一种大动态、高线性度的模拟放大器实现方法与流程

本发明涉及模拟集成电路设计领域，具体涉及大动态、高线性度模拟放大器。

背景技术：

1、模拟放大器广泛应用于可变增益放大器、连续时间滤波器、单位增益缓冲器、模数/数模转换器等产品中，其性能的优劣决定着产品质量。针对半导体器件尺寸的缩小而导致电源电压降低，轨到轨放大器可提高运算放大器的共模输入范围，提升电源电压利用效率。

2、然而传统的轨到轨放大器采用pmos和nmos互补差分对作为输入级，存在输入跨导幅度变化大，引起环路增益等参数较大变化，导致系统不稳定【1】；同时放大器不能保证在宽输入电压范围内具有良好的线性度，无法有效降低谐波失真，难以满足高性能产品需求【2】。

3、参考文献

4、【1】唐俊龙.一种恒跨导高增益轨到轨运算放大器【j】.微电子学，2018,48(4)，458-462.

5、【2】李晓潮.0.18um cmos工艺下全摆恒跨导放大器设计【j】.华中科技大学学报(自然科学版)，2014,42(4)，55-59.

技术实现思路

1、本发明所要解决的就是针对上述传统轨到轨放大器存在的问题，提出了一种大动态、高线性度的模拟放大器。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种大动态、高线性度的模拟放大器其特征在于，包括偏置电路、放大器差分输入级、推挽输出级；所述偏置电路由低压cascode结构电流镜管组成，为放大器差分输入级、推挽输出级提供偏置电压；所述放大器差分输入管采用互补折叠共源共栅结构实现轨到轨输入，利用电流自适应改善不同工作状态下放大器差分输入级跨导的变化，使输入级跨导保持恒定，通过交叉耦合技术改善放大器差分输入级跨导的非线性；所述推挽输出级采用共漏配置的ab类推挽结构实现高效率、高线性输出。

3、具体的所述偏置电路包括电阻r1、r2、r3,nmos管mn21、mn22、mn23、mn24、mn23、mn24、mn25、mn26,pmos管mp20、mp21、p22、mp23；

4、所述放大器差分输入级包括pmos管mp1、mp2、mp3、mp4、mp5、mp6、mp7、mp8、管mp9、mp10、mp11、mp12、mp13、mp14、mp15、mp16,电阻r4,nmos管mn1、mn2、mn3、mn4、mn5、mn6、mn7、mn8、mn9、mn10、mn11、mn13、mn14、mn15、mn16、mn17,电阻r5；

5、所述推挽输出级包括pmos管mp17、mp18、mp19,nmos管mn18、mn19、mn20；其中电阻r1上端作为偏置电流输入端与nmos管mn22的栅极mn24的栅极相连接、电阻r1下端与mn22的漏极相连接，mn22的源极与mn21漏极相连接，mn21的源极与地相连接，mn23的源极与地相连接、漏极与mn24的源极相连接，nm24的漏极与电阻r2下端以及mnp20的栅极和mp23的栅极相连接，电阻r2上端与mp20的漏极以及mp21和mp22的栅极相连接，mp20源极与mp21的漏极相连接，mp21和mp22的源极均连接至电源，mp23的源极与mp22的漏极相连接,mp23漏极与电阻r3上端和mn25的栅极相连接，mn25的漏极电阻r3下端和mn26栅极相连接、源极与mn26的漏极相连接，mn26的源极与地相连接，mp5、mp6、mp7、mp10、mp11、mp12的源极均连接至电源，mp6和mp7的栅极均与mp21的栅极连接到一起，mp6的漏极与mp3源极、mp4源极、mp8源极和mp10的漏极相连接，mp7的漏极与mp1源极、mp2源极、mp9源极和mp11的漏极相连接，mp8栅极和mp9的栅极相连接、漏极和mn6的漏极、栅极相连接，mp9的漏极和mn8漏极、栅极相连接,mp12的栅极与自身漏极和mp11的栅极以mn11的漏极相连接，mp5的栅极与自身漏极和mp10栅极以mn13的漏极相连接，mp1栅极、mp4栅极、mn1栅极、mn3栅极均连接至差分输入负端vin，mp2栅极、mp3栅极、mn2栅极、mn4栅极均连接至差分输入正端vip，mp1漏极与mp3漏极以及mp13漏极和mp15源极相连接，mp2漏极与mp4漏极以及mp11漏极和mp16源极相连接，mn1与mn4以及mn16源极和mn14漏极相连接，mn2与mn3以及mn17源极和mn15漏极相连接，mn5源极、mn6源极、mn7源极、mn8源极、mn9源极、mn10源极均连接至地，mn5的漏极与mn10漏极以及mn3源极和nm4源极连接至mn11源极，mn7的漏极与mn9漏极以及mn1源极和nm2源极连接至mn13源极，mn9与mn10栅极相连接，mn13和nm11栅极相连接，mp13源极与mp14源极均连接至电源，mp13栅极、mp14栅极、mp15漏极均连接至电阻r4上端，mp15与mp16栅极均连接至mp20栅极，电阻r4下端与电阻r5上端相连接，mn15源极、nmosmn14源极均连接至地，mn15栅极、mn14栅极、mn17漏极均连接至电阻r5下端，mn17与mn16均连接至mn26，mp16漏极、mn16漏极、mp17栅极、mn19栅极相连接，mn17源极与mp18漏极和mn20栅极相连接，mn17漏极接地，mp18栅极与mp21相连接，mp18源极与mn20漏极均接电源，mn18栅极与mn25栅极相连接，mn18源极与mp19漏极相连接至地，mn18漏极与mn19源极和mp19栅极相连接，mp19漏极与mn20源极相连接。mp6和mp7尺寸比例为8:1，mn9和mn10尺寸比为8:1。mn6和mn5尺寸比例为1:3，mn8和mn7尺寸比为1:3，mp5和mp10尺寸比为1:3，mp12和mp11尺寸比为1:3。mp4和mp1尺寸比例为2:1，mp3和mp2的尺寸比例为2:1，mp8和mp4尺寸比例为2:1，mp9和mp1尺寸比例为2:1，mn3和mn1尺寸比例为2:1，mn4和mn2尺寸比例为2:1，mn11和mn3尺寸比例为2:1，mn13和mn1尺寸比例为2:1。

6、本发明具有输入动态范围大、线性度高等优点，与传统轨到轨运算放大器以及常规的跨导恒定设计方案相比，本发明既保证了输入级跨导为恒定值，又提高了输入级跨导的线性度，能够满足可变增益放大器、连续时间滤波器、单位增益缓冲器等电路模块的系统要求。

技术特征：

1.一种大动态、高线性度的模拟放大器，其特征在于，包括偏置电路、放大器差分输入级、推挽输出级；所述偏置电路由电流镜管组成，为放大器差分输入级、推挽输出级提供偏置电压；所述放大器差分输入管采用互补折叠共源共栅结构实现轨到轨输入，利用电流自适应改善不同工作状态下放大器差分输入级跨导的变化，通过交叉耦合技术改善放大器差分输入级跨导的非线性；所述推挽输出级采用共漏配置的ab类推挽结构实现高线性输出；

2.如权利1所述大动态、高线性度的模拟放大器，其特征在于，mp6和mp7尺寸比例为8:1，mn9和mn10尺寸比为8:1。

3.如权利1所述大动态、高线性度的模拟放大器，其特征在于，mn6和mn5尺寸比例为1:3，mn8和mn7尺寸比为1:3，mp5和mp10尺寸比为1:3，mp12和mp11尺寸比为1:3。

4.如权利1所述大动态、高线性度的模拟放大器，其特征在于，mp4和mp1尺寸比例为2:1，mp3和mp2的尺寸比例为2:1，mp8和mp4尺寸比例为2:1，mp9和mp1尺寸比例为2:1，mn3和mn1尺寸比例为2:1，mn4和mn2尺寸比例为2:1，mn11和mn3尺寸比例为2:1，mn13和mn1尺寸比例为2:1。

技术总结
本发明公开了一种大动态、高线性度的模拟放大器，本发明的模拟放大器依次包括偏置电路、放大器差分输入级、推挽输出级。所述偏置电路为放大器差分输入级、推挽输出级提供偏置电流；放大器差分输入级采用互补折叠共源共栅结构实现轨到轨输入，利用电流自适应改善不同工作状态下放大器差分输入级跨导的变化，通过交叉耦合技术改善放大器差分输入级跨导的线性度；采用AB类推挽结构实现放大器高线性输出级。本发明具有输入动态范围大、线性度高的特点，能够用于可变增益放大器、连续时间滤波器、单位增益缓冲器等电路中。

技术研发人员：牛海昆
受保护的技术使用者：北京汇芯通电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14