运算放大器及采样补偿电路的制作方法

本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种运算放大器及采样补偿电路。

背景技术：

1、在一些特定应用场景中，需要用到宽输入范围的运算放大器。传统的高压输入运算放大器或无法支持低至0v的共模输入范围，或无法满足输入范围内的跨导均衡，或在输入范围内输入端消耗变化的静态电流导致无法补偿。

2、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种运算放大器及采样补偿电路，其能够满足高压轨到轨输入的同时维持全输入范围内的跨导均衡。

2、为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种运算放大器，其特征在于，包括：

3、跨导均衡电路，用于接收基准电压和第一输入电压并基于基准电压和第一输入电压产生第一偏置电流和第二偏置电流；

4、高压输入差分电路，与跨导均衡电路、第一差分输入端和第二差分输入端相连，用于基于第一偏置电流输出两路第一偏置电流；

5、低压输入差分电路，与跨导均衡电路、第一差分输入端和第二差分输入端相连，用于基于第二偏置电流输出两路第二偏置电流；以及

6、输出单元，用于将高压输入差分电路的两个输出端和低压输入差分电路的两个输出端合并成一个输出端。

7、在本发明的一个或多个实施例中，所述跨导均衡电路包括第一电流源、第一输入管和第二输入管，所述第一电流源用于产生基准电流，所述第一输入管的第二端和第二输入管的第二端相连且与第一电流源相连，所述第一输入管的控制端用于接收基准电压，所述第一输入管的第一端用于产生第一偏置电流，所述第二输入管的控制端用于接收第一输入电压，所述第二输入管的第一端用于产生第二偏置电流。

8、在本发明的一个或多个实施例中，所述高压输入差分电路包括第三输入管和第四输入管，所述第三输入管的第二端与第一差分输入端相连，所述第四输入管的第二端与第二差分输入端相连，所述第三输入管的控制端、第四输入管的控制端和跨导均衡电路相连以镜像第一偏置电流并从第三输入管的第一端和第四输入管的第一端分别输出第一偏置电流。

9、在本发明的一个或多个实施例中，所述低压输入差分电路包括第一电流支路、第五输入管和第六输入管，所述第五输入管的控制端与第一差分输入端相连，所述第六输入管的控制端与第二差分输入端相连，所述第一电流支路的第一端与第一电源电压相连，所述第一电流支路的第二端与第五输入管的第二端和第六输入管的第二端相连，所述第一电流支路与跨导均衡电路相连以产生与第二偏置电流呈比例的第三偏置电流至第五输入管的第二端和第六输入管的第二端，所述第五输入管的第一端和第六输入管的第一端均用于输出第二偏置电流。

10、在本发明的一个或多个实施例中，所述运算放大器还包括与跨导均衡电路、第一差分输入端和高压输入差分电路相连以在高压输入差分电路上产生第一偏置电流的第一电流镜像控制单元、与跨导均衡电路以及低压差分电路相连以在低压差分电路上产生第二偏置电流的第二电流镜像控制单元。

11、在本发明的一个或多个实施例中，所述高压输入差分电路包括与第三输入管的第一端相连以镜像第一偏置电流的第一电流镜单元、以及与第四输入管的第一端相连以镜像第一偏置电流的第二电流镜单元。

12、在本发明的一个或多个实施例中，所述高压输入差分电路包括第一高压隔离管和第二高压隔离管，所述第一高压隔离管的第一端与第三输入管的第一端相连，所述第一高压隔离管的第二端与第一电流镜单元相连，所述第二高压隔离管的第一端与第四输入管的第一端相连，所述第二高压隔离管的第二端与第二电流镜单元相连，所述第一高压隔离管的控制端和第二高压隔离管的控制端与第一电源电压相连。

13、在本发明的一个或多个实施例中，所述低压输入差分电路包括与第五输入管的第一端相连以镜像第二偏置电流的第三电流镜单元、以及与第六输入管的第一端相连以镜像第二偏置电流的第四电流镜单元。

14、在本发明的一个或多个实施例中，所述低压输入差分电路包括第三高压隔离管和第四高压隔离管，所述第三高压隔离管的第一端与第一差分输入端相连，所述第三高压隔离管的第二端与第五输入管的控制端、第二输入管的控制端相连且与地电压之间具有供第二偏置电流流通的第二电流支路，所述第四高压隔离管的第一端与第二差分输入端相连，所述第四高压隔离管的第二端与第六输入管的控制端相连且与地电压之间具有供第二偏置电流流通的第三电流支路，所述第三高压隔离管的控制端和第四高压隔离管的控制端与第一电源电压相连。

15、在本发明的一个或多个实施例中，所述输出单元包括第五电流镜单元，所述第五电流镜单元具有第一端和第二端，所述第五电流镜单元的第一端与高压输入差分电路的第一输出端和低压输入差分电路的第一输出端相连以输出第一偏置电流和第二偏置电流，所述第五电流镜单元的第二端与高压输入差分电路的第二输出端和低压输入差分电路的第一输出端相连以输出第一偏置电流和第二偏置电流并形成运算放大器的输出端。

16、本发明还公开了一种采样补偿电路，用于对功率管上的电流进行采样，其特征在于，包括所述的运算放大器、采样管、补偿单元和输出管，所述功率管的控制端用于接收控制电压，所述功率管的第一端与第二电源电压相连，所述功率管的第二端与运算放大器的第一差分输入端相连，所述采样管的第一端与第二电源电压相连，所述采样管的控制端与功率管的控制端相连，所述采样管的第二端与运算放大器的第二差分输入端相连，所述补偿单元与采样管的第二端以及输出管的第一端相连，所述补偿单元用于将基准电流补偿至输出管的第一端，所述输出管的控制端与运算放大器的输出端相连，所述输出管的第二端与地电压相连。

17、在本发明的一个或多个实施例中，所述补偿单元包括开关管和第二电流源，所述开关管的第一端与采样管的第二端相连，所述开关管的第二端与输出管的第一端相连，所述第二电流源的第一端与开关管的控制端相连，所述第二电流源的第二端与开关管的第二端相连，所述第二电流源用于产生基准电流。

18、与现有技术相比，根据本发明实施例的运算放大器及采样补偿电路，通过高压输入差分电路和低压输入差分电路的结合，可以实现高压轨到轨输入的运算放大器，同时通过跨导均衡电路可以实现在输入范围内，运算放大器的跨导、增益的恒定，提高运算放大器的稳定性；本发明实施例的运算放大器的输入端消耗的静态电流可控，可以通过采样补偿电路消除这一固定误差，尤其是在一些精度要求较高的场合，用此电路可以减小系统误差。

技术特征：

1.一种运算放大器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述跨导均衡电路包括第一电流源、第一输入管和第二输入管，所述第一电流源用于产生基准电流，所述第一输入管的第二端和第二输入管的第二端相连且与第一电流源相连，所述第一输入管的控制端用于接收基准电压，所述第一输入管的第一端用于产生第一偏置电流，所述第二输入管的控制端用于接收第一输入电压，所述第二输入管的第一端用于产生第二偏置电流。

3.如权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述高压输入差分电路包括第三输入管和第四输入管，所述第三输入管的第二端与第一差分输入端相连，所述第四输入管的第二端与第二差分输入端相连，所述第三输入管的控制端、第四输入管的控制端和跨导均衡电路相连以镜像第一偏置电流并从第三输入管的第一端和第四输入管的第一端分别输出第一偏置电流。

4.如权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述低压输入差分电路包括第一电流支路、第五输入管和第六输入管，所述第五输入管的控制端与第一差分输入端相连，所述第六输入管的控制端与第二差分输入端相连，所述第一电流支路的第一端与第一电源电压相连，所述第一电流支路的第二端与第五输入管的第二端和第六输入管的第二端相连，所述第一电流支路与跨导均衡电路相连以产生与第二偏置电流呈比例的第三偏置电流至第五输入管的第二端和第六输入管的第二端，所述第五输入管的第一端和第六输入管的第一端均用于输出第二偏置电流。

5.如权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述运算放大器还包括与跨导均衡电路、第一差分输入端和高压输入差分电路相连以在高压输入差分电路上产生第一偏置电流的第一电流镜像控制单元、与跨导均衡电路以及低压差分电路相连以在低压差分电路上产生第二偏置电流的第二电流镜像控制单元。

6.如权利要求3所述的运算放大器，其特征在于，所述高压输入差分电路包括与第三输入管的第一端相连以镜像第一偏置电流的第一电流镜单元、以及与第四输入管的第一端相连以镜像第一偏置电流的第二电流镜单元。

7.如权利要求3所述的运算放大器，其特征在于，所述高压输入差分电路包括第一高压隔离管和第二高压隔离管，所述第一高压隔离管的第一端与第三输入管的第一端相连，所述第一高压隔离管的第二端与第一电流镜单元相连，所述第二高压隔离管的第一端与第四输入管的第一端相连，所述第二高压隔离管的第二端与第二电流镜单元相连，所述第一高压隔离管的控制端和第二高压隔离管的控制端与第一电源电压相连。

8.如权利要求4所述的运算放大器，其特征在于，所述低压输入差分电路包括与第五输入管的第一端相连以镜像第二偏置电流的第三电流镜单元、以及与第六输入管的第一端相连以镜像第二偏置电流的第四电流镜单元。

9.如权利要求4所述的运算放大器，其特征在于，所述低压输入差分电路包括第三高压隔离管和第四高压隔离管，所述第三高压隔离管的第一端与第一差分输入端相连，所述第三高压隔离管的第二端与第五输入管的控制端、第二输入管的控制端相连且与地电压之间具有供第二偏置电流流通的第二电流支路，所述第四高压隔离管的第一端与第二差分输入端相连，所述第四高压隔离管的第二端与第六输入管的控制端相连且与地电压之间具有供第二偏置电流流通的第三电流支路，所述第三高压隔离管的控制端和第四高压隔离管的控制端与第一电源电压相连。

10.如权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述输出单元包括第五电流镜单元，所述第五电流镜单元具有第一端和第二端，所述第五电流镜单元的第一端与高压输入差分电路的第一输出端和低压输入差分电路的第一输出端相连以输出第一偏置电流和第二偏置电流，所述第五电流镜单元的第二端与高压输入差分电路的第二输出端和低压输入差分电路的第一输出端相连以输出第一偏置电流和第二偏置电流并形成运算放大器的输出端。

11.一种采样补偿电路，用于对功率管上的电流进行采样，其特征在于，包括如权利要求1～10任一项所述的运算放大器、采样管、补偿单元和输出管，所述功率管的控制端用于接收控制电压，所述功率管的第一端与第二电源电压相连，所述功率管的第二端与运算放大器的第一差分输入端相连，所述采样管的第一端与第二电源电压相连，所述采样管的控制端与功率管的控制端相连，所述采样管的第二端与运算放大器的第二差分输入端相连，所述补偿单元与采样管的第二端以及输出管的第一端相连，所述补偿单元用于将基准电流补偿至输出管的第一端，所述输出管的控制端与运算放大器的输出端相连，所述输出管的第二端与地电压相连。

12.如权利要求11所述的采样补偿电路，其特征在于，所述补偿单元包括开关管和第二电流源，所述开关管的第一端与采样管的第二端相连，所述开关管的第二端与输出管的第一端相连，所述第二电流源的第一端与开关管的控制端相连，所述第二电流源的第二端与开关管的第二端相连，所述第二电流源用于产生基准电流。

技术总结
本发明公开了一种运算放大器及采样补偿电路，运算放大器包括：跨导均衡电路、高压输入差分电路、低压输入差分电路和输出单元；高、低压输入差分电路与跨导均衡电路相连；输出单元用于将高、低压输入差分电路的输出端合并成一个输出端。根据本发明的运算放大器及采样补偿电路，通过高压输入差分电路和低压输入差分电路的结合，可以实现高压轨到轨输入的运算放大器，同时通过跨导均衡电路可以实现在输入范围内，运算放大器的跨导、增益的恒定，提高运算放大器的稳定性；本发明实施例的运算放大器的输入端消耗的静态电流可控，可以通过采样补偿电路消除这一固定误差，尤其是在一些精度要求较高的场合，用此电路可以减小系统误差。

技术研发人员：吴海若,顾冬烈,郑晨
受保护的技术使用者：思瑞浦微电子科技（上海）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5