具备非易失性修调的轨到轨运算放大器的制作方法

本发明涉及一种轨到轨运算放大器，尤其是一种具备非易失性修调的轨到轨运算放大器。

背景技术：

1、在集成电路中，运算放大器是一个重要的器件，运算放大器通常是一种差模信号输入、单端输出的高增益电压放大器。对运算放大器，由于设计过程中存在的不匹配、cmos工艺的不确定性、版图失配等情况，使得输入电压为零时输出电压却不为零，此时的输出电压即被称作为运算放大器的失调电压。

2、运算放大器还会被用来实现电路驱动和模数转换等功能，此时，运算放大器的失调电压会成为导致模数/数模转换中误差产生的重要原因之一，因此，在精度要求较高的电路系统中，对运算放大器输出电压的准确性有着越来越高的要求，降低失调电压必不可少。

3、随着消费电子的兴起，对于芯片的功耗和电压要求越来越高，其中，工作电压的降低会导致信号幅度越来越小，在噪声不变的情况下，信噪比会下降，因此，为了提高信噪比，需要使用轨到轨的输入输出结构来提高信号幅度。轨到轨运算放大器是一种特殊类型的运算放大器，它输入输出范围都可以接近负电源轨到正电源轨，由此可提高信号的幅度。

4、由上述说明可知，对轨到轨运算放大器，输入失调电压是个非常重要的参数，单从电路本身上优化也难以达到所要求的精度。目前，降低失调电压的方法分为动态和静态两种方式，其中，常见的失调电压动态降低方法包含自调零技术和斩波技术，其特点是可以降低失调和1/f噪声，具有较好的稳定性，无需测试修调，但却增加了电路的复杂程度，导致带宽降低。

5、失调电压的静态降低方法通过修调技术实现，具有适应性强，不影响带宽等优势，目前有熔丝修调、激光微调、非易失性存储器等。熔丝修调和激光微调具有不可逆性，非易失性存储器修调利于存储器的记忆特性完成电路修调，其存储单元可以进行多次读写操作、反复擦写，修调精度较高。

6、对轨到轨运算放大器，如何有效实现高精度的失调电压修调是目前急需解决的一个技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具备非易失性修调的轨到轨运算放大器，其可对轨到轨运算放大器实现高精度的修调，并可使得轨到轨运算放大器具有高线性度。

2、按照本发明提供的技术方案，所述具备非易失性修调的轨到轨运算放大器，所述轨到轨运算放大器包括：

3、轨到轨运算放大器本体，包括nmos输入对管、pmos输入对管、作为nmos输入对管有源负载的nmos输入对管有源负载单元以及作为pmos输入对管有源负载的pmos输入对管有源负载单元；

4、pmos输入对管有源负载单元，包括负载状态可调的修调电路，其中，

5、对轨到轨运算放大器本体的失调电压修调时，配置修调电路的负载状态，以基于修调电路的负载状态配置所述修调电路所在pmos输入对管有源负载的负载状态，并使得修调电路所在的pmos输入对管有源负载单元处于非对称状态，以抵消所述轨到轨运算放大器本体的失调电压。

6、所述修调电路包括至少一个修调基准负载管以及n个修调可选负载管，其中，

7、每个修调可选负载管的栅极端通过一选择开关与修调基准负载管的栅极端连接；

8、每个修调可选负载管的漏极端均与修调基准负载管的漏极端连接；

9、修调基准负载管的源极端以及所有修调可选负载管的源极端均接地；

10、对轨到轨运算放大器本体的失调电压修调时，配置一个选择开关处于闭合状态，或者配置多个选择开关依次处于闭合状态，直至使得轨到轨运算放大器本体输出的电压翻转。

11、所述轨到轨运算放大器本体还包括输出级电路、用于为nmos输入对管提供尾电流的第一尾电流源以及用于为pmos输入对管提供尾电流的第二尾电流源，其中，

12、第二尾电流源与nmos输入对管有源负载单元适配连接；

13、第一尾电流源、nmos输入对管有源负载单元与pmos输入对管有源负载单元适配连接；

14、输出级电路与nmos输入对管有源负载单元以及pmos输入对管有源负载单元适配连接。

15、第一尾电流源与pmos输入对管适配连接，并形成节点vpin_s，其中，

16、还包括与所述节点vpin_s适配连接的尾电流调制电路；

17、基于节点vpin_s的节点电压，尾电流调制电路调制第一尾电流源提供的尾电流以及第二尾电流源提供的尾电流，以使得轨到轨运算放大器本体的总跨导在轨到轨电压范围内保持稳定。

18、所述第一尾电流源包括nmos管m7以及nmos管m8，其中，

19、nmos管m7的漏极端与nmos输入对管适配连接，nmos管m7的源极端与nmos管m8的漏极端连接，nmos管m8的源极端接地；

20、第二尾电流源包括pmos管m1以及pmos管m2，其中，

21、pmos管m1的源极端与nmos输入对管有源负载单元适配连接，pmos管m1的漏极端与pmos管m2的源极端连接，pmos管m2的漏极端与pmos输入对管适配连接，且pmos管m2的漏极端与pmos输入对管的连接部形成节点vpin_s。

22、所述尾电流调制电路包括pmos管m24以及pmos管m25，其中，

23、pmos管m24的源极端、pmos管m25的源极端与电源vdd连接；

24、pmos管m24的漏极端与pmos管m26的源极端连接，pmos管m26的漏极端与pmos管m28的源极端以及节点vpin_s连接；

25、pmos管m25的漏极端与pmos管m27的源极端连接；

26、pmos管m27的漏极端、pmos管m25的栅极端以及pmos管m28的漏极端均与调制电路共源共栅电流镜适配连接；

27、调制电路共源共栅电流镜包括nmos管m29、nmos管m30、nmos管m31以及nmos管m32，其中，

28、pmos管m28的漏极端与nmos管m29的漏极端、nmos管m31的栅极端以及nmos管m32的栅极端连接；

29、nmos管m29的源极端与nmos管m31的漏极端连接；

30、pmos管m25的栅极端、pmos管m27的漏极端均与nmos管m30的漏极端连接，nmos管m30的源极端与nmos管m32的漏极端连接；

31、nmos管m31的源极端以及nmos管m32的源极端均接地；

32、pmos管m24的栅极端、pmos管m1的栅极端均接电压v1；

33、pmos管m26的栅极端、pmos管m28的栅极端以及pmos管m2的栅极端均接电压v2；

34、pmos管m25的栅极端、pmos管m27的漏极端、nmos管m30的漏极端均接电压v3；

35、nmos管m29的栅极端、pmos管m7的栅极端均接电压v2；

36、pmos管m28的漏极端、nmos管m29的漏极端、nmos管m30的栅极端、nmos管m31的栅极端以及pmos管m8的栅极端均接电压v8。

37、pmos管m1的导电沟道宽长比与pmos管m24的导电沟道宽长比的比值为第一比例值；

38、pmos管m2的导电沟道宽长比与pmos管m26的导电沟道宽长比的比值为第二比例值；

39、第一比例值与第二比例值间，或第二比例值与第一比例值间呈整数倍比值。

40、所述nmos输入对管有源负载单元包括pmos管m9、pmos管m10、pmos管m11以及pmos管m12，其中，

41、pmos管m9的源极端、pmos管m10的源极端、pmos管m11的源极端、pmos管m12的源极端以及pmos管m1的源极端均与电源vdd连接；

42、pmos管m9的栅极端以及pmos管m12的栅极端均接电压v3；

43、pmos管m10的栅极端、pmos管m11的栅极端均接电压v4，且基于电源vdd以及电压v4配置pmos管m10、pmos管m11保持处于导通状态；

44、pmos管m9的漏极端、pmos管m10的漏极端与nmos管m5的漏极端以及pmos管m13的源极端连接；

45、pmos管m11的漏极端、pmos管m10的漏极端与nmos管m6的漏极端以及pmos管m14的源极端连接；

46、pmos管m13的栅极端、pmos管m14的漏极端均接电压v1，pmos管m13的漏极端与pmos管m15的源极端连接，pmos管m14的漏极端与pmos管m16的源极端以及nmos管m20的漏极端连接；

47、pmos管m15的栅极端、pmos管m16的栅极端均接电压v5，pmos管m15的漏极端、pmos管m16的漏极端均与pmos输入对管有源负载单元适配连接。

48、pmos输入对管有源负载单元还包括nmos管m17、nmos管m18以及nmos管m19，其中，

49、nmos管m17的漏极端与pmos管m15的漏极端、nmos管m19的栅极端以及修调电路的l1端连接；nmos管m17的栅极端接电压v2，nmos管m17的源极端与nmos管m19的漏极端、pmos管m3的漏极端连接；

50、nmos管m18的漏极端与pmos管m16的漏极端、nmos管m20的源极端以及输出级电路连接，nmos管m18的栅极端接电压v2，nmos管m18的源极端与pmos管m4的漏极端以及修调电路的l2端连接；

51、nmos管m19的源极端接地，nmos管m17的栅极端以及nmos管m18的栅极端均接电压v2；

52、修调电路内修调基准负载管的漏极端以及n个修调可选负载管相应的漏极端相互连接，以形成所述修调电路的l2端；

53、修调电路内的栅极端以及n个选择开关的一端相互连接，以形成所述修调电路的l1端。

54、所述输出级电路包括pmos管m21以及nmos管m21，其中，

55、pmos管m21的源极端接电源vdd，pmos管m21的栅极端与nmos管m20的漏极端、pmos管m14的漏极端以及pmos管m16的源极端连接；

56、pmos管m21的漏极端与电容c1的一端、电容c2的一端以及nmos管m22的漏极端连接，并在连接后形成输出端out；

57、电容c1的另一端与pmos管m14的源极端、pmos管m11的漏极端、pmos管m12的漏极端以及nmos管m6的漏极端连接；

58、电容c2的另一端与修调电路的l2端连接；

59、nmos管m22的栅极端与nmos管m20的源极端、nmos管m18的漏极端以及pmos管m16的漏极端连接，nmos管m22的源极端接地。

60、本发明的优点：在pmos输入对管有源负载单元内设置负载状态可调的修调电路，通过调节修调电路的负载达到调节pmos输入对管有源负载单元的负载状态，当修调电路所在pmos输入对管有源负载单元的负载状处于非对称状态，可抵消所述轨到轨运算放大器本体的失调电压，此时，可实现对轨到轨运算放大器本体失调电压的修调与校准。

61、修调电路采用修调基准负载管以及修调可选负载管的配合形式，可实现非易失性的修调方式，且可提高对失调电压的修调精度。通过尾电流调制电路可调制第一尾电流源、第二尾电流源相应的尾电流，可提高整个轨到轨运算放大器的线性度。