轨到轨运算放大器的制造方法_3

文档序号:9550838阅读:来源:国知局
接第二十七M0S管M32的 漏极,第三十三MOS管M33的漏极连接第二十五MOS管M30的漏极,且公共端连接第三十三M0S管M31的栅极。第三十三M0S管M31有阈值电压的分压作用,使第二十七M0S管M32与 第三十M0S管M35的漏极电压更为接近,同时,第二十五M0S管M30和第三^^一M0S管M36 的漏极电压接近,从而降低M0S管的沟道长度调制效应,可以提高电流镜像电路140的复制 精度。可以理解,在其他实施例中,第三十三M0S管M31的数量可以有多个。
[0036] 偏置电流源的偏置电流Iraf用于提供电路所需要的参考电流。第二十三M0S管M27 和第二十四M0S管M28与第二十五M0S管M30和第二十六M0S管M29构成1:1电流镜结构, 将参考电流Iraf精确复制到第二十七M0S管M32和第二十八M0S管M33中,再由第三十M0S 管M35和第二十九M0S管M34与第二十七M0S管M32和第二十八M0S管M33构成的K1:l 电流镜结构,将I倍的参考电流I^复制到第二十九MOS管Μ34和第三十MOS管Μ35中,以 提供给第一M0S管Ml、第二M0S管M2和上行电流补偿电路120。由第三^^一M0S管M36和 第三十二M0S管M37与第二十五M0S管M30和第二十六M0S管M29构成&: 1电流镜结构, 将I倍的参考电流I复制到第三^^一M0S管M36和第三十二M0S管M37中,以提供给第 三M0S管M3、第四M0S管M4和下行电流补偿电路130。
[0037] 在其中一个实施例中,输出级电路150包括第三十四M0S管Ml3、第三十五M0S管 M14、第三十六M0S管M15和第三十七M0S管M16。其中,第三十四M0S管M13和第三十五 M0S管M14可以均为PM0S管;第三十六M0S管M15和第三十七M0S管M16可以均为NM0S 管。
[0038] 第三十四M0S管M13的源极连接电源端VDD,第三十四M0S管M13的栅极连接电流 镜像电路140,本实施例中,具体可以是连接第二十八M0S管M33的栅极。第三十四M0S管 M13的漏极连接第三十五M0S管M14的源极,第三十五M0S管M15的栅极连接电流镜像电路 140,本实施例中,具体可以是连接第二十七M0S管M32的栅极。第三十五M0S管M14的漏 极连接第三十六M0S管M15的漏极,且公共端为输出级电路150的输出端,即为轨到轨运算 放大器的输出端。第三十六M0S管M15的栅极外接第三偏置电压Vb3,第三十六M0S管M15 的源极连接第三十七M0S管M16的漏极,第三十七M0S管M16的栅极连接轨到轨输入级电 路110,第三十七M0S管M16的源极接地GND。具体地,本实施例中,第三十七M0S管M16的 栅极连接第八M0S管M8的漏极与第十M0S管的漏极连接的公共端。
[0039] 输出级电路150的第三十四M0S管M13和第三十五M0S管M14与第二十八M0S管 M33和第二十七M0S管M32构成K2:l电流镜结构,将K2倍的参考电流I^复制到第三十四 M0S管Μ13和第三十五M0S管Μ14中。其中Κ2倍的参考电流I^用于输出级电路150的电 流偏置,为第三十六M0S管Μ15和第三十七M0S管Μ16的工作提供偏置电流。
[0040] 在其中一实施例中,轨到轨运算放大器还包括上行电流比较电路160和下行电流 比较电路170,上行电流比较电路160和下行电流比较电路170均分别连接轨到轨输入级电 路110、电流镜像电路140和输出级电路150。
[0041] 上行电流比较电路160包括第三十八M0S管Μ17、第三十九M0S管Μ18、第四十M0S 管Μ19、第四^^一M0S管M20和第四十二M0S管M25。其中,第三十八M0S管M17和第三十九 M0S管M18可以均为PM0S管,第四十M0S管M19、第四^^一M0S管M20和第四十二M0S管 M25可以均为NM0S管。
[0042] 第三十八M0S管M17的源极连接电源端VDD,第三十八M0S管M17的栅极连接电流 镜像电路140,本实施例中,具体为连接第二十八MOS管M33的栅极。第三十八MOS管M17的 漏极连接第三十九M0S管M18的源极,第三十九M0S管M18的栅极连接电流镜像电路140,本 实施例中具体为连接第二十七M0S管M32的栅极。第三十九M0S管M18的漏极连接第四十 M0S管M19的漏极,且公共端连接第四十二M0S管M25的栅极。其中,第三十八M0S管M17 和第三十九M0S管M18与第二十八M0S管M33和第二十七M0S管M32构成(Κ^-ΛK): 1的电流镜结构。由于第三十三MOS管Μ31的阈值分压作用,使第二十七MOS管Μ32与第 三十九M0S管M18的漏极电压更为接近,从而降低M0S管的沟道长度调制效应,可以提高电 流镜结构对电流的复制精度。
[0043] 第四十M0S管M19的栅极连接轨到轨输入级电路110,本实施例中具体为连接第 九M0S管M9的栅极。即,第四十M0S管M19的栅极与第九M0S管M9的栅极共点,可以跟踪 第九M0S管M9中电流的变化。第四十M0S管M19的源极连接第四^^一M0S管M20的漏极, 第四^^一M0S管M20的栅极连接轨到轨输入级电路110,本实施例中具体为连接第^^一M0S 管的栅极。第四i^一M0S管M20的源极接地GND。第四十二M0S管M25的漏极连接电源端 VDD,第四十二M0S管M25的源极连接输出级电路150,具体为连接输出级电路150的输出 端,即连接第三十五M0S管M14的漏极与第三十六M0S管M15的漏极连接的公共端。
[0044] 下行电流比较电路170包括第四十三M0S管M21、第四十四M0S管M22、第四十五 M0S管M23、第四十六M0S管M24和第四十七M0S管M26。其中,第四十三M0S管M21、第 四十四M0S管M22和第四十七M0S管M26可以均为PM0S管,第四十五M0S管M23、第四十六 M0S管M24可以均为NM0S管。
[0045] 第四十三M0S管M21的源极连接电源端VDD,第四十三M0S管M21的栅极连接轨到 轨输入级电路110,本实施例中具体为连接第五M0S管M5的栅极,第四十三M0S管M21的 漏极连接第四十四M0S管M22的源极。第四十四M0S管M22的栅极连接轨到轨输入级电路 110,本实施例中具体为连接所述第七M0S管M7的栅极,第四十四M0S管M22的漏极连接第 四十五M0S管M23的漏极,且公共端连接第四十七M0S管M26的栅极。
[0046] 第四十五M0S管M23的栅极连接电流镜像电路140,本实施例中具体为连接第 二十五M0S管30的栅极,所述第四十五M0S管M23的源极连接第四十六M0S管M24的漏 极。第四十六M0S管M24的栅极连接电流镜像电路140,本实施例中,具体为连接第二十六 M0S管M29的栅极,第四十六M0S管M24的源极接地GND。第四十七M0S管M26的漏极接地 GND,第四十七M0S管M26的源极连接输出级电路150,具体为连接输出级电路150的输出 端,即为连接第三十五M0S管M14的漏极与第三十六M0S管M15的漏极连接的公共端。
[0047] 其中,第四十五M0S管M23和第四十六M0S管M24与第二十五M0S管M30和第 二十六M0S管M29构成(Κ3-Κ「ΛK) : 1电流镜结构。由于第三十三M0S管M31的阈值分压 作用,使第二十五M0S管Μ30与第四十五M0S管Μ23的漏极电压更为接近,从而降低M0S管 的沟道长度调制效应,可以提高电流镜结构对电流的复制精度。
[0048] 上行电流比较电路160的作用是比较轨到轨输入级电路110的第九M0S管Μ9中 电流与(Κ3-Κ「ΛΚ)倍参考电流Iraf的大小,从而根据比较的大小控制第四十二M0S管Μ25 的通断,提高轨到轨运算放大器的工作效率和带宽,并且降低其静态功耗。下行电流比较电 路170的作用是比较轨到轨输入级电路110的第七M0S管M7中电流与(Κ^-ΛK)倍参 考电流Iraf的大小,从而根据比较的大小控制第四十七MOS管Μ26的通断,提高轨到轨运算 放大器的工作效率和带宽,并且降低其静态功耗。本实施例中,通过上行电流比较电路160 和下行电流比较电路170,具体可以使工作效率达到90%,输出带宽超过15MHZ。
[0049] 在其中一实施例中,轨到轨运算放大器还包括米勒补偿电路180,轨到轨输入级电 路110通过米勒补偿电路180连接输出级电路150。米勒补偿电路180用于轨到轨输入级 电路110与输出级电路150两级间的电容补偿,从而得到合适的频响特性。
[0050] 具体地,本实施例中,米勒补偿电路180包括电阻R1和电容C1,电阻R1和电容C1 串联,且电阻R1的一端连接轨到轨输入级电路110,具体为连接三十七M0S管M16的栅极连 接轨到轨输入级电路110的公共端。电容C1的一端连接输出级电路150的输出端。调节 电阻R1和电容C1的大小,用一个零点消除一个极点,可以提高轨到轨运算放大器的输出带 宽和稳定性。
[0051] 亚阈值区状态下M0S管的跨导可表示为:
[0052]
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