一种低功耗高增益高摆率的运算跨导放大器的制造方法
【专利摘要】一种低功耗高增益高摆率的运算跨导放大器，在设有输入级、输出级和负载电容CL的运算跨导放大器基本结构基础上，增设自适应偏置电路、电流检测电路、差分电流重新分配电路和动态输出驱动控制电路，由差分输入信号控制自适应偏置电路，通过电流检测电路检测自适应偏置电路产生的电流，并经过差分电流重新分配电路增加负载的小信号电流差以提高运算跨导放大器的等效跨导，动态输出驱动控制电路采集检测到的电流，动态地控制输出端的电流，实现运算跨导放大器压摆率的全面提升，彻底解决一般运算跨导放大器难以调和的速度与精度之间的矛盾，实现电路静态、动态性能的全面提升。
【专利说明】一种低功耗高增益高摆率的运算跨导放大器
【技术领域】
[0001]本发明涉及运算跨导放大器，尤其涉及一种低功耗、高增益、高摆率的运算跨导放大器，属于模拟集成运算跨导放大器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，电子产品的种类越来越多，人们对其性能的要求也越来越高，特别是半导体集成电路产品，这就要求我们在这类产品的内部的电路结构以及器件材料方面进行研究，而运算放大电路则是进行电路研究的重中之重，运算放大器是很多模拟电路最重要的模块之一，广泛应用于模数转换电路、滤波器等模拟信号处理电路中。
[0003]在音、视频信号的采集、处理以及通信系统的应用中，要求运算跨导放大器单位增益带宽大、压摆率高、建立时间短，且能在较低的电源电压下工作。近年来，随着电路系统后端组件的性能显著提升，位居信号链前端的运算跨导放大器为了与之相匹配，避免拖累信号链的整体性能，越来越倾向于向高速化的方向发展。由于高速包括宽带和高压摆率两个主要特征，因而致力于高压摆率运算跨导放大器的研究同样具有重要意义。
[0004]现有技术的运算跨导放大器一般包括输入级、输出级和负载电容Q，如图1所示，它包括:？]\?)5管町1、]\0'2、]\0'3、]\0'8、]\0'9，NMOS管MT4~MT7和负载电容(^。其中，输入级包括PMOS管MT1、MT2、MT3和NMOS管MT4、MT5，PMOS管MTl和MT2为差分输入管，PMOS管MT3为其提供尾电流，MT3管的栅极外接偏置Vb’ NMOS管MT4和MT5为输入级的负载管。NMOS管MT6、MT7和PMOS管MT8、MT9构成运算跨导放大器的输出级，PMOS管MT8和MT9构成一个电流镜，MT7和MT9的漏极为运算跨导放大器的输出端，并接负载电容Q。
[0005]为了保证电路正常工作，必须配置电路中所有的PMOS管和NMOS管工作在饱和区，其负载电容Q上的电流公式为:
[0006]
【权利要求】
1.一种低功耗高增益高摆率的运算跨导放大器，其特征在于，在设有输入级、输出级和负载电容Q的运算跨导放大器基本结构基础上，增设自适应偏置电路、电流检测电路、差分电流重新分配电路和动态输出驱动控制电路，输入级、自适应偏置电路和电流检测电路的输入端均分别与差分输入信号Vin+和vin_连接，自适应偏置电路的输出分别连接电流检测电路和输入级，电流检测电路的输出分别连接差分电流重新分配电路和动态输出驱动控制电路，输入级和差分电流重新分配电路的输出共同连接输出级，输出级和动态输出驱动控制电路的输出共同通过负载电容Q输出Vtjut ;其中: 输入级包括PMOS管M1、M2和NMOS管M3、M4，PMOS管M1、M2的栅极分别与差分输入信号Vin+和Vin-连接，PMOS管Ml、M2的漏极分别与NMOS管M3、M4的漏极连接，NMOS管M3、M4的栅极和漏极均短接，NMOS管M3、M4的源极均接地； 输出级包括PMOS管M9~M12，NMOS管M5~M8和电阻Rl，PMOS管M9的栅极与PMOS管MlO的栅极互连并连接电阻Rl的一端和匪OS管M7的漏极，PMOS管Mll的栅极与PMOS管M12的栅极互连并连接PMOS管M9的漏极和电阻Rl的另一端，PMOS管Mil、M12的源极均连接电源VDD，PMOS管M11、M12的漏极分别连接PMOS管M9、M10的源极，PMOS管MlO的漏极连接NMOS管M8的漏极，NMOS管M7、M8的栅极互连并连接偏置电压Vb2，NMOS管M7、M8的源极分别连接NMOS管M5、M6的漏极，NMOS管M5的栅极连接输入级中NMOS管M4的栅极，NMOS管M6的栅极连接输入级中NMOS管M3的栅极，NMOS管M5、M6的源极均接地； 自适应偏置电路包括PMOS管MBl~MB4，NMOS管MB5、MB6，PMOS管MB1、MB2的源极均连接电源VDD，PMOS管MBl的栅极与PMOS管MB3、MB5的漏极连接，PMOS管MB2的栅极与PMOS管MB4、MB6的漏极连接，PMOS管MBl的漏极与PMOS管MB3源极互连并连接输入级中PMOS管M2的源极，PMOS管MB2的漏极与PMOS管MB4源极互连并连接输入级中PMOS管Ml的源极，PMOS管MB3、MB4的栅极分别连接差分输入信号Vin+、Vin_，NMOS管MB5、MB6的栅极均连接偏置电压Vbl，NMOS管MB5、MB6的源极均接地； 电流检测电路包括PMOS管MS1、MS2，PMOS管MS1、MS2的栅极分别连接差分输入信号Vin+、Vin_，PMOS管MS1、MS2的源极分别与自适应偏置电路中PMOS管MB2、MBl的漏极连接；差分电流重新分配电路包括NMOS管MC1、MC2, NMOS管MDl~MD4，NMOS管MC1、MC2的栅极均连接偏置电压Vb2，NMOS管MCl的漏极与电流检测电路中PMOS管MS2的漏极以及NMOS管MD1、MD3的栅极连接在一起，NMOS管MC2的漏极与电流检测电路中PMOS管MSl的漏极以及NMOS管MD2、MD4的栅极连接在一起，NMOS管MC1、MC2的源极分别连接NMOS管MDUMD2的漏极，NMOS管MD3、MD4的漏极分别连接输入级中PMOS管M1、M2的漏极，NMOS管MD1、MD2、MD3、MD4的源极均接地； 动态输出驱动控制电路包括NMOS管M13~M16，PMOS管M17~M20以及NMOS管M21~M26, NMOS 管 M13、M14 的栅极互连并与 NMOS 管 M13、M21、M23 的漏极、NMOS 管 M13、M23、M24的栅极以及差分电流重新分配电路中MD2的栅极连接在一起，NMOS管M14的漏极与NMOS管M15的漏极和栅极、NMOS管M16的栅极、NMOS管M22的漏极和栅极、NMOS管M21的栅极以及差分电流重新分配电路中MDl的栅极连接在一起，匪05管肌3、]\114、]\115、]\116、]\121、]\122、M25、M26的源极均接地，NMOS管M23的源极与NMOS管M26的漏极和栅极连接在一起，NMOS管M24的源极连接NMOS管M25的漏极，NMOS管M25的栅极连接输出级中NMOS管M6的栅极，NMOS管M24的漏极与PMOS管M18的漏极、负载电容q的正端以及输出级中NMOS管M8的漏极连接在一起并作为输出端ν_，负载电容Q的负端接地，PMOS管Μ17、Μ18的栅极互连并连接PMOS管Μ17的漏极和NMOS管Μ16的漏极，PMOS管Μ17的源极连接PMOS管Μ20的栅极和漏极，PMOS管Μ18的源极连接PMOS管Μ19的漏极，PMOS管Μ19的栅极连接输出级中PMOS管Mll的栅极，PMOS管Μ19、Μ20的源极连接电源VDD ； 上述电路中，自适应偏置电路根据输入差分输入信号的不同，输出不同大小的自适应偏置电流，该电流流经输入级和电流检测电路，电流检测电路采集自适应偏置电路输出的电流后分流为两组差分电流，分别提供给差分电流重新分配电路和动态输出驱动控制电路，差分电流重新分配电路针对电流检测电路输出的一组差分电流按比例重新分配后输出，分流输入级中流过负载的差分电流，使得输入级两路差分电流在数值上更加分离，以增大差分电流的差值，从而增大输入级的等效跨导，提高运算跨导放大器增益，输出级复制被分离后的两路差分电流信号后进行再放大，进一步提高增益，动态输出驱动控制电路采集电流检测电路输出的另一组差分电流，经过电流比较后输出，控制输出端上下两个拉、灌电流源，以分别提高动 态下的正负摆率。
【文档编号】H03F3/45GK103929138SQ201410169761
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】孙伟锋, 陆扬扬, 张允武, 钱钦松, 祝靖, 陆生礼, 时龙兴 申请人:东南大学