一种输入端口相位翻转保护电路的制作方法

本发明属于集成电路技术领域，具体属于一种输入端口相位翻转保护电路。

背景技术：

相位翻转即运算放大器输出信号的极性与输入差分信号极性相反的一种错误状态，输入级采用双极型晶体管的运放电路，在严重噪声干扰下易发生相位翻转现象，尤其对于双极型轨对轨运放，工作电压范围本身很宽，应用中发生输出相位翻转造成信号错误的现象更加普遍，严重的相位翻转可能导致器件发生参数漂移甚至失效。因此，设计具有抗相位翻能力的端口保护结构是提高器件寿命和可靠性的重要途径。

如图1所示，业内现有通用技术中典型的面向双极型电路的端口相位翻转保护电路结构。该电路由三极管q1～q4、负载电阻r1和r2、尾电流源iss组成，inp和inn分别是运放的正、反向输入端口，vs+是正电源电压，vs-是负电源电压。

然而，传统的端口抗相位翻转保护电路能力有限，一般仅能容忍输入共模电压大于共模电压小于1.5v。其原理是即使输入对管集电结已经发生正偏，但是发生正偏之后通过合理设置q3和q4的发射极面积，保证可通过其向相反方向的输入对管可注入更大的电流，使得输入级的输出信号相位仍与输入差模信号相位相同。若想进一步提高电路的抗相位翻转能力，需要发明一种新的结构，可抑制输入对管的bc结进入饱和区，从根源上解决相位翻转问题。此外，传统的抗相位翻转结构要求q3和q4器件面积足够大，而该器件加载在运放输入端，大面积必然导致大的寄生电容，大的寄生电容会降低运放的转换速率，因此该结构也不适用于高速运放的设计上。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种输入端口相位翻转保护电路，能够实现当输入端低于负电源数伏时，电路输出信号不发生相位翻转，且该结构不依赖于器件的面积，使其适用于高速运放的端口设计。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种输入端口相位翻转保护电路，包括电阻r5、电流源iss、三极管q5、三极管q6、三极管q7、三极管q8和三极管q9；

所述三极管q5的集电极连接负电源，三极管q5的基极连接三极管q5的发射极，三极管q5的发射极连接三极管q6的发射极，三极管q6的基极连接电阻r5的一端，电阻r5的另一端分别连接q6的集电极、三极管q7的基极和三极管q7的发射极，电阻r5的一端连接电流源iss的一端，电流源iss的另一端连接正电源；

所述三极管q7的集电极分别连接三极管q8的基极和三极管q9的基极，三极管q8的集电极和三极管q9的集电极均连接正电源；

所述三极管q8的发射极连接运算放大器的正向输入对管的基极，三极管q9的发射极连接运算放大器的反向输入对管的基极。

优选的，还包括三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、尾电流源issn和尾电流源issp；

所述三极管q1的基极连接三极管q2的基极，三极管q1的发射极和三极管q4的发射极均连接尾电流源issn的一端，尾电流源issn的另一端连接负电源；

所述三极管q1的集电极连接电阻r1的一端，所述三极管q4的集电极连接电阻r2的一端，电阻r1的另一端和电阻r2的另一端均连接正电源；

所述三极管q3的基极连接三极管q4的基极，三极管q2的发射极和三极管q3的发射极均与尾电流源issp的一端连接，尾电流源issp的另一端连接正电源；

所述三极管q2的集电极连接电阻r3的一端，三极管q3的集电极连接电阻r4的一端，电阻r3的另一端和电阻r4的另一端均连接负电源。

优选的，所述三极管q8的发射极与运算放大器的正向输入对管的基极之间设置有输入端电阻rin。

优选的，所述三极管q9的发射极与运算放大器的反向输入对管的基极之间设置有输入端电阻rin。

优选的，所述三极管q6、三极管q7、三极管q8和三极管q9均为npn型三极管。

优选的，所述三极管q5为pnp型三极管。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种输入端口相位翻转保护电路，通过三极管q5、三极管q6、三极管q7、三极管q8和三极管q9中be结电压形成的输入端钳位电路将输入对管的基极电位钳位至与负电源电位接近，抬高基极电位，抑制输入对管bc结正偏进入饱和区，从而避免电路内部节点发生相位翻转，大电流通过输入电阻rin泄放，从根源上解决了相位翻转的问题，该结构可实现输入端低于负电源数伏时，输出不发生相位翻转。结构不依赖于器件的面积，不会影响电路的转换速率，适用于高速运放的端口中。

附图说明

图1是现有通用抗相位翻转结构电路的电路图；

图2为本发明的一种提高运放抗相位翻转能力的电路图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图2所示，本发明提供一种输入端口相位翻转保护电路，包括三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、三极管q5、三极管q6、三极管q7、三极管q8、三极管q9、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、尾电流源issn、尾电流源issp和电流源iss。三极管q6、三极管q7、三极管q8和三极管q9均为npn型三极管，三极管q5为pnp型三极管。

三极管q5的集电极连接负电源，三极管q5的基极连接三极管q5的发射极，三极管q5的发射极连接三极管q6的发射极，三极管q6的基极连接电阻r5的一端，电阻r5的另一端分别连接q6的集电极、三极管q7的基极和三极管q7的发射极，电阻r5的一端连接电流源iss的一端，电流源iss的另一端连接正电源。

三极管q7的集电极分别连接三极管q8的基极和三极管q9的基极，三极管q8的集电极和三极管q9的集电极均连接正电源；三极管q8的发射极连接运算放大器的正向输入对管的基极，三极管q9的发射极连接运算放大器的反向输入对管的基极。三极管q8的发射极与运算放大器的正向输入对管的基极之间设置有输入端电阻rin。三极管q9的发射极与运算放大器的反向输入对管的基极之间设置有输入端电阻rin。

三极管q1的基极连接三极管q2的基极，三极管q1的发射极和三极管q4的发射极均连接尾电流源issn的一端，尾电流源issn的另一端连接负电源；三极管q1的集电极连接电阻r1的一端，三极管q4的集电极连接电阻r2的一端，电阻r1的另一端和电阻r2的另一端均连接正电源。

三极管q3的基极连接三极管q4的基极，三极管q2的发射极和三极管q3的发射极均与尾电流源issp的一端连接，尾电流源issp的另一端连接正电源；三极管q2的集电极连接电阻r3的一端，三极管q3的集电极连接电阻r4的一端，电阻r3的另一端和电阻r4的另一端均连接负电源。

本发明的一种输入端口相位翻转保护电路解决了传统抗相位翻转结构能力有限且给输入端带来较大寄生电容的现象，可实现输入端低于负电源数伏时(至少大于2v)，电路输出信号不发生相位翻转，且该结构不依赖于器件的面积，使其适用于高速运放的端口设计。如图2所示，inp是运放的正向输入端口，inn是运放的反向输入端口，rin为运放的输入端电阻，vs+是正电源电压，vs-是负电源电压。三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、尾电流源issn和尾电流源issp共同组成了传统运放的输入级。

电阻r5、电流源iss、三极管q5、三极管q6、三极管q7、三极管q8和三极管q9共同构成了本发明的输入端口相位翻转保护电路。

本发明在输入端加入了电压钳位电路，即使输入电压远小于负电源，但通过三极管q5、三极管q6、三极管q7、三极管q8和三极管q9中be结电压形成的钳位电路将输入对管的基极电位钳位至与负电源电位接近，大电流通过输入电阻rin泄放，也可理解为通过钳位电路不断向输入对管基极充电，抬高基极电位，抑制bc结正偏进入饱和区，从而避免电路内部节点发生相位翻转，从根源上解决了相位翻转的问题。此外，该结构不依赖于器件的面积，连接至输入端的器件三极管q8和三极管q9为普通结构的npn器件，不会影响电路的转换速率，特别适用于高速运放的端口中。

通过be结电压形成的输入端钳位电路将输入对管的基极电位钳位至与负电源电位接近，抬高基极电位，抑制输入对管bc结正偏进入饱和区，从而避免电路内部节点发生相位翻转，大电流通过输入电阻rin泄放，从根源上解决了相位翻转的问题，该结构可实现输入端低于负电源数伏时(至少大于2v)，输出不发生相位翻转。

此外，该结构不依赖于器件的面积，不会影响电路的转换速率，特别适用于高速运放的端口中。

下面对图2所示电路的工作过程进行分析，以说明其功能和效果。

当正向输入电压比负电源电压低10v时(以输入电压为-10v，负电源为0v)为例说明。当vs＝0v时，三极管q5发射节点经一个be结电压抬高后约为574.8mv，三极管q6的基极再经一个be结电压抬高后约为1.214v，经过电阻r5后，三极管q7的基极电压约为1.009v，此时正向输入端电压经过三极管q8和三极管q9的两个be结降压后约为-295.7mv。p型输入对管集电结经电阻r3后约为87.8mv，此时输入器件三极管q2的基极-集电极电压不满足发生相位翻转的条件，因此第一级输出相位不会发生翻转，从而该运放输出端的相位正确。

从以上分析可见，本发明的一种面向双极型运放输入级的通用相位翻转保护电路灵活性和通用性强，尤其对于轨对轨型工作电压范围很宽的运放而言，具有很高的应用价值。本发明的相位翻转保护电路可通过钳位原理将输入对管的基极电位钳位至与负电源电位接近，抬高基极电位，大电流通过输入电阻rin泄放，抑制bc结正偏进入饱和区，从而避免电路内部节点发生相位翻转，可从根源上解决相位翻转的问题。此外，该结构不依赖于器件的面积，不会影响电路的转换速率，特别适用于高速运放的端口中。

本发明的保护电路结构在版图方面易于实现，所占面积小，成本低。