折叠共源共栅放大器及模拟电路制造技术

本发明专利技术提供了一种折叠共源共栅放大器及模拟电路，涉及放大器技术领域，该折叠共源共栅放大器包括彼此电连接的自适应偏置输入级、正反馈非线性放大中间级与轨到轨输出级；自适应偏置输入级包括翻转电压跟随器、偏置电流镜、第一差分输入对和第二差分输入对，用于将输入电压信号转换成电流信号提供给中间级；正反馈非线性放大中间级包括第一非线性电流镜和第二非线性电流镜，用于将电流信号放大后提供给输出级；轨到轨输出级用于将放大后的电流信号转换成电压信号并输出。本发明专利技术提供的折叠共源共栅放大器，可使输入级的输出电流成平方倍增大，并且中间级再次将电流放大平方倍输出，最终输出是输入电压的四次方倍关系，有效提高了放大器的压摆率。

【技术实现步骤摘要】
折叠共源共栅放大器及模拟电路
本专利技术涉及放大器
，尤其是涉及一种折叠共源共栅放大器及模拟电路。
技术介绍
随着便携式电子设备的普及，市场对低功耗模拟电路的需求也越来越迫切。目前，一种工作在亚阈值区的电流回收型MOS管折叠共源共栅放大器因其低功耗而得到广泛的应用，该传统电流回收型折叠共源共栅放大器的电路结构如图1所示，它包括电流分流回收的输入级、放大回收电流的中间级和轨到轨输出级。其中，上述输入级由四个PMOS管M1a、M2a、M1b、M2b组成；上述中间级主要是由两个电流镜组成；上述输出级则主要是由四个PMOS管(M7a、M7b、M8a、M8b)和两个NMOS管(M5b、M6b)组成。正向输入信号通过输入管M1a将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管M2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的电流镜M3b、M3a、M5a被放大K倍，并与M1a管向下的电流一起通过M5b流向负向输出端。传统电流回收型折叠共源共栅放大器存在以下不足：传统放大器输入级的输出电流主要受偏置电路产生的偏置电流的影响，因工作在亚阈值区，该偏置电流较小，因而导致该输出电流的大小也受到限制；其次，传统放大器只能线性放大电流，无法更大地放大电流。以上两点都限制了放大器的压摆率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种折叠共源共栅放大器及模拟电路，以使放大器输入级的输出电流成平方倍增大，并且放大器的中间级再次将电流放大平方倍并传输给输出级，最终压摆率是输入电压的四次方倍的关系，从而大大提高放大器的压摆率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种折叠共源共栅放大器，包括：自适应偏置输入级，与自适应偏置输入级电连接的正反馈非线性放大中间级，与自适应偏置输入级和正反馈非线性放大中间级分别电连接的轨到轨输出级；自适应偏置输入级包括翻转电压跟随器、偏置电流镜、第一差分输入对和第二差分输入对，用于将输入电压信号转换成电流信号提供给正反馈非线性放大中间级；偏置电流镜的两个输出端分别通过第一连接点和第二连接点与翻转电压跟随器连接；翻转电压跟随器通过第三连接点与第一差分输入对连接，通过第四连接点与第二差分输入对连接；第一差分输入对的输入端连接正相输入电压Vin+；第二差分输入对的输入端连接反相输入电压Vin-；正反馈非线性放大中间级包括第一非线性电流镜和第二非线性电流镜，用于将电流信号放大后提供给轨到轨输出级；第一非线性电流镜通过第五连接点与第一差分输入对连接，通过第七连接点与第二分流管连接；第二非线性电流镜通过第六连接点与第二差分输入对连接，通过第八连接点与第一差分输入对连接；轨到轨输出级用于将放大后的电流信号转换成电压信号并输出；轨到轨输出级的两个输入端分别通过第五连接点、第六连接点与第一非线性电流镜、第二非线性电流镜相连；输出级的输出端连接到输出电压Vo。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，翻转电压跟随器包括第一翻转电压跟随器和第二翻转电压跟随器；第一翻转电压跟随器包括晶体管M9、M1c；第二翻转电压跟随器包括晶体管M10、M2c；晶体管M9的源极与第一电平信号VDD相连，漏极与第三连接点相连，栅极与第一连接点相连；晶体管M1c的源极与第三连接点相连，漏极与第一连接点相连，栅极与反相输入电压Vin-相连；晶体管M10的源极、漏极、栅极分别与第一电平信号VDD、第四连接点、第二连接点相连；晶体管M2c的源极、漏极、栅极分别与第四连接点、第二连接点、正相输入电压Vin+相连。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，偏置电流镜包括晶体管M11、M12、M13和电流源；晶体管M11、M12、M13的源极都与第二电平信号VSS相连；晶体管M11、M12、M13的栅极都与电流源的输出端相连；晶体管M11、M12、M13的漏极分别与第一连接点、第二连接点、电流源的输出端相连；电流源的输入端与第一电平信号VDD相连。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，第一差分输入对包括晶体管M1a和M1b；第二差分输入对包括晶体管M2a和M2b；晶体管M1a的源极、漏极、栅极分别与第三连接点、第五连接点、正相输入电压Vin+相连；晶体管M1b的源极、漏极、栅极分别与第三连接点、第八连接点、正相输入电压Vin+相连；晶体管M2a的源极、漏极、栅极分别与第四连接点、第六连接点、反相输入电压Vin-相连；晶体管M2b的源极、漏极、栅极分别与第四连接点、第七连接点、反相输入电压Vin-相连。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，第一非线性电流镜包括晶体管M3a、M3b、M5a；第二非线性电流镜包括晶体管M4a、M4b、M6a；晶体管M4a、M6a的栅极都与第一电压保持节点相连；第一电压保持节点提供固定电压V1；第一电压保持节点与第七连接点相连；晶体管M3a、M5a的栅极都与第二电压保持节点相连；第二电压保持节点提供固定电压V2；第二电压保持节点与第八连接点相连；晶体管M3a、M5a、M4a、M6a的源极都与第二电平信号VSS相连；晶体管M3a的漏极与晶体管M3b的源极相连；晶体管M3b的漏极、栅极分别与第七连接点、第八连接点相连；晶体管M5a的漏极与第五连接点相连；晶体管M4a的漏极与晶体管M4b的源极相连；晶体管M4b的漏极、栅极分别与第八连接点、第七连接点相连；晶体管M6a的漏极与第六连接点相连。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，轨到轨输出级包括晶体管M5b、M6b、M7a、M7b、M8a、M8b；晶体管M5b的源极、漏极、栅极分别与第五连接点、M8b的漏极、第二电压保持节点相连；晶体管M6b的源极、漏极、栅极分别与第六连接点、输出电压Vo、第一电压保持节点相连；晶体管M7a、M7b、M8a、M8b的栅极彼此连接，并连接到晶体管M5b的漏极；晶体管M7a、M8a的源极都与第一电平信号VDD相连；晶体管M7a的漏极与晶体管M7b的源极相连；晶体管M8a的漏极与晶体管M8b的源极相连；晶体管M7b的漏极与输出电压Vo相连。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，晶体管M7a、M8a的尺寸分别是晶体管M7b、M8b尺寸的20倍。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，晶体管M9、M10、M1c、M2c、M1a、M1b、M2a、M2b、M7a、M7b、M8a、M8b均为PMOS管。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，晶体管M11、M12、M13、M3a、M3b、M5a、M4a、M4b、M6a、M5b、M6b均为NMOS管。第二方面，本专利技术实施例还提供一种模拟电路，包括上述第一方面及其各可能实施方式之一提供的折叠共源共栅放大器。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供的折叠共源共栅放大器及模拟电路，通过在放大器的输入级组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种折叠共源共栅放大器，其特征在于，包括：自适应偏置输入级，与所述自适应偏置输入级电连接的正反馈非线性放大中间级，与所述自适应偏置输入级和所述正反馈非线性放大中间级分别电连接的轨到轨输出级；所述自适应偏置输入级包括翻转电压跟随器、偏置电流镜、第一差分输入对和第二差分输入对，用于将输入电压信号转换成电流信号提供给所述正反馈非线性放大中间级；所述偏置电流镜的两个输出端分别通过第一连接点和第二连接点与所述翻转电压跟随器连接；所述翻转电压跟随器通过第三连接点与所述第一差分输入对连接，通过第四连接点与所述第二差分输入对连接；所述第一差分输入对的输入端连接正相输入电压Vin+；所述第二差分输入对的输入端连接反相输入电压Vin‑；所述正反馈非线性放大中间级包括第一非线性电流镜和第二非线性电流镜，用于将所述电流信号放大后提供给所述轨到轨输出级；所述第一非线性电流镜通过第五连接点与所述第一差分输入对连接，通过第七连接点与所述第二分流管连接；所述第二非线性电流镜通过第六连接点与所述第二差分输入对连接，通过第八连接点与所述第一差分输入对连接；所述轨到轨输出级用于将放大后的所述电流信号转换成电压信号并输出；所述轨到轨输出级的两个输入端分别通过第五连接点、第六连接点与所述第一非线性电流镜、所述第二非线性电流镜相连；所述输出级的输出端连接到输出电压Vo。...

【技术特征摘要】
1.一种折叠共源共栅放大器，其特征在于，包括：自适应偏置输入级，与所述自适应偏置输入级电连接的正反馈非线性放大中间级，与所述自适应偏置输入级和所述正反馈非线性放大中间级分别电连接的轨到轨输出级；所述自适应偏置输入级包括翻转电压跟随器、偏置电流镜、第一差分输入对和第二差分输入对，用于将输入电压信号转换成电流信号提供给所述正反馈非线性放大中间级；所述偏置电流镜的两个输出端分别通过第一连接点和第二连接点与所述翻转电压跟随器连接；所述翻转电压跟随器通过第三连接点与所述第一差分输入对连接，通过第四连接点与所述第二差分输入对连接；所述第一差分输入对的输入端连接正相输入电压Vin+；所述第二差分输入对的输入端连接反相输入电压Vin-；所述正反馈非线性放大中间级包括第一非线性电流镜和第二非线性电流镜，用于将所述电流信号放大后提供给所述轨到轨输出级；所述第一非线性电流镜通过第五连接点与所述第一差分输入对连接，通过第七连接点与所述第二分流管连接；所述第二非线性电流镜通过第六连接点与所述第二差分输入对连接，通过第八连接点与所述第一差分输入对连接；所述轨到轨输出级用于将放大后的所述电流信号转换成电压信号并输出；所述轨到轨输出级的两个输入端分别通过第五连接点、第六连接点与所述第一非线性电流镜、所述第二非线性电流镜相连；所述输出级的输出端连接到输出电压Vo。2.根据权利要求1所述的折叠共源共栅放大器，其特征在于，所述翻转电压跟随器包括第一翻转电压跟随器和第二翻转电压跟随器；所述第一翻转电压跟随器包括晶体管M9、M1c；所述第二翻转电压跟随器包括晶体管M10、M2c；所述晶体管M9的源极与第一电平信号相连，漏极与所述第三连接点相连，栅极与所述第一连接点相连；所述晶体管M1c的源极与所述第三连接点相连，漏极与所述第一连接点相连，栅极与所述反相输入电压Vin-相连；所述晶体管M10的源极、漏极、栅极分别与所述第一电平信号、所述第四连接点、所述第二连接点相连；所述晶体管M2c的源极、漏极、栅极分别与所述第四连接点、所述第二连接点、所述正相输入电压Vin+相连。3.根据权利要求2所述的折叠共源共栅放大器，其特征在于，所述偏置电流镜包括晶体管M11、M12、M13和电流源；所述晶体管M11、M12、M13的源极都与第二电平信号相连；所述晶体管M11、M12、M13的栅极都与所述电流源的输出端相连；所述晶体管M11、M12、M13的漏极分别与所述第一连接点、所述第二连接点、所述电流源的输出端相连；所述电流源的输入端与所述第一电平信号相连。4.根据权利要求3所述的折叠共源共栅放大器，其特征在于，所述第一差分输入对包括晶体管M1a和M1b；所述第二差分输入对包括晶体管M2a和M2b；所述晶体管M1a的源极、漏极、栅极分别与所述第三连接点、所述第五连接点、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓，汪永青，贾大伟，吕小龙，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11