专利名称：运算放大电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种运算放大器，尤指一种具有低电源电压的高共模抑制比的运算放大电路。
背景技术：
运算放大电路是具有很高放大倍数的电路单元。为了说明运算放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大电路对差模信号的电压放大倍数与对共模信号的电压放大倍数之比，称为共模抑制比。差模信号电压放大倍数越大，共模信号电压放大倍数越小，则共模抑制比越高。此时运算放大电路抑制共模信号的能力越强，运算放大电路的性能越好。而在现有的运算放大电路中，为了得到高共模抑制比，运算放大电路的尾电流往往采用共源共栅的结构，需要在高压下工作，无法在低电源电压下工作，因此有必要提供一种具有低电源电压的高共模抑制比的运算放大电路。
发明内容鉴于以上内容，有必要提供一种具有低电源电压的高共模抑制比的运算放大电路。一种运算放大电路，包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端及一第二输出端，所述运算放大电路还包括一与所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端及所述第二输出端相连的控制电路、一与所述控制电路相连用于调节所述控制电路的电流的调节电路及一与所述控制电路及所述调节电路相连用于给所述运算放大电路提供合适工作电流的偏置电路，所述控制电路包括一与所述第一输入端相连的第一场效应管、一与所述第二输入端相连的第二场效应管、一与所述第一场效应管及所述第二场效应管相连的第三场效应管、一与所述第一场效应管相连的第一电阻及一与所述第二场效应管相连的第二电阻，所述调节电路包括一比较器、一与所述比较器相连的第一可调电流源、一与所述比较器及所述第一可调电流源相连的第二可调电流源、一与所述比较器相连的第三电阻及一与所述比较器相连的第四电阻，所述偏置电路包括一偏置电流源、一与所述偏置电流源相连的第五电阻、一与所述第五电阻相连的第四场效应管及一与所述第四场效应管相连的第五场效应管。优选地，所述第一可调电流源为一第六场效应管，所述第二可调电流源为一第七场效应管，所述比较器包括一第八场效应管、一第九场效应管、一与所述第八场效应管相连的第十场效应管、一与所述第九场效应管相连的第十一场效应管、一与所述第十场效应管及所述第十一场效应管相连的第十二场效应管、一与所述第九场效应管相连的第十三场效应管及一与所述第十三场效应管相连的第十四场效应管。优选地，所述第一场效应管的栅极与所述第一输入端及所述第三电阻的一端相连，所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端及所述第二输出端相连，所述第二场效应管的栅极与所述第二输入端及所述第四电阻的一端相连，所述第二场效应管的漏极与所述第二电阻的一端及所述第一输出端相连。优选地，所述第一场效应管的源级、所述第二场效应管的源级、所述第三场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极及所述第七场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的栅极与所述第五电阻的一端、所述第四场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极及所述第十二场效应管的栅极相连，所述第四场效应管的源级与所述第五场效应管的漏极相连，所述第六场效应管的栅极与所述第八场效应管的栅极、漏极及所述第十场效应管的漏极相连，所述第七场效应管的栅极与所述第十四场效应管的栅极、漏极及所述第十三场效应管的漏极相连。优选地，所述第九场效应管的栅极、漏极与所述第十一场效应管的漏极及所述第十三场效应管的栅极相连，所述第十场效应管的栅极与所述第三电阻的另一端及所述第四电阻的另一端相连，所述第十场效应管的源级与所述第十一场效应管的源级共同连接所述第十二场效应管的漏极，所述第十一场效应管的栅极、所述偏置电流源的一端、所述第五电阻的另一端及所述第四场效应管的栅极共同连接一参考电压端。优选地，所述偏置电流源的另一端、所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端、所述第六场效应管的源级、所述第八场效应管的源级、所述第九场效应管的源级及所述第十三场效应管的源级共同连接一电源端，所述第五场效应管的源级、所述第三场效应管的源级、所述第七场效应管的源级、所述第十二场效应管的源级及所述第十四场效应管的源级共同连接一接地端。相对现有技术，本实用新型运算放大电路有效抑制了运算放大电路的尾电流的沟道调制效应，以保证在输入信号的共模电压VCM发生变化时流过该第一场效应管Ml的电流与流过该第二场效应管M2的电流之和等于流过该第四场效应管M4的电流，从而抑制了共模增益，提高了共模抑制比。
图1为本实用新型运算放大电路较佳实施方式的系统框图。图2为本实用新型运算放大电路较佳实施方式的电路框图。图3为本实用新型运算放大电路较佳实施方式的电路图。
具体实施方式
请参阅图1，本实用新型运算放大电路较佳实施方式包括一第一输入端VIN+、一第二输入端VIN-、一第一输出端V0UT+、一第二输出端V0UT-、一用于将该第一输入端VIN+ 及该第二输入端VIN-输入的差分信号放大的控制电路、一与该控制电路相连用于调节该控制电路的电流的调节电路及一与该控制电路及该调节电路相连用于给该运算放大电路提供合适的工作电流的偏置电路。该第一输入端VIN+与该第二输入端VIN-共同接收一对差分信号，该第一输出端VOUT+与该第二输出端VOUT-共同输出放大后的一对差分信号。请同时参阅图2，图2为本实用新型运算放大电路较佳实施方式的电路框图。其中，该控制电路包括一第一场效应管Ml、一第二场效应管M2、一第三场效应管M3、一第一电阻RDl及一第二电阻RD2，该调节电路包括一比较器CMP、一第一可调电流源IP、一第二可调电流源IN、一第三电阻RD3及一第四电阻RD4，该偏置电路包括一偏置电流源11、一第五电阻RD5、一第四场效应管M4及一第五场效应管M5。本实用新型运算放大电路较佳实施方式的连接关系如下该第一场效应管Ml的栅极与该第一输入端VIN+及该第三电阻RD3的一端相连，该第一场效应管Ml的漏极与该第一电阻RDl的一端及该第二输出端VOUT-相连，该第二场效应管M2的栅极与该第二输入端VIN-及该第四电阻RD4的一端相连，该第二场效应管M2的漏极与该第二电阻RD2的一端及该第一输出端VOUT+相连。该第一场效应管Ml的源级、该第二场效应管M2的源级、该第三场效应管M3的漏极、该第一可调电流源IP的一端及该第二可调电流源IN的一端共同连接，该第三场效应管M3的栅极与该第五电阻RD5的一端、该第四场效应管M4的漏极及该第五场效应管M5的栅极相连，该第四场效应管M4的源级与该第五场效应管M5的漏极相连。 该比较器CMP的一正相输入端与该偏置电流源Il的一端、该第五电阻RD5的另一端及该第四场效应管M4的栅极相连，并接收一参考电压VREF，该比较器CMP的一反相输入端与该第三电阻RD3的另一端及该第四电阻RD4的另一端相连，并接收该第三电阻RD3的另一端及该第四电阻RD4的另一端输出的一共模电压VCM，该比较器CMP的一正相输出端与该第一可调电流源IP的一控制端相连，并输出一电压VN至该第一可调电流源IP的控制端，该比较器CMP的一反相输出端与该第二可调电流源IN的一控制端相连，并输出一电压VP至该第二可调电流源IN的控制端。该偏置电流源Il的另一端、该第一电阻RDl的另一端、该第二电阻RD2的另一端及该第一可调电流源IP的另一端共同连接一电源端VDD，该第五场效应管M5的源级、该第三场效应管M3的源级及该第二可调电流源IN的另一端共同连接一接地端 GND。请同时参阅图2与图3，图3为本实用新型运算放大电路较佳实施方式的具体电路图。其中，该第一可调电流源IP为一第六场效应管M6，该第二可调电流源IN为一第七场效应管M7，该比较器CMP包括一第八场效应管M8、一第九场效应管M9、一第十场效应管MlO、 一第十一场效应管Mil、一第十二场效应管M12、一第十三场效应管M13及一第十四场效应管 M14。本实用新型运算放大电路较佳实施方式的具体电路连接关系如下该第一场效应管Ml的栅极与该第一输入端VIN+及该第三电阻RD3的一端相连，该第一场效应管Ml的漏极与该第一电阻RDl的一端及该第二输出端VOUT-相连，该第二场效应管M2的栅极与该第二输入端VIN-及该第四电阻RD4的一端相连，该第二场效应管M2的漏极与该第二电阻RD2 的一端及该第一输出端VOUT+相连。该第一场效应管Ml的源级、该第二场效应管M2的源级、该第三场效应管M3的漏极、该第六场效应管M6的漏极及该第七场效应管M7的漏极共同连接，该第三场效应管M3的栅极与该第五电阻RD5的一端、该第四场效应管M4的漏极、 该第五场效应管M5的栅极及该第十二场效应管M12的栅极相连，该第四场效应管M4的源级与该第五场效应管M5的漏极相连。该第六场效应管M6的栅极与该第八场效应管M8的栅极、漏极及该第十场效应管MlO的漏极相连，该第七场效应管M7的栅极与该第十四场效应管M14的栅极、漏极及该第十三场效应管M13的漏极相连。该第九场效应管M9的栅极、 漏极与该第十一场效应管Mll的漏极及该第十三场效应管M13的栅极相连，该第十场效应管MlO的栅极与该第三电阻RD3的另一端及该第四电阻RD4的另一端相连，该第十场效应管MlO的源级与该第十一场效应管Mll的源级共同连接该第十二场效应管M12的漏极，该
6第十一场效应管Mll的栅极、该偏置电流源Il的一端、该第五电阻RD5的另一端及该第四场效应管M4的栅极共同连接一参考电压端VREF。该偏置电流源Il的另一端、该第一电阻 RDl的另一端、该第二电阻RD2的另一端、该第六场效应管M6的源级、该第八场效应管M8的源级、该第九场效应管M9的源级及该第十三场效应管M13的源级共同连接电源端VDD，该第五场效应管M5的源级、该第三场效应管M3的源级、该第七场效应管M7的源级、该第十二场效应管M12的源级及该第十四场效应管M14的源级共同连接接地端GND。本实用新型运算放大电路的工作原理如下所述该第一输入端VIN+与该第二输入端VIN-共同接收一对差分信号，经过控制电路进行放大后，由该第一输出端VOUT+与该第二输出端VOUT-输出一对放大后的差分信号。为了抑制共模增益，提高共模抑制比，使得该运算放大电路工作稳定，需要保证在输入差分信号的共模电压VCM发生变化时，流过该第一场效应管Ml的电流与流过该第二场效应管M2的电流之和等于流过该第四场效应管M4 的电流。首先设置该第五场效应管M5与该第三场效应管M3的宽长比相同，该第一场效应管Ml与该第二场效应管M2的宽长比之和等于该第四场效应管M4的宽长比，该第五场效应管M5与该第三场效应管M3的栅极电压均为VB1，该第三场效应管M3的漏极电压为VB2，该第五场效应管M5的漏极电压为VB3。当共模电压VCM等于参考电压VREF时，电压VB3等于电压VB2，则流过该第三场效应管M3与流过该第五场效应管M5的电流完全相等，即可得到电压VP等于电压VN，设置此种情况下该第一可调电流源IP的电流等于该第二可调电流源 IN的电流，即此时没有额外的电流注入该第三场效应管M3，即流过该第四场效应管M4的电流等于流过该第一场效应管Ml的电流与流过该第二场效应管M2的电流之和。当共模电压VCM大于参考电压VREF时，电压VB2会跟随输入电压的升高而升高， 电压VB2大于电压VB3，即该第三场效应管M3开始发生沟道调制效应，即流过该第三场效应管M3的电流会随着漏源电压的变化而变化，会有更多的电流流过该第三场效应管M3。由于共模电压VCM大于参考电压VREF，经过比较器CMP后，电压VP小于电压VN，设置电压VP小于电压VN时，该第一可调电流源IP的电流大于该第二可调电流源IN的电流，即该第一可调电流源IP会多出一部分电流流过该第三场效应管M3，从而抵消掉该第三场效应管M3的沟道调制电流，使得流过该第四场效应管M4的电流和流过该第一场效应管Ml的电流与流过该第二场效应管M2的电流之和相等。当共模电压VCM小于参考电压VREF时，电压VB2会跟随输入电压的下降而下降， 电压VB2小于电压VB3，即该第三场效应管M3开始发生沟道调制效应，即流过该第三场效应管M3的电流会相应减小，由于共模电压VCM小于参考电压VREF，经过比较器CMP后，电压 VP大于电压VN，设置电压VP大于电压VN时，该第一可调电流源IP的电流小于该第二可调电流源IN的电流，即该第二可调电流源IN会多出一部分电流流过该第一场效应管Ml与该第二场效应管M2，从而补偿该第三场效应管M3的沟道调制电流，使得流过该第四场效应管 M4的电流和流过该第一场效应管Ml的电流与流过该第二场效应管M2的电流之和相等。假设Δ V=VCM- VREF, Δ I=IP — IN,该比较器CMP的增益为Av，电压VP控制第一可调电流源IP的系数与电压VN控制第二可调电流源IN的系数均为gm，则有VN- VP=Av* (VCM— VREF) =Av* Δ V ；又因为ΔI= IP- IN =gm* (VN— VP) =Av* Δ V*gm ；[0028]该第三场效应管M3由于沟道调制效应产生的电流增量Δ Ι，= λ *(VB2 — VB1)*I1， 要使补偿效应最好，必然有Δ I= Δ I’，即Av*AV*gm=X* (VB2—VB1)*I1(1)由于厶￥=￥0厘一￥1^^^2—￥81，则表达式(1)可写为Av^gm=A ΦΙ1(2)其中λ为沟道调制系数，由于λ和偏置电流源Il的值由具体电路决定，故只需调节比较器CMP的增益Av和电流控制系数gm即可使表达式(2)成立。若表达式(2)成立，则可知对于运算放大电路而言，任何时候流过图2中所示的P 点的电流均保持不变，即P点的等效电阻无穷大，由于共模增益ACM= (RD)/((l/gm)+2*RP)(3)其中RD=RD1=RD2，RP为P点的等效电阻，由于RP —①，则ACM — 0，即运算放大电路的共模增益约为0 ；因为ACMRR= ADM /ACM,其中ACMRR表示共模抑制比，ADM表示差模增益，则可知 ACMRR被大大提高了。本实用新型运算放大电路有效的抑制了运算放大电路的尾电流的沟道调制效应， 以保证在输入信号的共模电压VCM发生变化时流过该第一场效应管Ml的电流与流过该第二场效应管M2的电流之和等于流过该第四场效应管M4的电流，从而抑制共模增益，提高共模抑制比；且在没有使用共源共栅的情况下大大提高了共模抑制比，从而节省了电压余度， 使其可以在低电源电压下工作。
权利要求1.一种运算放大电路，包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端及一第二输出端，其特征在于所述运算放大电路还包括一与所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端及所述第二输出端相连的控制电路、一与所述控制电路相连用于调节所述控制电路的电流的调节电路及一与所述控制电路及所述调节电路相连用于给所述运算放大电路提供合适工作电流的偏置电路，所述控制电路包括一与所述第一输入端相连的第一场效应管、一与所述第二输入端相连的第二场效应管、一与所述第一场效应管及所述第二场效应管相连的第三场效应管、一与所述第一场效应管相连的第一电阻及一与所述第二场效应管相连的第二电阻，所述调节电路包括一比较器、一与所述比较器相连的第一可调电流源、 一与所述比较器及所述第一可调电流源相连的第二可调电流源、一与所述比较器相连的第三电阻及一与所述比较器相连的第四电阻，所述偏置电路包括一偏置电流源、一与所述偏置电流源相连的第五电阻、一与所述第五电阻相连的第四场效应管及一与所述第四场效应管相连的第五场效应管。
2.如权利要求1所述的运算放大电路，其特征在于所述第一可调电流源为一第六场效应管，所述第二可调电流源为一第七场效应管，所述比较器包括一第八场效应管、一第九场效应管、一与所述第八场效应管相连的第十场效应管、一与所述第九场效应管相连的第十一场效应管、一与所述第十场效应管及所述第十一场效应管相连的第十二场效应管、一与所述第九场效应管相连的第十三场效应管及一与所述第十三场效应管相连的第十四场效应管。
3.如权利要求2所述的运算放大电路，其特征在于所述第一场效应管的栅极与所述第一输入端及所述第三电阻的一端相连，所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端及所述第二输出端相连，所述第二场效应管的栅极与所述第二输入端及所述第四电阻的一端相连，所述第二场效应管的漏极与所述第二电阻的一端及所述第一输出端相连。
4.如权利要求3所述的运算放大电路，其特征在于所述第一场效应管的源级、所述第二场效应管的源级、所述第三场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极及所述第七场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的栅极与所述第五电阻的一端、所述第四场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极及所述第十二场效应管的栅极相连，所述第四场效应管的源级与所述第五场效应管的漏极相连，所述第六场效应管的栅极与所述第八场效应管的栅极、漏极及所述第十场效应管的漏极相连，所述第七场效应管的栅极与所述第十四场效应管的栅极、漏极及所述第十三场效应管的漏极相连。
5.如权利要求4所述的运算放大电路，其特征在于所述第九场效应管的栅极、漏极与所述第十一场效应管的漏极及所述第十三场效应管的栅极相连，所述第十场效应管的栅极与所述第三电阻的另一端及所述第四电阻的另一端相连，所述第十场效应管的源级与所述第十一场效应管的源级共同连接所述第十二场效应管的漏极，所述第十一场效应管的栅极、所述偏置电流源的一端、所述第五电阻的另一端及所述第四场效应管的栅极共同连接一参考电压端。
6.如权利要求5所述的运算放大电路，其特征在于所述偏置电流源的另一端、所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端、所述第六场效应管的源级、所述第八场效应管的源级、所述第九场效应管的源级及所述第十三场效应管的源级共同连接一电源端，所述第五场效应管的源级、所述第三场效应管的源级、所述第七场效应管的源级、所述第十二场效应管的源级及所述第十四场效应管的源级共同连接一接地端。
专利摘要一种运算放大电路，包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、一第二输出端、一控制电路、一与控制电路相连的调节电路及一与控制电路及调节电路相连的偏置电路，所述控制电路包括一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第一电阻及一第二电阻，所述调节电路包括一比较器、一与比较器相连的第一可调电流源、一与比较器及第一可调电流源相连的第二可调电流源、一与比较器相连的第三电阻及一与比较器相连的第四电阻，所述偏置电路包括一偏置电流源、一与偏置电流源相连的第五电阻、一与第五电阻相连的第四场效应管及一与第四场效应管相连的第五场效应管。本实用新型提高了共模抑制比。
文档编号H03F3/45GK202210783SQ201120356438
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者范方平 申请人:四川和芯微电子股份有限公司