输入管MP2a、MP2b的栅极相连，MP2b的漏极与丽5、MN6的栅极相连，MPlb的漏极与丽7、MN8的栅极相连接，丽6的漏极与 MN9、丽12的源级相连，MN8的漏极与丽10、丽11的源级相连，丽12的漏极与MP7的漏极相连，丽10的漏极与MP12的漏极相连，MP8的栅极与漏极相连并与丽11的漏极相连，MPll的栅极与漏极相连并与MN9的漏极相连。所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的正向输入信号通过输入管 MPla将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管MP2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN6、丽5、丽3组成的第一电流镜放大K倍，并与MPla管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过 MN12流向负输出端，另一半的小信号电流通过MN9以及由PMOS管MP9、MP10、MP11、MP12组成的第三电流镜流向正输出端；同时，负向输入信号通过输入管MPh将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管MPlb将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN4、丽7、MN8组成的第二电流镜放大K倍，并与 MPh管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过丽10流向正输出端，另一半的小信号电流通过丽11以及由PMOS管MP5、MP6、MP7、MP8组成的第四电流镜流向负输出端；由此可得，输入等效跨导被放大了 K+1倍。本发明中，K的值被取为3，因此放大器的带宽被放大到原来的两倍。如图3所示的本发明的新型的宽带低功耗对称放大器与传统对称放大器的频响仿真结果对比图。从图中可以看出，本发明的新型对称放大器的带宽相比于传统对称放大器的提高了两倍以上。同时，低频增益仍然略有提高。上述各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS晶体管，以进一步提高该电路的性能。
权利要求
1.一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器包括分流输入级，由PMOS管MPla、MPlb, MP2a, MP2b组成；放大回收电流的中间级，包括由NMOS管MN6、丽5、丽3组成的第一电流镜及由匪OS管 MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜；轨到轨输出级，由NMOS管MN10、MN12以及PMOS管MP6、MP7、MP10、MP12组成；所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的正向输入信号通过输入管MPla将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管MP2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN6、丽5、丽3组成的第一电流镜放大K倍，并与MPla管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过丽12流向负输出端，另一半的小信号电流通过MN9以及由？1 5管1^9、1^10、1^11、1^12组成的第三电流镜流向正输出端；同时，负向输入信号通过输入管MPh将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管MPlb将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN4、丽7、MN8组成的第二电流镜放大K倍，并与MPh管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过丽10流向正输出端，另一半的小信号电流通过丽11以及由PMOS管MP5、MP6、MP7、MP8组成的第四电流镜流向负输出端；上述各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS晶体管，以进一步提高该电路的性能。
2.根据权利要求1所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述分流输入级的PMOS管MPla、MPlb、MP^i、MP2b的尺寸大小是一致的。
3.根据权利要求1所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜与输入级的MP2b管连接，其中MN6同时与MN12 及MN9连接，同时MN12及MN9与MPla连接；所述由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜与输入级的MPlb管连接，其中MN8同时与MNlO及MNll连接，同时MNll及MNlO与MP^i 连接。
全文摘要
本发明公开了属于模拟集成电路设计领域的一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器。包括由四个PMOS管组成的分流输入级，将输入电压信号转换成四路小信号电流、放大回收电流的中间级由两个低压电流镜组成，实现对回收电流的放大作用；和由四个PMOS管和两个NMOS管组成的轨到轨输出级，实现信号的轨到轨输出；本发明具有在不增加功耗的情况下提高两倍以上带宽的能力；更高的共模抑制比；对称的正负转换速率；更高的低频增益以及进一步提高该电路的性能等诸多优点。
文档编号H03F1/42GK102176658SQ20111006121
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者方华军, 梁仁荣, 王敬, 许军, 赵晓 申请人:清华大学