轨到轨差分放大器制造技术

本发明专利技术属于集成电路技术领域，涉及一种轨到轨差分放大器。该电路包括：衬底驱动的差分输入电路、差分至单端转换电路。其特点是：轨到轨差分放大器能够在低电压下工作，实现轨到轨的差分输入和轨到轨的电压输出，并实现高的电压增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟集成电路领域，涉及一种轨到轨差分放大器。
技术介绍
随着晶体管尺寸的减小，集成电路的规模和可靠性问题促使电源电压降低。同时，随着可移动设备的迅速发展和广泛应用，低电压、低功耗的电路也日益受到关注。低电源电压对工艺和电路结构提出了更高的要求。运算放大器是模拟集成电路设计中的基本单元，广泛地应用于各种模拟和混合信号系统中。在CMOS工艺中，由于MOSFET的阈值电压不可能降的太多，因此对低压运算放大器的设计在在结构和性能上有很大的约束，轨到轨的电压输入(即输入电压包含从VDD到GND的整个电压范围)更是很难实现。衬底驱动技术为低电压下的电路设计提供了一种重要方法，这种技术使阱和源极之间形成弱正偏，从而降低了阈值电压的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于是提供一种轨到轨差分放大器，使运算放大器能够在低电压下工作，实现轨到轨的输入和轨到轨的电压输出。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供技术方案如下: 本专利技术所述轨到轨差分放大器，包括:差分输入电路和差分至单端转换电路； 所述差分输入电路包括:第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管和第一 NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管；所述第一 PMOS管和第二 PMOS管形成PMOS衬底差分输入对，所述第一NMOS管和第二 NMOS管形成NMOS衬底差分输入对，第三PMOS管和第三NMOS管作为差分对负载；第一 NMOS管和第一 PMOS管的衬底接正端输入信号，第二 NMOS管和第二 PMOS管的衬底接负端输入信号；第一 PMOS管和第二 PMOS管的栅极接地、源端接第三PMOS管漏极，第三PMOS管的源极接电源、栅极接第一偏置电压；第一 NMOS管和第二 NMOS管的栅极接电源、源端接第三NMOS管漏极，第三NMOS管的源极接地、栅极接第二偏置电压；第一 NMOS管、第二NMOS管和第一 PMOS管、第二 PMOS管的漏极作差分输出；所述差分至单端转换电路，将所述差分输入电路的输出差分信号转换为单端信号输出。具体的，所述差分至单端转换电路包括:第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管和第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管；所述第四PMOS管、第五PMOS管的源和衬底接电源、栅极接第三偏置电压； 第四PMOS管漏极接第六PMOS管源极和第一 NMOS管漏极，第五PMOS管漏极接第七PMOS管源极和第二 NMOS管漏极；第六PMOS管、第七PMOS衬底接第七偏置电压、栅极接第四偏置电压； 第六PMOS管漏极接第六NMOS管漏极，第七PMOS管漏极接第七NMOS管漏极；第六NMOS管、第七NMOS衬底接第八偏置电压、栅极接第五偏置电压；第六NMOS管源极接第四NMOS管漏极和第一 PMOS管漏极，第七NMOS管源极接第五NMOS管漏极第二 PMOS管漏极；第四NMOS管、第五NMOS管的衬底接到第六NMOS管漏端、栅极接第六偏置电压、源极接地；第七NMOS管的漏极输出单端信号。与现有技术相比，本专利技术所述的轨到轨差分放大器，具有以下的特点:1.采用衬底驱动MOS管作为输入差分对管，实现在低电压下的轨到轨的输入范围；2.采用衬底驱动电流镜和共源共栅结构，在低电压下实现运算放大器的高增益；【附图说明】图1是本专利技术所述的轨到轨差分放大器一种【具体实施方式】的电路结构图。【具体实施方式】为使本专利技术的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术所述轨到轨差分放大器，包括差分输入电路和差分至单端转换电路，差分输入电路接收正端输入信号VINP和负端输入信号VINN，并输出差分信号，差分至单端转换电路将差分信号转换为单端信号，输出驱动电路再进一步放大，实现轨到轨的输出。图1为差分输入电路和差分至单端转换电路组成的电路。下面结合图1描述本专利技术中的差分输入电路和差分至单端转换电路。如图1所示，差分输入电路由第一 PMOS管P1、第二 PMOS管P2、第三PMOS管P3和第一 NMOS管N1、第二 NMOS管N2、第三NMOS管N3组成。Pl和P2组成P型衬底差分输入对，P3作为其负载偏置；N1和N2组成N型衬底差分输入对，N3作为其负载偏置。Pl和NI的衬底连接正端输入信号VINP，P2和N2的衬底连接负端输入信号VINN。Pl、P2的栅极接地、源端接P3的漏极，P3的源极接电源，栅极接第一偏置电压VB1。N1、N2的栅极接电源、源端接N3的漏极，N3的源极接地、栅极接第二偏置电压VB2。输入偏置电压VBl和VB2为差分对提供工作电流。N1、N2和P1、P2的漏极作差分输出。P1、P2和N1、N2形成的全差分对能够输入全范围电压，是因为:当输入共模电压较低时，P1、P2导通并处于饱和状态，而N1、N2截止；当输入共模电压较高时，P1、P2截止，而N1、N2导通并处于饱和状态；当输入共模电压在中间区域时，P1、P2和N1、N2都会导通。这样使运算放大器在任何输入电压下都可以工作，实现了轨到轨的输入范围。Pl和P2组成的P型衬底差分输入对，它们的栅极是接地的。当Pl和P2导通时，处于饱和状态，其栅极下已经形成导电沟道，不受阈值电压Vthp的限制。在Pl和P2衬底端所加的输入信号VINP和VINN发生变化时，该衬底端与该导电沟道之间的耗尽层厚度发生变化，从而改变了沟道反型层的厚度，进而控制了沟道电流的大小。图1中，差分至单端转换电路包括:第四PMOS管P4、第五PMOS管P5、第六PMOS管P6、第七PMOS管P7和第四NMOS管N4、第五NMOS管N5、第六NMOS管N6、第七NMOS管N7。P4、P5管的源和衬底接电源、栅极接第三偏置电压VB3，P4管漏极接P6管源极和NI管漏极，P5管漏极接P7管源极和N2管漏极。P6、P7的衬底接第七偏置电压VB7、栅极接第四偏置电压VB4。P6管漏极接N6管漏极，P7管漏极接N7管漏极。N6、N7的衬底接第八偏置电压VB8、栅极接第五偏置电压VB5。N6管源极接N4管漏极和Pl管漏极，N7管源极接N5管漏极和P2管漏极。N4、N5的衬底接到N6管漏端、栅极接第六偏置电压VB6、源极接地。N7管的漏极输出单端信号VA。差分至单端转换电路是共源共栅结构，其目的是提高放大器的增益。但普通的共源共栅结构虽然能提高电路增益，但却难以在低电压下工作，因此使用由N4和N5组成的衬底驱动电流镜，把放大器双端输出转换为单端输出。衬底驱动电流镜是为了减小N4、N5上的压降，如果用普通的电流镜，则其上的压降Vds等于Ves，比阈值电压大，在低电源电压下，会导致共源共栅电路不能工作。N4、N5的栅极加偏置电压VB6，使N4、N5处于饱和状态，输入端加在衬底上，这样N4、N5上的压降Vbs就不需要比阈值电压大了。VB3-VB5提供栅极偏置电压，保证所有MOS管工作在饱和区，VB7和VB8为P6、P7、N6、N7提供衬底偏置电压，目的是提尚电路的输出电阻，从而提尚电路增益。综上所述，本专利技术所述轨到轨差分放大器，能够在低电压下工作，实现轨到轨的差分输入和轨到轨的输出。上述实施例仅说明本专利技术的技术构思和特点，其目的是在于让熟悉本文档来自技高网...

【技术保护点】
轨到轨差分放大器，包括：差分输入电路和差分至单端转换电路；所述差分输入电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管；所述第一PMOS管和第二PMOS管形成PMOS衬底差分输入对，所述第一NMOS管和第二NMOS管形成NMOS衬底差分输入对，第三PMOS管和第三NMOS管作为差分对负载；第一NMOS管和第一PMOS管的衬底接正端输入信号，第二NMOS管和第二PMOS管的衬底接负端输入信号；第一PMOS管和第二PMOS管的栅极接地、源端接第三PMOS管漏极，第三PMOS管的源极接电源、栅极接第一偏置电压；第一NMOS管和第二NMOS管的栅极接电源、源端接第三NMOS管漏极，第三NMOS管的源极接地、栅极接第二偏置电压；第一NMOS管、第二NMOS管和第一PMOS管、第二PMOS管的漏极作差分输出；所述差分至单端转换电路，将所述差分输入电路的输出差分信号转换为单端信号输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易坤，高继，赵方麟，陈雪松，
申请(专利权)人：成都岷创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51