差分放大器制造技术

本实用新型专利技术属于集成电路技术领域，涉及一种差分放大器。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：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】

本技术涉及模拟集成电路领域，涉及一种差分放大器。
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M0SFET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
本技术的目的在于是提供一种差分放大器，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，本技术的实施例提供技术方案如下： 本技术所述差分放大器，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 PM0S管、第二PM0S管、第三PM0S管和第一 NM0S管、 第二NM0S管、第三NM0S管；所述第一 PM0S管和第二PM0S管形成PM0S衬底差分输入对，所 述第一 NM0S管和第二NM0S管形成NM0S衬底差分输入对，第三PM0S管和第三NM0S管作为 差分对负载；第一 NM0S管和第一 PM0S管的衬底接正端输入信号，第二NM0S管和第二PM0S 管的衬底接负端输入信号；第一 PM0S管和第二PM0S管的栅极接地、源端接第三PM0S管漏 极，第三PM0S管的源极接电源、栅极接第一偏置电压；第一 NM0S管和第二NM0S管的栅极接 电源、源端接第三NM0S管漏极，第三匪0S管的源极接地、栅极接第二偏置电压；第一 NM0S 管、第二NM0S管和第一 PM0S管、第二PM0S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PM0S管、第五PM0S管、第六PM0S管、 第七PM0S管和第四NM0S管、第五NM0S管、第六NM0S管、第七NM0S管；所述第四PM0S管、 第五PM0S管的源和衬底接电源、栅极接第三偏置电压； 第四PM0S管漏极接第六PM0S管源极和第一 NM0S管漏极，第五PM0S管漏极接第 七PM0S管源极和第二NM0S管漏极；第六PM0S管、第七PM0S衬底接第七偏置电压、栅极接 第四偏置电压； 第六PM0S管漏极接第六NM0S管漏极，第七PM0S管漏极接第七NM0S管漏极；第 六NM0S管、第七NM0S衬底接第八偏置电压、栅极接第五偏置电压；第六NM0S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NM0S管、第五NM0S管的衬底接到第六NM0S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，本技术所述的差分放大器，具有以下的特点： 1.采用衬底驱动M0S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是本技术所述的差分放大器一种【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。 本技术所述差分放大器，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描述本实 用新型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 PM0S管P1、第二PM0S管P2、第三PM0S管P3和 第一 NM0S管N1、第二NM0S管N2、第三NM0S管N3组成。P1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。P1和N1 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VB 1。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VB1和VB2为 差分对提供工作电流。Nl、N2和PI、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，Pl、P2导通并处于饱和状态，而Nl、N2截止；当输入共模电压较高时，Pl、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。 P1和P2组成的P型衬底差分输入对，它们的栅极是接地的。当P1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V THP的限制。在P1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。 饱和状态的PM0S管电流可以表示为 (式 1) 其中，K' P表示PM0S电导系数，心f表示PM0S平衡费米电动势，y P表示PM0S体效 应因子，为PMOS沟通长度调制系数。 PM0S管衬底输入跨导可以表示为 同样的，饱和状态的NM0S管电流可以表示为 I, XV 其中，K'N表示NM0S电导系数，表示NM0S平衡费米电动势，yN表示NM0S体效 应因子，XdNMOS沟通长度调制系数。 NM0S管衬底输入跨导可以表示为 从式2和式4可以看到，单独的NM0S管衬底输入跨导8_和PM0S管衬底输入跨 导8_都是随衬底和源极之间的电压V BS变化的，也就是随衬底端的输入电压而变化的，g mbn 随输入电压是单调递增的，gmbp随输入电压是单调递减的。而把NM0S管和PM0S管组成衬底 全差分对管，得到的式5中的衬底输入跨导为g mb，由Pl、P2和Nl、N2组成的全差分对不仅 可以提高放大器的增益，而且减小了输入跨导的变化量，有利于运算放大器的频率补偿。 图1中，差分至单端转换电路包括：第四PM0S管P4、第五PM0S管P5、第六PM0S管 P6、第七PM0S管P7和第四NM0S管N4、第五NM0S管N5、第六NM0S管N6、第七NM0S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 N1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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：新型
国别省市：四川;51