一种双路误差放大器的制作方法

文档序号:7522791阅读:178来源:国知局
专利名称:一种双路误差放大器的制作方法
技术领域
本发明涉及误差放大器技术,更确切的说,涉及一种双路误差放大器的结构。
背景技术
一些电路需要同时实现恒压和恒流功能,通常需要使用双路误差放大器,如图1 所示,其为现有技术中一种双路误差放大器的模块示意图,所述电流误差放大器11包括正向输入端IN+、负向输入端IN-和输出端;所述电压误差放大器12包括正向输入端VN+、负向输入端VN-和输出端,所述电压误差放大器12的输出端和电流误差放大器11的输出端相连,并连接于输出端口 OUT。图1所示的双路误差放大器有且仅有两种工作状态第一种为恒压模式,电压误差放大器12的正向输入端电压VN+等于其负向输入端电压VN-、电流误差放大器11的正向输入端电压IN+小于其负向输入端电压IN-;第二种为恒流模式,电流误差放大器11的正向输入端电压IN+等于其负向输入端电压IN-、电压误差放大器12的正向输入端电压VN+小于其负向输入端电压VN-。图2为如图1所示双路误差放大器的电路一种具体实现示意图。如图2所示,所述电流误差放大器11包括第一电流源112、第一 PMOS管M12和第二 PMOS管M22、第一 NMOS 管M32、第二匪OS管M42和第三匪OS管M52,所述第一 PMOS管M12的栅极作为所述电流误差放大器的正向输入端IN+、所述第二 PMOS管M22的栅极作为所述电压误差放大器的负向输入端IN-,所述第三NMOS管M52的漏极和所述电压误差放大器12的输出端相连,并作为输出端口 OUT ;所述电压误差放大器12包括第二电流源111、第三PMOS管Mll和第四PMOS管 M21、第三NMOS管M31和第四NMOS管M41,所述第四PMOS管M21的栅极作为所述电压误差放大器的正向输入端VN+、所述第三PMOS管Mll的栅极作为所述电压误差放大器的负向输入端口 VN-,所述第四PMOS管M21的漏极和所述第四NMOS管M41的漏极相连,并与所述电流误差放大器11的输出端相连,作为输出端口 OUT。其中,对于电压误差放大器12,Mll和M21宽长比相同且匹配、M31和M41宽长比相同且匹配,所述双路误差放大器工作在恒压模式时,所述电压误差放大器12的正向输入端VN+的电压和所述电压误差放大器的负向输入端口 VN-的电压相等;对于电流误差放大器11,M12和M22宽长比相同且匹配、M32和M42宽长比相同且匹配、M52作为输出端,所述双路误差放大器工作在恒流模式时,所述电流误差放大器11的正向输入端IN+的电压和所述电流误差放大器的负向输入端IN-的电压相等双路误差放大器工作在恒流模式时,电压误差放大器12的正向输入端电压VN+小于其负向输入端电压VN-,因此电压误差放大器的输出电流等于111。电流误差放大器中 M52的漏源电流即电流误差放大器的输出电流等于电压误差放大器的输出电流111,但是 M52同M42以及电压误差放大器之间的连接方式,使M52的栅极电压不确定,无法设定正确的直流偏置点,所以M52不能保证一直工作在饱和区,这样在恒流模式时,双路误差放大器
5的输出端口 OUT不能够提供稳定的电压。

发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种双路误差放大器的结构,通过设定电压误差放大器和电流误差放大器中各电流源的电流值,从而设定电流误差放大器正确的直流偏置点,使恒流模式时的电流误差放大器,能够一直工作在正常的饱和区。为解决上述技术问题,本发明提供一种双路误差放大器,包括第一误差放大器和第二误差放大器,所述第一误差放大器的输出端与所述第二误差放大器的输出端连接,并作为双路误差放大器的输出端口,所述第二误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值,且所述第一误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第二误差放大器的输出电流恒定等于所述第一误差放大器工作在饱和区时的输出电流;所述第二误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值,且所述第一误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第一误差放大器的输出电流恒定等于所述第二误差放大器工作在饱和区时的输出电流。进一步的,所述第一误差放大器包括第一电流源,与外部电源或与地相连;第一差分输入对管,两端分别作为所述第一误差放大器的正向输入端和负向输入端,且其中一端与所述第一电流源相连;第一有源负载,两端并联接入第二电流源和第三电流源,且其中一端与第一差分输入对管相连,当第一电流源与外部电源相连时,第一有源负载的另一端与地相连,当第一电流源与地相连时,所述第一有源负载的另一端与外部电源相连;镜像管,其一端与有源负载相连,另一端作为第一误差放大器的输出端,以将所述有源负载的电流镜像输出。作为可选的方案,所述第一误差放大器进一步包括所述第一电流源与外部电源相连;所述第一差分输入对管包括第一 PMOS管和第二 PMOS管,所述第一 PMOS管的栅极作为所述第一误差放大器的正向输入端,所述第二 PMOS管栅极作为所述第一误差放大器的负向输入端,所述第一 PMOS管的源极和所述第二 PMOS管的源极共同与所述第一电流源相连;所述第一有源负载包括第一 NMOS管和第二 NMOS管,所述第一 NMOS管的漏极与其栅极和所述第一 PMOS管的漏极相连,所述第二 NMOS管的漏极与其栅极和所述第二 PMOS管的漏极相连,所述第二 NMOS管的源极与所述第一 NMOS管的源极共同接地;所述镜像管包括第三NMOS管,所述第三PMOS管的栅极与所述第二 NMOS管的栅极相连、且漏极作为所述第一误差放大器的输出端;所述第二电流源的两端分别与所述第一 NMOS管的漏极和源极相连;所述第三电流源的两端分别与所述第二 NMOS管的漏极和源极相连。进一步的,所述第一电流源电流值为II,所述第二电流源与所述第三电流源的电流值均为12,且满足Il > 2X 12,所述第一 PMOS管与所述第二 PMOS管的宽长比相同,所述第一 NMOS管与所述第二 NMOS管宽长比相同,所述第三NMOS管的宽长比是所述第二 NMOS 管宽长比的N倍,其中N为正数。进一步的,所述第一误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第一 PMOS管的漏源电流与所述第二 PMOS管的漏源电流均为11/2,所述第一 NMOS管的漏源电流与所述第二 NMOS管的漏源电流均为12,所述第三 NMOS管的漏源电流为NX (11/2-12)。作为可选的方案,所述第一误差放大器进一步包括所述第一电流源与地相连;所述第一差分输入对管包括第一 NMOS管和第二 NMOS管,所述第一 NMOS管的栅极作为所述第一误差放大器的正向输入端,所述第二 NMOS管的栅极作为所述第一误差放大器的负向输入端,所述第一匪OS管的源极和所述第二 NMOS管的源极共同与所述第一电流源相连;所述第一有源负载包括第一 PMOS管和第二 PMOS管,所述第一 PMOS管的漏极与其栅极和所述第一 NMOS管的漏极相连;所述第二 PMOS管的漏极与其栅极和所述第二 NMOS管的漏极相连,所述第二 PMOS管的源极与所述第一 PMOS管的源极共同与外部电源相连;
所述镜像管包括第三PMOS管,所述第三PMOS管的栅极与所述第二 PMOS管的栅极相连,且漏极作为所述第一误差放大器的输出端;所述第二电流源的两端分别与所述第一 PMOS管的漏极和源极相连;所述第三电流源的两端分别与所述第二 PMOS管的漏极和源极相连。作为可选的方案,所述第一误差放大器进一步包括所述第一电流源与外部电源相连;所述第一差分输入对管包括第一 PNP管和第二 PNP管,所述第一 PNP管的基极作为所述第一误差放大器的正向输入端,所述第二 PNP管的基极作为所述第一误差放大器的负向输入端,所述第一 PNP管的发射极和所述第二 PNP管的发射极共同与所述第一电流源相连;所述第一有源负载包括第一 NMOS管和第二 NMOS管,所述第一 NMOS管的漏极与所述第一 PNP管的集电极相连;所述第二 NMOS管的漏极与所述第二 PNP管的集电极相连,所述第二 NMOS管的源极与所述第一 NMOS管的源极共同接地;所述镜像管包括第三NMOS管,其栅极与所述第二 NMOS管的栅极相连,所述第三 NMOS管的漏极作为所述第一误差放大器的输出端;所述第二电流源的两端分别与所述第一 NMOS管的漏极和源极相连;所述第三电流源的两端分别与所述第二 NMOS管的漏极和源极相连。进一步的,所述第二误差放大器进一步包括第四电流源,与外部电源或与地相连;第二差分输入对管,两端分别作为所述第二误差放大器的正向输入端和负向输入端,且其中一端与所述第四电流源相连;第二有源负载,一端与第二差分输入对管相连,当第一电流源与外部电源相连时, 第二有源负载的另一端与地相连,当第一电流源与地相连时,所述第二有源负载的另一端与外部电源相连。
作为可选的方案,所述第二误差放大器进一步包括第四电流源,与外部电源相连;第二差分输入对管包括第三PMOS管和第四PMOS管,所述第三PMOS管的栅极作为所述第二误差放大器的负向输入端,所述第四PMOS管的栅极作为所述第二误差放大器的正向输入端、源极与所述第三PMOS管的源极相连、漏极作为所述第二误差放大器的输出端,所述第三PMOS管和第四PMOS管的源极共同与所述第四电流源相连;所述第二有源负载包括第四NMOS管和第五NMOS管,所述第四NMOS管的漏极与其栅极和所述第三PMOS管的漏极相连,所述第五NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的栅极相连,所述第五NMOS管的源极与所述第四NMOS管的源极共同接地,所述第五NMOS管的漏极与所述第四PMOS管的漏极相连。进一步的,所述第一电流源电流值为II,所述第二电流源与所述第三电流源的电流值均为12,且满足Il > 2X 12,所述第四电流源的电流值为NX (I1/2-I2),所述第三 PMOS管与所述第四PMOS管的宽长比相同,所述第四NMOS管与所述第五NMOS管的宽长比相同,其中N为正数。进一步的,所述第二误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第四PMOS管的漏源电流值为NX (I1/2-I2)。作为可选的方案,所述第二误差放大器进一步包括第四电流源,与外部电源相连;第二差分输入对管包括第三PNP管和第四PNP管,所述第三PNP管的基极作为所述第二误差放大器的负向输入端,所述第四PNP管的基极作为所述第二误差放大器的正向输入端、所述第三PNP管的发射极与所述第四PNP管的发射极共同与第四电流源相连、所述第四PNP管的集电极作为所述第二误差放大器的输出端,所述第三PNP管的集电极与所述第四电流源相连;所述第二有源负载包括第四NMOS管和第五NMOS管,所述第四NMOS管的漏极与其栅极连接、且漏极与所述第三PNP管的集电极相连,所述第五NMOS管的栅极与所述第四 NMOS管的栅极相连,所述第五NMOS管的源极与所述第四NMOS管的源极共同接地,所述第五 NMOS管的漏极与所述第四PNP管的集电极相连。可选的,所述第一误差放大器为电流误差放大器,所述第二误差放大器为电压误差放大器;也可以是,所述第一误差放大器为电压误差放大器,所述第二误差放大器为电流误差放大器。以所述第一误差放大器为电流误差放大器,所述第二误差放大器为电压误差放大器为例,当所述电压误差放大器的正向输入端的电压值等于所述电压误差放大器的负向输入端的电压、所述电流误差放大器的正向输入端的电压值小于所述电流误差放大器的负向输入端的电压值,即恒压模式时,所述第一电流源电流值为II,所述第二电流源与所述第三电流源的电流值均为12,且满足11 > 2 X 12,所述第四PMOS管的漏源电流和所述第五NMOS 管的漏源电流为1/2XNX (11/2-12),因此所述电压误差放大器的输出电流等于0 ;由于所述第三NMOS管的漏源电流等于0,所述电流误差放大器的输出电流等于0,此电流正好等于电压误差放大器工作在饱和区时的输出电流,即所述电流误差放大器的输出电流等于所述电压误差放大器工作在饱和区时的输出电流。
同时,当所述电压误差放大器的正向输入端的电压值小于所述电压误差放大器的负向输入端的电压、所述电流误差放大器的正向输入端的电压值和所述电流误差放大器的负向输入端的电压值相等,即恒流模式时,所述第四PMOS管的漏源电流为NX (11/2-12), 此电流正好等于电流误差放大器工作在饱和区时的输出电流即所述第三NMOS管工作在饱和区时的漏源电流,因此所述电压误差放大器的输出电流等于所述电流误差放大器工作在饱和区时的输出电流,从而使电流误差放大器中第三匪OS管能够设定正确的直流偏置点, 进而使其工作在正常的饱和区。所述第一误差放大器为电流误差放大器,所述第二误差放大器为电压误差放大器时,同样可以实现上述功能。相比于现有技术,本发明通过对双路误差放大器中电流误差放大器的结构进行调整,降低了恒流模式时电流误差放大器的跨导;通过在所述电流误差放大器中增加两个电流源并设定双路误差放大器中各电流值,以设定恒流模式下电流误差放大器正确的直流偏置点,从而使恒流模式时的电流误差放大器工作在正常的饱和区。


下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1为现有技术中一种双路误差放大器的模块示意图。图2为如图1所示双路误差放大器的电路示意图。图3为本发明一实施例中所述双路误差放大器的模块示意图。图4为第一实施例中双路误差放大器的电路示意图。图5为第二实施例中双路误差放大器的电路示意图。图6为第三实施例中双路误差放大器的电路示意图。
具体实施例方式为使本发明的内容更加清楚易懂,以下结合说明书附图,对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例,本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次,本发明利用示意图进行了详细的表述,在详述本发明实例时,为了便于说明,示意图不依照一般比例局部放大,不应以此作为对本发明的限定。图3为本发明一实施例中所述双路误差放大器的模块示意图。如图3所示,所述双路误差放大器包括第一误差放大器21和第二误差放大器22,所述第一误差放大器21的两个输入端分别作为所述第一误差放大器21的正向输入端IN+和负向输入端IN-,所述第二误差放大器22的两个输入端分别作为所述第二误差放大器22的正向输入端VN+和负向输入端VN-,所述第一误差放大器21的输出端与所述第二误差放大器22的输出端连接,并连接于输出端口 OUT ;所述第二误差放大器22的正向输入端VN+的电压值小于第二误差放大器22的负向输入端VN-的电压值且所述第一误差放大器21的正向输入端IN+的电压值等于第一误差放大器21的负向输入端IN-的电压值时,第二误差放大器的输出电流Iv恒定等于第二误差放大器工作在饱和区时的输出电流;第二误差放大器22的正向输入端VN+ 的电压值等于第二误差放大器22的负向输入端VN-的电压值且第一误差放大器21的正向输入端IN+的电压值小于第一误差放大器21的负向输入端IN-的电压值时,第一误差放大器的输出电流Ic恒定等于第一误差放大器工作在饱和区时的输出电流。如图3所示的双路误差放大器在用于实现恒流、恒压功能时,可以是第一误差放大器21为电流误差放大器、第二误差放大器22为电压误差放大器,也可以是第一误差放大器21为电压误差放大器、第二误差放大器22为电流误差放大器。图4为如图3所示的双路误差放大器的第一实施例中的一种电路示意图,如图4 所示,第一误差放大器21包括第一电流源122,差分输入对管M14、M24,有源负载M34、M44, 有源负载M34、M44的两端分别并接恒流源-第二电流源134和第三电流源144,通过镜像管MM将有源负载M44的电流镜像到第二误差放大器22的输出端,并和第二误差放大器的输出端相连,作为双路误差放大器的输出端口 OUT。如图4所示,以所述第一误差放大器21为电流误差放大器,所述第二误差放大器 22为电压误差放大器为例,其中,所述电流误差放大器21包括第一 PMOS管M14,其栅极作为所述电流误差放大器的正向输入端IN+ ;第一 NMOS管M34,其漏极与其栅极连接,且其漏极与所述第一 PMOS管M14的漏极相连;第二 PMOS管M24,其栅极作为所述电流误差放大器的负向输入端IN-,其源极与所述第一 PMOS管M14的源极相连;第二 NMOS管M44,其漏极与其栅极连接、且其漏极与所述第二 PMOS管M24的漏极相连,所述第二 NMOS管M44的源极与所述第一 NMOS管M34的源极相连;此外,所述第一 NMOS管M34的源极、所述第二 NMOS管M44的源极以及所述第三NMOS管MM的源极相连后, 共同接地;第三NMOS管M54,其栅极与所述第二 NMOS管M44的栅极相连,所述第三NMOS管 M54的漏极作为所述电压误差放大器的输出端,即作为输出端口 OUT。第一电流源122,其两端与外部电源VDD和所述第一 PMOS管M14的源极相连;第二电流源134,其两端与所述第一 NMOS管M34的漏极和所述第一 NMOS管M34的源极相连;第三电流源144,其两端与所述第二 NMOS管M44的漏极和所述第二 NMOS管M44的源极相连。所述电压误差放大器22包括第三PMOS管M13,其栅极作为所述电压误差放大器的负向输入端VN-;第四NMOS管M33,其漏极与其栅极连接,且其漏极与所述第三PMOS管M13的漏极相连;第四PMOS管M23,其栅极作为所述电压误差放大器的正向输入端VN+,其源极与所述第三PMOS管M13的源极相连,所述第四PMOS管M23的漏极作为所述电流误差放大器的输出端,即为输出端口 OUT;第五NMOS管M43,其栅极与所述第四NMOS管M33的栅极相连,所述第五NMOS管 M43的源极与所述第四NMOS管M33的源极相连并接地,所述第五NMOS管M43的漏极与所述第四PMOS管M23的漏极相连;
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第四电流源121,其两端与外部电源VDD和所述第三PMOS管M13的源极相连。图4所示的双路误差放大器有且仅有两种工作状态第一种为恒压模式,电压误差放大器22的正向输入端电压VN+等于其负向输入端电压VN-、电流误差放大器21的正向输入端电压IN+小于其负向输入端电压IN-;第二种为恒流模式,电流误差放大器21的正向输入端电压IN+等于其负向输入端电压IN-、电压误差放大器22的正向输入端电压VN+小于其负向输入端电压VN-。对于电流误差放大器21,设定所述第一电流源122的电流值为II,设定所述第二电流源134与所述第三电流源144的电流值均为12,在本实施例中设定电流常数11、12,且满足Il > 2X12,所述电流常数是根据实际电路工作需要的电流具体确定数值。所述第一 PMOS管M14与所述第二 PMOS管MM的宽长比相同且匹配,所述第一 NMOS管M34与所述第
W
二 NMOS管M44宽长比相同,为γ ,所述第三NMOS管MM的宽长比是所述第二 NMOS管M44宽
W
长比的N倍,即为Λ^ι,其中N为正数,通常为自然数。对于电压误差放大器22,设定所述
第四电流源121的电流值为NX (11/2-12),所述第三PMOS管Μ13与所述第四PMOS管Μ23 的宽长比相同,所述第四NMOS管Μ33与所述第五NMOS管Μ43的宽长比相同。当双路误差放大器工作在恒压模式时,所述电压误差放大器的正向输入端VN+的电压值和所述电压误差放大器的负向输入端VN-的电压值相等,所述第四PMOS管Μ23的漏源电流Ids23和第三PMOS管Μ13的漏源电流Idsl3相等,Ids23 = Idsl3 = 1/2X121 = 1/2XNX (11/2-12),所述第五NMOS管M43的漏源电流Ids43和第四NMOS管M33的漏源电流 Ids33 相等,Ids43 = Ids33 = 1/2X121 = 1/2XNX (I1/2-I2),因此第四 PMOS 管 M23 的漏源电流Ids23和第五NMOS管M43的漏源电流Ids43相等,电压误差放大器的输出电流等于0。所述电流误差放大器的正向输入端IN+的电压值小于所述电流误差放大器的负向输入端IN-的电压值,所述第三NMOS管MM的漏源电流Ids23等于0,此电流正好等于电压误差放大器工作在饱和区时的输出电流,即所述电流误差放大器的输出电流恒定等于所述电压误差放大器工作在饱和区时的输出电流。当双路误差放大器工作在恒流模式时,所述电流误差放大器21的正向输入端电压IN+等于其负向输入端电压IN-,所述第一电流源122的电流值为II,且所述第一 PMOS 管M14与所述第二 PMOS管M24的宽长比相同,则所述第一 PMOS管M14的漏源电流Idsl4 和第二 PMOS管M24的漏源电流IdsM相等,即Idsl4 = Ids24 = 11/2 ;又由于所述第二电流源134与所述第三电流源144的电流值均为12,故第一 NMOS管M34的漏源电流Ids34 和第二 NMOS 管 M44 的漏源电流 Ids44 有Ids34 = Idsl4_I34 = 11/2-12 = Ids24_I44 = Ids44,即第一 NMOS管M34的漏源电流Ids34和第二 NMOS管M44的漏源电流相等;又由于
WW
第二匪OS管M44宽长比的为7 ,第三匪OS管M54的宽长比,故第三匪OS管M54的
漏源电流Ids54 = NXIds44 = NX (11/2-12)。所述电压误差放大器21的正向输入端VN+ 的电压值小于负向输入端VN-的电压值,即VN+ < VN-,所述第四PMOS管M23的漏源电流 Ids23 = 121 = NX (11/2-12),故有 Ids23 = Ids54 = NX (I1/2-I2),此电流正好等于电流误差放大器工作在饱和区时的输出电流即所述第三NMOS管MM工作在饱和区时的漏源电流Ids54,因此所述电压误差放大器的输出电流恒定等于所述电流误差放大器工作在饱和区时的输出电流,又因为第三NMOS管M54的栅极电压确定,从而使M54能够设定正确的直流偏置点,进而使其工作在正常的饱和区。图5作为图3所示的双路误差放大器的第二实施例中的一种电路示意图,为如图 4所示双路误差放大器电路示意图的一种变换图,即将第一误差放大器21的差分对管由 PMOS管M14、MM替换为第一 PNP管Q14和第二 PNP管Q24,将第二误差放大器22的差分对管由PMOS管M13、M23替换为第三PNP管Q13和第四PNP管Q23,同样可以实现双路误差放大器的功能。图6为如图4所示双路误差放大器电路示意图的另一种变换图,第一误差放大器 21包括有源负载M34,、M44,,有源负载M34,、M44,两端分别并接恒流源134,、144,,通过镜像管M54’将有源负载M44’的电流镜像到第二误差放大器22的输出端,并和第二误差放大器的输出端相连,作为双路误差放大器的输出端口 OUT。图6作为图3所示的双路误差放大器的第三实施例中的一种电路示意图,为如图 4所示双路误差放大器电路示意图的另一种变换图,以所述第一误差放大器21为电流误差放大器,所述第二误差放大器22为电压误差放大器为例,如图6所示,在第一实施例的基础上,所述第一电流源122’ 一端与所述第一 NMOS管M14’的源极相连,另一端地;所述电流误差放大器21包括第一 NMOS管M14,,其栅极作为所述电流误差放大器的正向输入端IN+ ;第一 PMOS管M34,,其漏极与其栅极连接,且其漏极与所述第一 NMOS管M14,的漏极相连;第二 NMOS管M24’,其栅极作为所述电流误差放大器的负向输入端IN-,其源极与所述第一 NMOS管M14’的源极相连;第二 PMOS管M44’,其漏极与其栅极连接、且其漏极与所述第二 NMOS管M24’的漏极相连,所述第二 PMOS管M44’的源极与所述第一 PMOS管M34’的源极相连;此外,所述第一 PMOS管M34,的源极、所述第二 PMOS管M44,的源极以及所述第三PMOS管M54,的源极相连后,共同接外部电源VDD;第三PMOS管M54’,其栅极与所述第二 PMOS管M44’的栅极相连,所述第三PMOS管 M54’的漏极作为所述电压误差放大器的输出端,即作为输出端口 OUT。第一电流源122’,其两端与地和所述第一 NMOS管M14’的源极相连;第二电流源134’,其两端与所述第一 PMOS管M34’的漏极和所述第一 PMOS管M34’ 的源极相连;第三电流源144,,其两端与所述第二 PMOS管M44,的漏极和所述第二 PMOS管M44, 的源极相连。所述电压误差放大器22包括第三NMOS管M13’,其栅极作为所述电压误差放大器的负向输入端VN-;第四PMOS管M33’,其漏极与其栅极连接,且其漏极与所述第三NMOS管M13’的漏极相连;第四NMOS管M23’,其栅极作为所述电压误差放大器的正向输入端VN+,其源极与所述第三NMOS管M13’的源极相连,所述第四NMOS管M23’的漏极作为所述电流误差放大器的输出端,即为输出端口 OUT;
第五PMOS管M43’,其栅极与所述第四PMOS管M33’的栅极相连,所述第五PMOS管 M43’的源极与所述第四PMOS管M33’的源极相连并接接外部电源VDD,所述第五PMOS管 M43,的漏极与所述第四NMOS管M23,的漏极相连;第四电流源121’,其两端与地和所述第三NMOS管M13’的源极相连。图6所示的双路误差放大器有且仅有两种工作状态第一种为恒压模式,电压误差放大器22的正向输入端电压VN+等于其负向输入端电压VN-、电流误差放大器21的正向输入端电压IN+小于其负向输入端电压IN-;第二种为恒流模式,电流误差放大器21的正向输入端电压IN+等于其负向输入端电压IN-、电压误差放大器22的正向输入端电压VN+小于其负向输入端电压VN-。对于电流误差放大器21,设定所述第一电流源122的电流值为II,设定所述第二电流源134’与所述第三电流源144’的电流值均为12,在本实施例中设定电流常数11、12, 且满足Il > 2X12,所述电流常数是根据实际电路工作需要的电流具体确定数值。所述第一 NMOS管M14’与所述第二 NMOS管M24’的宽长比相同且匹配,所述第一 PMOS管M34’与所
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述第二 PMOS管M44’宽长比相同,为γ ,所述第三PMOS管M54’的宽长比是所述第二 NMOS管
W
M44’宽长比的N倍,即为#乂1,其中N为正数,通常为自然数。对于电压误差放大器22,设
定所述第四电流源121的电流值为NX (11/2-12),所述第三NMOS管M13’与所述第四NMOS 管M23’的宽长比相同,所述第四PMOS管M33’与所述第五PMOS管M43’的宽长比相同。当双路误差放大器工作在恒压模式时,所述电压误差放大器的正向输入端VN+的电压值和所述电压误差放大器的负向输入端VN-的电压值相等,所述第四NMOS管M23’的漏源电流Ids23,和第三NMOS管M13,的漏源电流Idsl3,相等,Ids23,= Idsl3,= 1/2X121 =1/2 XNX (11/2-12),所述第五PMOS管M43’的漏源电流Ids43,和第四PMOS管M33’的漏源电流 Ids33,相等,Ids43,= Ids33,= 1/2X121 = 1/2XNX (I1/2-I2),因此第四 NMOS 管M23’的漏源电流Ids23’和第五PMOS管M43’的漏源电流Ids43’相等,电压误差放大器的输出电流等于0。所述电流误差放大器的正向输入端IN+的电压值小于所述电流误差放大器的负向输入端IN-的电压值,所述第三PMOS管M54’的漏源电流Ids23’等于0,此电流正好等于电压误差放大器工作在饱和区时的输出电流,即所述电流误差放大器的输出电流恒定等于所述电压误差放大器工作在饱和区时的输出电流。当双路误差放大器工作在恒流模式时,所述电流误差放大器21的正向输入端电压IN+等于其负向输入端电压IN-,所述第一电流源122’的电流值为II,且所述第一 NMOS 管M14,与所述第二NMOS管M24,的宽长比相同,则所述第一NMOS管M14,的漏源电流Idsl4, 和第二 NMOS管M24’的漏源电流Ids24’相等,即Idsl4’ = Ids24’ = 11/2 ;又由于所述第二电流源134’与所述第三电流源144’的电流值均为12,故第一 PMOS管M34’的漏源电流 Ids34,和第二 PMOS 管 M44,的漏源电流 Ids44,有Ids34,= Idsl4,-134,= I1/2-I2 = Ids24,-144,= Ids44,,即第一 PMOS 管 M34,的漏源电流 Ids34,和第二 PMOS 管 M44,的漏
W
源电流Ids44’相等;又由于第二 NMOS管M44’宽长比的为7 ,第三NMOS管M54’的宽长比 W
γ ,故第三 PMOS 管 M54,的漏源电流 Ids54,= NXIds44,= NX (I1/2-I2)。所述电压
13误差放大器21的正向输入端VN+的电压值小于负向输入端VN-的电压值,即VN+ < VN-,所述第四 NMOS 管 M23,的漏源电流 Ids23,=121,= NX (I1/2-I2),故有 Ids23,= Ids54, =NX (11/2-12),此电流正好等于电流误差放大器工作在饱和区时的输出电流即所述第三 PMOS管M54’工作在饱和区时的漏源电流Ids54’,因此所述电压误差放大器的输出电流恒定等于所述电流误差放大器工作在饱和区时的输出电流,又因为第三PMOS管M54’的栅极电压确定,从而使M54’能够设定正确的直流偏置点,进而使其工作在正常的饱和区。因此,通过对双路误差放大器结构的调整,如图4、图5、图6所示,在所述电流误差放大器中增加两个电流源并设定双路误差放大器中各电流值,以设定恒流模式下电流误差放大器正确的直流偏置点,从而使恒流模式时的电流误差放大器工作在正常的饱和区,应用于恒压、恒流时,双路误差放大器的输出端口 OUT,一直能够提供稳定的工作电压。并且, 本发明所述双路误差放大器,能够广泛应用于有恒压和恒流功能需求的电源管理电路中, 如恒定电压/恒定电流型DC-DC转换器等。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种双路误差放大器,包括第一误差放大器和第二误差放大器,所述第一误差放大器的输出端与所述第二误差放大器的输出端连接,并作为双路误差放大器的输出端口,其特征在于,所述第二误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值,且所述第一误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第二误差放大器的输出电流恒定等于所述第一误差放大器工作在饱和区时的输出电流;所述第二误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值,且所述第一误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第一误差放大器的输出电流恒定等于所述第二误差放大器工作在饱和区时的输出电流。
2.如权利要求1所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第一误差放大器包括 第一电流源,与外部电源或与地相连;第一差分输入对管,两端分别作为所述第一误差放大器的正向输入端和负向输入端, 且其中一端与所述第一电流源相连;第一有源负载,两端并联接入第二电流源和第三电流源,所述第一有源负载的一端与第一差分输入对管相连,当第一电流源与外部电源相连时,第一有源负载的另一端与地相连,当第一电流源与地相连时,所述第一有源负载的另一端与外部电源相连;镜像管,其一端与有源负载相连,另一端作为第一误差放大器的输出端,以将所述有源负载的电流镜像输出。
3.如权利要求2所述的双路误差放大器,其特征在于, 所述第一电流源与外部电源相连;所述第一差分输入对管包括第一 PMOS管和第二 PMOS管,所述第一 PMOS管的栅极作为所述第一误差放大器的正向输入端,所述第二 PMOS管栅极作为所述第一误差放大器的负向输入端,所述第一 PMOS管的源极和所述第二 PMOS管的源极共同与所述第一电流源相连;所述第一有源负载包括第一 NMOS管和第二 NMOS管,所述第一 NMOS管的漏极与其栅极和所述第一 PMOS管的漏极相连,所述第二 NMOS管的漏极与其栅极和所述第二 PMOS管的漏极相连,所述第二 NMOS管的源极与所述第一 NMOS管的源极共同接地;所述镜像管包括第三NMOS管,所述第三NMOS管的栅极与所述第二 NMOS管的栅极相连、且漏极作为所述第一误差放大器的输出端;所述第二电流源的两端分别与所述第一 NMOS管的漏极和源极相连; 所述第三电流源的两端分别与所述第二 NMOS管的漏极和源极相连。
4.如权利要求3所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第一电流源电流值为II,所述第二电流源与所述第三电流源的电流值均为12,且满足Il > 2X 12,所述第一 PMOS管与所述第二 PMOS管的宽长比相同,所述第一 NMOS管与所述第二 NMOS管宽长比相同,所述第三NMOS管的宽长比是所述第二 NMOS管宽长比的N倍,其中N为正数。
5.如权利要求4所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第一误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第一 PMOS管的漏源电流与所述第二 PMOS管的漏源电流均为11/2,所述第一 NMOS管的漏源电流与所述第二 NMOS管的漏源电流均为12,所述第三NMOS管的漏源电流为NX (11/2-12)。
6.如权利要求2所述的双路误差放大器,其特征在于, 所述第一电流源与地相连;所述第一差分输入对管包括第一 NMOS管和第二 NMOS管,所述第一 NMOS管的栅极作为所述第一误差放大器的正向输入端,所述第二 NMOS管的栅极作为所述第一误差放大器的负向输入端,所述第一 NMOS管的源极和所述第二 NMOS管的源极共同与所述第一电流源相连;所述第一有源负载包括第一 PMOS管和第二 PMOS管,所述第一 PMOS管的漏极与其栅极和所述第一 NMOS管的漏极相连;所述第二 PMOS管的漏极与其栅极和所述第二 NMOS管的漏极相连,所述第二 PMOS管的源极与所述第一 PMOS管的源极共同与外部电源相连;所述镜像管包括第三PMOS管,所述第三PMOS管的栅极与所述第二 PMOS管的栅极相连,且漏极作为所述第一误差放大器的输出端;所述第二电流源的两端分别与所述第一 PMOS管的漏极和源极相连; 所述第三电流源的两端分别与所述第二 PMOS管的漏极和源极相连。
7.如权利要求2所述的双路误差放大器,其特征在于, 所述第一电流源与外部电源相连;所述第一差分输入对管包括第一 PNP管和第二 PNP管,所述第一 PNP管的基极作为所述第一误差放大器的正向输入端,所述第二 PNP管的基极作为所述第一误差放大器的负向输入端,所述第一 PNP管的发射极和所述第二 PNP管的发射极共同与所述第一电流源相连;所述第一有源负载包括第一 NMOS管和第二 NMOS管,所述第一 NMOS管的漏极与所述第一PNP管的集电极相连;所述第二 NMOS管的漏极与所述第二 PNP管的集电极相连,所述第二NMOS管的源极与所述第一 NMOS管的源极共同接地;所述镜像管包括第三NMOS管,其栅极与所述第二 NMOS管的栅极相连,所述第三NMOS 管的漏极作为所述第一误差放大器的输出端;所述第二电流源的两端分别与所述第一 NMOS管的漏极和源极相连; 所述第三电流源的两端分别与所述第二 NMOS管的漏极和源极相连。
8.如权利要求1所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第二误差放大器包括 第四电流源,与外部电源或与地相连;第二差分输入对管,两端分别作为所述第二误差放大器的正向输入端和负向输入端, 且其中一端与所述第四电流源相连;第二有源负载,一端与第二差分输入对管相连,当第一电流源与外部电源相连时,所述第二有源负载的另一端与地相连,当第一电流源与地相连时,所述第二有源负载的另一端与外部电源相连。
9.如权利要求8所述的双路误差放大器,其特征在于, 第四电流源,与外部电源相连;第二差分输入对管包括第三PMOS管和第四PMOS管,所述第三PMOS管的栅极作为所述第二误差放大器的负向输入端,所述第四PMOS管的栅极作为所述第二误差放大器的正向输入端、源极与所述第三PMOS管的源极相连、漏极作为所述第二误差放大器的输出端,所述第三PMOS管和第四PMOS管的源极共同与所述第四电流源相连;所述第二有源负载包括第四NMOS管和第五NMOS管,所述第四NMOS管的漏极与其栅极和所述第三PMOS管的漏极相连,所述第五NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的栅极相连, 所述第五NMOS管的源极与所述第四NMOS管的源极共同接地,所述第五NMOS管的漏极与所述第四PMOS管的漏极相连。
10.如权利要求8所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第一电流源电流值为II, 所述第二电流源与所述第三电流源的电流值均为12,且满足Il >2X12,所述第四电流源的电流值为NX (11/2-12),所述第三PMOS管与所述第四PMOS管的宽长比相同,所述第四 NMOS管与所述第五NMOS管的宽长比相同,其中N为正数。
11.如权利要求9所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第二误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第四PMOS管的漏源电流值为NX (11/2-12)。
12.如权利要求8所述的双路误差放大器,其特征在于,第四电流源,与外部电源相连;第二差分输入对管包括第三PNP管和第四PNP管,所述第三PNP管的基极作为所述第二误差放大器的负向输入端,所述第四PNP管的基极作为所述第二误差放大器的正向输入端、所述第三PNP管的发射极与所述第四PNP管的发射极共同与第四电流源相连、所述第四 PNP管的集电极作为所述第二误差放大器的输出端,所述第三PNP管的发射极与所述第四电流源相连;所述第二有源负载包括第四NMOS管和第五NMOS管,所述第四NMOS管的漏极与其栅极连接、且漏极与所述第三PNP管的集电极相连,所述第五NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的栅极相连,所述第五NMOS管的源极与所述第四NMOS管的源极共同接地,所述第五NMOS 管的漏极与所述第四PNP管的集电极相连。
13.如权利要求1至12中任意一项所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第一误差放大器为电流误差放大器,所述第二误差放大器为电压误差放大器。
14.如权利要求1至12中任意一项所述的双路误差放大器,其特征在于,所述第一误差放大器为电压误差放大器,所述第二误差放大器为电流误差放大器。
全文摘要
本发明揭示了一种双路误差放大器,包括第一误差放大器和第二误差放大器,所述第二误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值且所述第一误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第二误差放大器的输出电流恒定等于所述第一误差放大器工作在饱和区时的输出电流;所述第二误差放大器的正向输入端的电压值等于所述第二误差放大器的负向输入端的电压值且所述第一误差放大器的正向输入端的电压值小于所述第一误差放大器的负向输入端的电压值时,所述第一误差放大器的输出电流恒定等于所述第二误差放大器工作在饱和区时的输出电流。
文档编号H03F3/45GK102394585SQ20111035258
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者吴建兴, 吴建辉, 詹桦 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司
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