一种高性能运算放大器的结构制造技术

本发明专利技术涉及一种高性能的运算放大器结构，包括斩波调制器、输入级电路、中间级增益电路与消失真电路、输出级电路。所述斩波调制器与输入级电路相互连接，输入级电路与中间级增益级电路、消失真电路相互连接；所述的中间级增益电路、消失真电路与斩波调制器相互连接；所述输出级电路与斩波调制器相互连接。本发明专利技术提供了一种高性能的运算放大器结构，这种结构具有对各种干扰影响适应性强的优势，能够广泛地运用在电能计量表、模数转换器等芯片之中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种放大器的结构，尤其是一种可以提高系统可靠性，高性能的运算 放大器的结构。
技术介绍
近年来，电子产品的种类越来越多，人们对其性能的要求也越来越高，特别是半导 体集成电路产品。这就要求我们在这类产品的内部的电路结构，以及器件材料方面进行研 究。而运算放大电路则是我们进行电路研究的重中之重。运算放大器是许多模拟系统和混合数字信号系统中的一个完整部分，而且也是构 成这此系统的基本中元。系统的性能在很大程度上都是受到内部运算放大器性能的制约。 设计高性能的运算放大器，使得系统的总体性能上一个台阶。目前，运算放大器的结构多种多样，针对不同的用途有不同的结构形式。一般，为 了提高系统的抗干扰性能，运算放大器的输入采用差动式。然而，一般结构的差动式运算放 大器在条件极其恶劣的环境下，并不能明显的提高系统的性能。例如，电能计量表的应用。 现在的电能计量表不但能计量电能，而且能对电能进行管理，对各种事件进行记录，自动远 程抄表等功能。由于电网上的电压波动与外界信号的干扰，造成电表计量错误或死机。那 么，为了使电能计量表性能稳定，对信号采集的精度就必须提高。因为有必要研发出一种高 性能运算放大器的结构，它可以针对类似的情况提高采样精度，达到高可靠性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种高性能运算放大器的结构，该结构采用折叠式共源共栅 的差分对作为运算放大器的输入，防止信号失真的电路，频率补偿，共模反馈，偏置与斩波 调制，提高系统的抗噪声能力。本专利技术属于一种高性能运算放大器的结构，包括斩波调制器、输入级电路、中间级 增益电路、输出级电路与消失真电路，所述输入级电路与所述斩波调制器相互耦合，接收斩 波调制器的输入信号；所述输入级电路与斩波调制器的反馈路径之间，耦合有中间级增益 电路和消失真电路；所述输出级电路与斩波调制相互耦合，输出斩波调制器的输出信号。进一步地，所述的输入级电路是由一对N沟道差分输入绝缘栅场效应管和一对P 沟道差分输入绝缘栅场效应管并联构成的集成运放差分输入级电路，所述斩波调制器与差 分输入级电路串联耦合，用于减少输入噪声。进一步地，所述的输出级电路是推挽输出级电路，所述斩波调制器与推挽输出级 电路串联耦合，用于提高信噪比。该推挽输出级电路连接有由若干个晶体管构成的共源共 栅器件组，用于增大差动电阻，提高电路的差动增益。更进一步地，所述的共源共栅器件组是采用折叠式结构。共源共栅结构的设计思 路是将输入电压转化成电流，然后将他作为共源共栅级的输入，共源共栅级电流的变化再 转化为输出电压的变化，可见，减小共源栅管的沟道长度，或增大静态工作电流，可以有效提高运算放大器的次极点频率，但这是以减小开环直流增益为代价的。运算放大器的次极 点频率将决定闭环建立时间，即决定了电路的最高工作速度，而运算放大器输出摆幅的减 小将降低运算放大器的动态范围。设计时，对两者兼顾。首先，采用优化运算放大器的速度， 再通过采用高性能偏置电路，提高运算放大器的输出摆幅。 进一步地，还设置有偏置电路，所述偏置电路与晶体管耦合，通过修正失调电流不 为零而引起的误差减至最小。作为优选，可以采用一种宽摆幅和恒定跨导的偏置电路。采 用这种偏置电路可以确保MOS管的跨导在温度或者工艺有变化时仍然可以保持基本不变， 从而使得运放的单位增益保持基本不变偏置电路还需要加启动电路，如果不加启动电路， 就会出现电流为零的状态，整个偏置电路将不会工作。具体来说，可以优选采用甲乙类的放大器，晶体管静态工作点设置在截止区与饱 和区之间，靠近截止点的放大电路，叫做甲乙类放大电路，适合于大功率高保真音频放大， 推挽电路通常就是甲乙类放大电路。甲乙类放大又称AB类放大，它界于甲类和乙类之间， 推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效 解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。全差分运算放大器的输出端共模电平若不能确定，会随输出信号的改变而变化， 会使得晶体管工作进入线形区，使电路无法正常工作。因此全差分运算放大器必须使用进 一步设置共模反馈电路，通过检测输出信号的共模电平，反馈到共源共栅回路以稳定输出 信号的共模电压。共模反馈一般有电阻网络反馈和电容网络反馈两种。电阻网络反馈方式 结构相对简单，但会影响整个运放的增益和带宽。本专利技术的优点在于提出了一种高性能的运算放大器结构，采用折叠共源共栅运 放具有套简式运放带宽大和速度高的特点。因为它的次主极点也是由内部有源负载管的跨 导和内部节点的寄生电容决定，所以它的频率特性和套筒结构相近。这种结构具有对各种 干扰影响适应性强的优势，能够广泛地运用在电能计量表、模数转换器等芯片之中。附图说明图1是本专利技术的高性能运算放大器结构示意图。图2是本专利技术的斩波调制电路示意图。图3是本专利技术的输入级电路示意图。图4是本专利技术的中间级、消失真电路示意图。图5是本专利技术的输出级电路示意图。图6是本专利技术的系统电路示意图。具体实施例方式如图1所示在应用系统中，运算放大器是一个独立的模块。该系统包括斩波调制器11/14、差分输入级电路12、中间级增益电路13、推挽输出 级电路15与消失真电路131，所述的差分输入级电路12与所述斩波调制器11相互耦合，接 收斩波调制器11的输入信号；所述差分输入级电路12与斩波调制器14的反馈路径之间， 耦合有中间级增益电路13和消失真电路131 ；所述推挽输出级电路15与斩波调制器14相 互耦合，输出斩波调制器14的输出信号。斩波技术是通过把输入信号和开关型方波信号耦合，再经同步解调和低通滤波后 得到非线性小的信号，它并没有实质性的消除失调，而是调制到了高频。在理想情况下，斩 波一稳定运放应该能完全消除直流失调和低频(主要是Ι/f)噪声。运算放大器的噪声主 要包括1/f噪声及热噪声。因此，使用斩波-稳定运算放大器可以有效的改善信号质量。 所述的差分输入级电路，由折叠式共源共栅的差分对器件组构成。共源共栅的结 构增大输出阻抗，提高第一级增益，折叠式结构提高共源共栅输出级的输出电压摆幅。差分 输入提高共模抑制比。所述中间级增益电路13和消失真电路131，由共源共栅器件组与共模反馈电路17 构成。由于采用全差分输出，因此需要增加共模反馈电路17，此共模反馈电路17将共模电 压误差返回到共源共栅级的负载管的栅偏置上，消除共模失调，此方式有效的防止了交越失真。所述推挽输出级电路15，由频率补偿与推挽输出构成。实现了轨对轨输出。整个系统由偏置电路16提供偏置。如图2所示晶体管101与102接输入正端信号，晶体管103与104接输入负端 信号，它们的输出接输入级的正端信号；晶体管105与106接输入正端信号，晶体管107与 108接输入负端信号，它们的输出接输入级的负端信号；晶体管101与107、104与106接同 相时钟信号，晶体管103与105、102与108接反相时钟信号。它们构成斩波调制的差分输 入级电路。晶体管109、110、111、112接输出负端信号，晶体管113、114、115、116接输出正端 信号，晶体管109、110与晶体管113、114的输出接输出级的一组推挽器件组。晶体管401， 111、112与晶体管11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能运算放大器的结构，其特征在于，包括斩波调制器、输入级电路、中间级增益电路、输出级电路与消失真电路，所述输入级电路与所述斩波调制器相互耦合，接收斩波调制器的输入信号；所述输入级电路与斩波调制器的反馈路径之间，耦合有中间级增益电路和消失真电路；所述输出级电路与斩波调制器相互耦合，输出斩波调制器的输出信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张滢清，赵嘉林，韩基东，赵云午，郑云华，
申请(专利权)人：无锡汉咏微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]