一种运算放大器、电平转换电路以及可编程增益放大器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种电平转换电路，包括两个运算放大器和共模反馈回路；所述运算放大器在P点插入了衬底和源极相接的PMOS源极跟随器，使得能够低失真的将大差分摆幅的3.3V高共模电平平移到1.2V低共模电平，且差分摆幅保持不变；所述共模反馈回路，接收两个运算放大器的输出信号，对两个输出信号进行取共模运算，将得到的共模值与设定的基准电压进行比较，并将比较结果作为反馈信号输出至两个运算放大器。本发明专利技术实施例还提供了一种运算放大器和可编程增益放大器。采用本发明专利技术实施例，能够同时实现从低电平到高电平转换以及从高电平到低电平转换的功能，且能满足输出大摆幅以及高线性度的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种运算放大器、电平转换电路以及可编程增益放大器
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种运算放大器、电平转换电路以及可编程增益放大器。
技术介绍
在模数混合芯片中，常需要对在模拟前端连续的模拟信号作电平搬移，同时保证搬移信号的质量（如摆动幅度、线性度等）。通常，考虑到性能、电压裕度等原因，模拟前端电路往往采用工作在高电压域的IO器件设计。而考虑到功耗面积等原因，数字以及模数转换器则采用工作在低电压域的core器件实现。因此，电平转换电路需要将模拟信号从高电压域搬移到低电压域，其中不仅涉及到电压域的转换，还涉及到信号共模电平的转换。同时还要求电平转换电路具有驱动后级大电容负载的能力。进一步考虑到可靠性的问题，还需要保证电平转换电路的输出端在任何时候都不能看到前级的高电源电压。现有常用的模拟信号电平转换电路一般为开环源极跟随器（SourceFollower），如图1所示，为典型的开环源极跟随器的电路图。所述开环源极跟随器包括：PMOS管M10和电流源Is10。如图1所示，所述电流源Is10的一端接工作电源AVDD，另一端接PMOS管M10的源极；所述PMOS管M10的栅极接输入信号Vin，漏极接地。所述电流源Is10与PMOS管M10的源极相连的一端为所述开环源极跟随器的输出端。图1所示的开环源极跟随器常用于实现电平转换和驱动容性负载以及隔离输入和输出。该方案的技术特点是采用PMOS管M10的衬底和源极相接的方法，消除了衬偏效应。输入信号Vin从PMOS管M10的栅极输入，输出信号Vout从所述PMOS管M10的源极输出。如果保证流经PMOS管M10的电流不变，则在一阶近似的情况下，根据MOS管电压电流的标准公式，见公式（1）：所述PMOS管M10的栅源电压Vgs也能保持恒定。从而确保了输出信号Vout始终跟随输入信号Vin。图1所示的开环源极跟随器能够实现从低电平到高电平的转换功能。但是，现有技术方案存在以下问题：（1）不能实现从高电平到底电平的转换功能；（2）由于MOS管都存在沟道长度调制效应，随着漏源两端的电压不同，相同的漏端电流也会导致不同的栅源电压Vgs。在大信号的输入条件下，图1所述开环源极跟随器的漏源两端会出现较大的电压摆幅，影响电压跟随的准确度，使线性度恶化。而为了减轻沟道长度调制效应的影响，常增加PMOS管的沟道长度，在低频大摆幅应用时，这一改进能在一定程度上改善线性度。然而，当输入信号Vin的频率提高时，由于沟长增加导致寄生电容增大，一方面限制了最大输入信号频率，另一方面增加的寄生电容也会恶化输出信号Vout的线性度。（3）当所述开环源极跟随器驱动较大容性或阻性负载时，随着输入信号的变化，负载会从电流源Is10抽送不同的电流，这将改变流经PMOS管M10的电流，使栅源电压Vgs随着输入信号的变化而变化，恶化了输出信号Vout的线性度。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种运算放大器、电平转换电路以及可编程增益放大器，能够同时实现从低电平到高电平转换以及从高电平到低电平转换的功能，且能满足输出大摆幅以及高线性度的要求。本专利技术实施例提供一种运算放大器，所述运算放大器包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、以及第一电流源和第二电流源；所述第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极短接，共同接所述第一电流源的一端；所述第一电流源的另一端接高压工作电源；所述第一PMOS管的漏极接所述第三NMOS管的漏极；所述第三NMOS管的源极接地；所述第三NMOS管的栅极和漏极短接；所述第五NMOS管的栅极接所述第三NMOS管的栅极；所述第五NMOS管的源极接地；所述第五NMOS管的漏极接所述第七PMOS管漏极；所述第七PMOS管的源极接低压工作电源；所述第七PMOS管的漏极和栅极短接；所述第二PMOS管的漏极接所述第四NMOS管的漏极；所述第四NMOS管的源极接地；所述第四NMOS管的栅极和漏极短接；所述第六NMOS管的栅极接所述第四NMOS管的栅极；所述第六NMOS管的源极接地；所述第六NMOS管的漏极接所述第八PMOS管漏极；所述第八PMOS管的源极接低压工作电源；所述第八PMOS管的栅极接所述第七PMOS管的栅极；所述第九PMOS管的源极接第二电流源的一端和所述第一PMOS管的栅极，所述第二电流源的另一端接高压工作电源；所述第九PMOS管的漏极接地；所述第九PMOS管的栅极接所述第八PMOS管漏极；所述第二PMOS管的栅极作为所述运算放大器的输入端；所述第九PMOS管的栅极作为所述运算放大器的输出端；所述第九PMOS管的衬底和源极相接。本专利技术实施例还提供一种电平转换电路，所述电平转换电路包括两个所述的运算放大器，分别为：第一运算放大器和第二运算放大器；所述电平转换电路还包括共模反馈回路；所述第一运算放大器的输入端接收第一输入信号，输出端输出第一输出信号；所述第一运算放大器的第九PMOS管的源极作为控制端，接收所述共模反馈回路输出的反馈信号；所述第二运算放大器的输入端接收第二输入信号，输出端输出第二输出信号；所述第二运算放大器的第九PMOS管的源极作为控制端，接收所述共模反馈回路输出的反馈信号；所述共模反馈回路，用于接收所述第一输出信号和所述第二输出信号，对所述第一输出信号和第二输出信号进行取共模运算，将得到的共模值与设定的基准电压进行比较，并将比较结果作为反馈信号输出至所述第一运算放大器和第二运算放大器。本专利技术实施例还提供一种可编程增益放大器，所述可编程增益放大器包括所述的电平转换电路。与现有技术相比，本专利技术实施例所述的运算放大器采用闭环回路的结构，通过环路增益保证所述电路的线性度；进一步的，在实现从低电平到高电平转换的基础上，通过在P点插入了衬底和源极相接的PMOS源极跟随器，能够完全低失真的将大差分摆幅的3.3V高共模电平平移到1.2V低共模电平，且差分摆幅保持不变，实现从高电平到低电平转换的功能。本专利技术实施例所述的电平转换电路和可编程增益放大器，通过采用本专利技术实施例所述的运算放大器，能够同时实现从低电平到高电平转换以及从高电平到低电平转换的功能，且能满足输出大摆幅以及高线性度的要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为典型的开环源极跟随器的电路图；图2为本专利技术实施例提供的运算放大器电路图；图3a为本专利技术实施例的运算放大器忽略第九PMOS管M9时的电路图;图3b为本专利技术实施例的运算放大器忽略第九PMOS管M9时的等效电路图；图4为本专利技术实施例图2所示的运算放大器的等效电路图；图5为本专利技术实施例一提供的电平转换电路图；图6为本专利技术实施例二提供的电平转换电路图；图7为图6所示的电平转换电路的等效电路图；图8为本专利技术实施例提供的共模反馈回路的原理图。具体实施方式下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运算放大器，其特征在于，所述运算放大器包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、以及第一电流源和第二电流源；所述第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极短接，共同接所述第一电流源的一端；所述第一电流源的另一端接高压工作电源；所述第一PMOS管的漏极接所述第三NMOS管的漏极；所述第三NMOS管的源极接地；所述第三NMOS管的栅极和漏极短接；所述第五NMOS管的栅极接所述第三NMOS管的栅极；所述第五NMOS管的源极接地；所述第五NMOS管的漏极接所述第七PMOS管漏极；所述第七PMOS管的源极接低压工作电源；所述第七PMOS管的漏极和栅极短接；所述第二PMOS管的漏极接所述第四NMOS管的漏极；所述第四NMOS管的源极接地；所述第四NMOS管的栅极和漏极短接；所述第六NMOS管的栅极接所述第四NMOS管的栅极；所述第六NMOS管的源极接地；所述第六NMOS管的漏极接所述第八PMOS管漏极；所述第八PMOS管的源极接低压工作电源；所述第八PMOS管的栅极接所述第七PMOS管的栅极；所述第九PMOS管的源极接第二电流源的一端和所述第一PMOS管的栅极，所述第二电流源的另一端接高压工作电源；所述第九PMOS管的漏极接地；所述第九PMOS管的栅极接所述第八PMOS管漏极；所述第二PMOS管的栅极作为所述运算放大器的输入端；所述第九PMOS管的栅极作为所述运算放大器的输出端；所述第九PMOS管的衬底和源极相接。...

【技术特征摘要】
1.一种运算放大器，其特征在于，所述运算放大器包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、以及第一电流源和第二电流源；所述第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极短接，共同接所述第一电流源的一端；所述第一电流源的另一端接高压工作电源；所述第一PMOS管的漏极接所述第三NMOS管的漏极；所述第三NMOS管的源极接地；所述第三NMOS管的栅极和漏极短接；所述第五NMOS管的栅极接所述第三NMOS管的栅极；所述第五NMOS管的源极接地；所述第五NMOS管的漏极接所述第七PMOS管漏极；所述第七PMOS管的源极接低压工作电源；所述第七PMOS管的漏极和栅极短接；所述第二PMOS管的漏极接所述第四NMOS管的漏极；所述第四NMOS管的源极接地；所述第四NMOS管的栅极和漏极短接；所述第六NMOS管的栅极接所述第四NMOS管的栅极；所述第六NMOS管的源极接地；所述第六NMOS管的漏极接所述第八PMOS管漏极；所述第八PMOS管的源极接低压工作电源；所述第八PMOS管的栅极接所述第七PMOS管的栅极；所述第九PMOS管的源极接第二电流源的一端和所述第一PMOS管的栅极，所述第二电流源的另一端接高压工作电源；所述第九PMOS管的漏极接地；所述第九PMOS管的栅极接所述第八PMOS管漏极；所述第二PMOS管的栅极作为所述运算放大器的输入端；所述第九PMOS管的栅极作为所述运算放大器的输出端；所述第九PMOS管的衬底和源极相接。2.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管均为IO器件。3.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管均为衬底和源极相接。4.根据权利要求3所述的运算放大器，其特征在于，所述第一PMOS管和第二PMOS管均为衬底和源极相接。5.根据权利要求1至4任一项所述的运算放大器，其特征在于，所述高压工作电源用于提供3.3V工作电压；所述低压工作电源用于提供1.2V工作电压。6.一种电平转换电路，其特征在于，所述电平转换电路包括两个如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金达，周立人，熊俊，林敬新，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44