本发明涉及集成电子电路领域中的运算放大器电路。
背景技术：
运算放大器是模拟电路的最基本最重的部件。运算放大器的增益、单位增益带宽、建立时间、摆率、线性度等是模拟电路至关重要的参数，其影响整个电路系统的性能，甚至功能。
基于运算放大器的电路系统速度受到运算放大器的单位增益带宽、摆率的限制。运算放大器的建立时间由摆率和单位增益带宽确定。运算放大器组成的闭环系统的阶跃响应分为两个阶段。在第一个阶段，由于正负输入信号间差异大，已经远远超出了运算放大器所能处理的信号范围，其内部电路已进入非线性工作状态。在这个阶段输出电压上升速率完全受摆率的限制，输出以摆率为斜率线性上升。在数模混合系统中，运算放大器的闭环阶跃响应的第一个阶段远比第二个阶段重要。
根据运算跨导放大器的特点，摆率＝输入对管的尾电流/补偿电容。补偿电容有系统稳定性决定，所以只有通过增大尾电流来提供摆率，增加了系统功耗。针对这一问题，knausz和bowman在《alowpower,scalable,dacarchitectureforliquidcrystaldisplaydrivers》采用了一种压摆率增强技术，tabatabaei等在《ahighslew-rateunity-gainlow-voltagebufferwithlargeactive/quiescentcurrentratio》提出了双向摆率增强方法。
技术实现要素：
本发明旨在稳定地提高运算跨导放大器的双向摆率。结合以上背景技术中提及的两项技术，本发明设计了双向摆率增强运算跨导放大器，如附图1所示。摆率增强运算跨导放大器的主体部分的第一级采用折叠式共源共栅放大器，适应于低电源电压，具有较高的电压增益；输出级采用classab共源输出级，提供了较强的驱动能力，大的输出摆幅，较好的输出线性度。在以上所述主体部分的基础上，加入了两个比较器用于检测运算放大器输入信号的差，以产生摆率增强控制信号；加入了两个电流支路用于增强双向的摆率。其中，第一比较器cmp1的输入对管mp11的宽长比大于mp12的宽长比。在mp11若vin+-vin->20mv，第一比较器cmp1输出的正向摆率增强控制信号sr+变为高电平，正向摆率增强支路中的mn8导通，补充电流isr+加快了classab共源管栅极电压降低，增强了vout的正向摆率。若vin+-vin-<-20mv，第二比较器cmp2输出的负向摆率增强控制信号sr-变为高电平，负向摆率增强支路中的mn6导通，补充电流isr-通过电流镜加快了classab共源管栅极电压的升高，加快了vout的降低，增强了vout的负向摆率。若-20mv<vin+-vin-<20mv，两个比较强输出的两个摆率增强控制信号均为低电平，两个摆率增强支路(mn8与mn6)均关断，不会对主体部分产生影响。
附图2为摆率增强运算跨导放大器与未采用摆率增强技术的运算跨导放大器摆率的比较，两运算跨导放大器采用相同结构，相同大小补偿电容和相同的偏置电流的。可以看出，摆率增强运算跨导放大器的摆率bufsre(附图2中红线)远高于未采用摆率增强技术的运算跨导放大器的摆率buf(图中蓝线).附图3为摆率增强运算跨导放大器的频率特性，加入的两个比较器与两个摆率增强支路在小信号输入期间并未明显影响放大器的频率特性。
【附图说明】
图1为本发明一种摆率增强运算跨导放大器。
图2为本发明放大器与普通运算跨导放大器的摆率对比。
图3为本发明放大器的频域特性。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
如附图1所述，为本发明的一个实施例，以下结合附图说明本发明的该实施例。
一种摆率增强运算跨导放大器，包括：
主体部分，为两级运算跨导放大器，用于实现运算跨导放大；
负向摆率增强支路，用于增大接入支路的电流，以增强负向摆率；
正向摆率增强支路，用于增大接入支路的电流，以增强正向摆率；
第一比较器，用于产生正向摆率增强控制信号sr+，以控制正向摆率增强支路；
第二比较器，用于产生负向摆率增强控制信号sr-，以控制负向摆率增强支路；
所述一种摆率增强运算跨导放大器的主体部分，其特征在于，其输入级采用共源共栅折叠式差分放大器，其输出级采用classab输出级，共源共栅折叠式差分放大器的中间插入的并联的第十六nmos管mn16、第二十pmos管mp20用于偏置classab输出级，其连接关系如下：第一pmos管mp1的源极与第二pmos管mp2的源极相连连接第三pmos管mp3的漏极，第三pmos管mp3的源极连接第四pmos管mp4的漏极，第四pmos管mp4的源极连接电源，第五pmos管mp5的源极连接电源，第五pmos管mp5的漏极连接第六pmos管mp6的源极，第六pmos管mp6的漏极连接第五pmos管mp5与第七pmos管mp7的栅极、第十五nmos管mn15的漏极、第十九pmos管mp19的源极，第七pmos管mp7的源极连接电源，第七pmos管mp7的漏极连接第八pmos管mp8的源极，第八pmos管mp8的漏极连接第九pmos管mp9的栅极、第十六nmos的mn16漏极以及第二十pmos管mp20的源极，第九pmos管mp9的源极接电源，第九pmos管mp9的漏极接第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端接第八pmos管mp8的源极，第一nmos管mn1的源极与第三nmos管mn3的源极连一起接地，第一nmos管mn1的漏极连接第而pmos管mp2的漏极与第二nmos管mn2的源极，第三nmos管mn3的漏极连接第一pmos管mp1的漏极与第四nmos管mn4的源极，第二nmos管mn2的漏极与第十五nmos管mn15的源极、第十九pmos管mp19的漏极连接，第四nmos管mn4的漏极与第十六nmos管mn16的源极、第二十pmos管mp20的漏极、第九nmos管mn9的栅极连接，第九nmos管mn9的源极接地，第九nmos管mn9的漏极连接第二电容c2的一端，第二电容c2的另一端连接第四nmos管mn4的源极，第一偏置电压pb连接第四pmos管mp4的栅极，第二偏置电压pbcas连接第三pmos管mp3、第六pmos管mp6、第八pmos管mp8的栅极连接，第三偏置电压pbq连接第十九pmos管mp19、第二十pmos管mp20的栅极，第四偏置电压nbq连接第十五nmos管mn15、第十六nmos管mn16的栅极，第五偏置电压nbcas连接第二nmos管mn2、第四nmos管mn4的栅极，第六偏置电压nb连接第一nmos管mn1、第三nmos管mn3的栅极，反相输入端vin-连接第一pmos管mp1的栅极，同相输入端vin+连接第二pmos管mp2的栅极，放大器输出端vout连接第九pmos管mp9、第九nmos管mn9的漏极，正向摆率增强支路的输出接入到第六pmos管mp6的漏极，负向摆率增强支路的输出接入到第四nmos管mp4的漏极。
所述一种摆率增强运算跨导放大器的负向摆率增强支路，其特征在于，所述负向摆率增强支路为受所述负向摆率增强控制信号sr-控制的电流源，该电流源可以采用nmos管或pmos管或二者的组合实现，其中利用nmos管实现的负向摆率增强支路的连接关系如下：
第五nmos管mn5的源极连接地，第五nmos管mn5的栅极连接第六偏置电压nb，第五nmos管mn5的漏极连接第六nmos管mn6的源极，第六nmos管mn6的栅极连接所述负向摆率增强控制信号sr-，第六nmos管的漏极为负向摆率增强支路的输出端。
所述一种摆率增强运算跨导放大器的正向摆率增强支路，其特征在于，所述正向摆率增强支路为受所述正向摆率增强控制信号sr+控制的电流源，该电流源可以采用nmos管或pmos管或二者的组合实现，其中利用nmos管实现的正向摆率增强支路的连接关系如下：
第七nmos管mn7的源极连接地，第七nmos管mn7的栅极连接第六偏置电压nb，第七nmos管mn7的漏极连接第八nmos管mn8的源极，第八nmos管mn8的栅极，连接所述正向摆率增强控制信号sr+，第八nmos管mn8的漏极为正向摆率增强支路的输出端。
所述一种摆率增强运算跨导放大器的第一比较器，其特征在于，其结构为一级单端输出差分放大器，输入偏差为一个预设的正电压第一预设电压，即当所述同相输入端vin+大于所述反相输入端vin-加上第一预设电压vd1时，第一比较器输出端连接的正向摆率增强控制信号sr+为高电平，否则为低电平；其采用pmos管作为输入对管的电路连接关系如下：
第十一nmos管mn11、第十二nmos管mn12的源极连接地，第十一nmos管mn11与第十二nmos管mn12的栅极连接在一起连接第十一nmos管mn11的漏极与第十一pmos管mp11的漏极，第十一pmos管mp11与第十二pmos管mp12的源极连接在一起连接第十三pmos管mp13的漏极，第十三pmos管mp13的源极连接第十四pmos管mp14的漏极，第十四pmos管mp14的源极连接至电源，所述第一偏置电压pb连接第十四pmos管mp14的栅极，所述第二偏置电压pbcas连接第十三pmos管mp13的栅极，第十一pmos管mp11的栅极连接所述同相输入端vin+，第十二pmos管mp12的栅极连接所述反相输入端vin-，第十二pmos管mp12的漏极与第十二nmos管mp12的漏极连接在一起构成第一比较器cmp1的输出，连接所述正向摆率增强控制信号sr+；
第十一pmos管mp11的宽长比大于第十二pmos管mp12的宽长比，以达到输入偏差为第一预设电压。
所述一种摆率增强运算跨导放大器的第二比较器，其特征在于，其结构为一级单端输出差分放大器，输入偏差为一个预设的负电压第二预设电压vd2，即当所述同相输入端vin+大于所述反相输入端vin-加上第二预设电压时，第二比较器cmp2输出端连接的负向摆率增强控制信号sr-为高电平，否则为低电平；其采用pmos管作为输入对管的电路连接关系如下：
第十三nmos管mn13、第十四nmos管mn14的源极连接地，第十三nmos管mn13与第十四nmos管mn14的栅极连接在一起连接第十四nmos管mn14的漏极与第十六pmos管mp16的漏极，第十六pmos管mp16与第十五pmos管mp15的源极连接在一起连接第十七pmos管mp17的漏极，第十七pmos管mp17的源极连接第十八pmos管mp18的漏极，第十八pmos管mp18的源极连接至电源，所述第一偏置电压pb连接第十八pmos管mp18的栅极，所述第二偏置电压pbcas连接第十七pmos管mp17的栅极，第十五pmos管mp15的栅极连接所述同相输入端vin+，第十六pmos管mp16的栅极连接所述反相输入端vin-，第十五pmos管mp15的漏极与第十三nmos管mn13的漏极连接在一起构成第二比较器的输出，连接所述负向摆率增强控制信号sr-；第十六pmos管mp16的宽长比大于第十五pmos管mp15的宽长比，以达到输入偏差为第二预设电压vd2。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。