一种低功耗线性跨导误差放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种低功耗线性跨导误差放大器，其包括偏置电路模块和采用局部源级负反馈的二级主运放模块，偏置电路模块包含嵌位OPA运算放大器、PMOS管Mp4、PMOS管Mp8和NMOS管Mn5；采用局部源级负反馈的二级主运放模块包括PMOS管Mp1、PMOS管Mp2、PMOS管Mp3、PMOS管Mp5、PMOS管Mp6、PMOS管Mp9、NMOS管Mn1、NMOS管Mn2、NMOS管Mn3、NMOS管Mn4、电阻R1、电阻R2、电阻RS和米勒电容C1。本发明专利技术公开的误差放大器具有以下有益效果：采用局部源级负反馈技术实现线性跨导；整个线性跨导误差放大器在亚阈值区工作减小静态电流，实现低功耗工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
中，特别涉及一种低功耗线性跨导误差放大器。
技术介绍
DC/DC转换器中误差放大器作为电压环路重要的组成部分，其主要作用是完成整 个电压环路的补偿，对于一个低功耗的DC-DC转换器来说，误差放大器的低功耗实现也就 显得特别重要。 传统的误差放大器电路如图1所示，其是简单的采用米勒补偿的二级运放，对于 一个输出电压做电源的运算放大器来说，其由于电源的变化范围较大会导致其在不同的电 源电压下静态电流Iq变化大且由于其工作在饱和区，无法实现低功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述静态电流大且随电源电压的变化而变化的不足，提出 一种低功耗线性跨导误差放大器，满足DC-DC转换器的低功耗应用要求。 技术方案：一种低功耗线性跨导误差放大器，包括偏置电路模块和采用局部源级 负反馈的二级主运放模块， 偏置电路模块包含嵌位OPA运算放大器、PMOS管Mp4、PMOS管Mp8和NMOS管Mn5， 嵌位OPA运算放大器的正向输入端外接偏置电压V blas，嵌位OPA运算放大器的反向输入端 外接PMOS管Mp8的栅极；NMOS管Mn5的栅极连接嵌位OPA运算放大器的输出端，NMOS管 Mn5的源级连接PMOS管Mp8的源级，NMOS管Mn5的漏极连接PMOS管Mp4的漏极，PMOS管 Mp8的漏极接地； 采用局部源级负反馈的二级主运放模块包括PMOS管Mpl、PMOS管Mp2、PMOS管 Mp3、PMOS 管 Mp5、PMOS 管 Mp6、PMOS 管 Mp9、NMOS 管 Mnl、NMOS 管 Mn2、NMOS 管 Mn3、NMOS 管 Mn4、电阻Rl、电阻R2、电阻RS和米勒电容Cl，PMOS管Mp3的栅极连接PMOS管Mp4的栅极， PMOS管Mp3的源级连接电源，PMOS管Mp3的漏极分别连接输入管PMOS管MpU电阻RS - 端，电阻RS的另一端连接PMOS管Mp2的源级，PMOS管Mpl栅极作为整个误差放大器的正 向输入端，PMOS管Mp2的栅极作为整个误差放大器的反向输入端， PMOS管Mpl的漏极连接NMOS管Mnl的漏极且作为嵌位OPA运算放大器的反向输 入端，PMOS管Mp2的漏极连接NMOS管Mn2的漏极，NMOS管Mnl的栅极连接NMOS管Mn2的 栅极且作为嵌位OPA运算放大器的正向输入端，NMOS管Mn2的漏极作为第一级的输出连接 至NMOS管Mn3的栅极，NMOS管Mn3的源级接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接地，NMOS 管Mn3的漏极反馈连接回输入管PMOS管Mp2的源级形成局部源级负反馈结构。 作为本专利技术中一种低功耗线性跨导误差放大器的一种优选方案：嵌位OPA运算放 大器包括PMOS管Mp7、PMOS管Mp8、NMOS管Mn5、NMOS管Mn6、NMOS管Mn7以及负载电容 C, PMOS管Mp7的源极、PMOS管Mp8的源极分别与电源相连，PMOS管Mp7的栅漏与 PMOS管Mp8的栅极相连，NMOS管Mn5的漏极与PMOS管Mp7的漏极相连，NMOS管Mn6的漏 极连接至PMOS管Mp8的漏极，NMOS管Mn5的栅极和NMOS管Mn6的栅极作为嵌位OPA运算 放大器的输入端嵌位住NMOS管Mnl的栅漏级，NMOS管Mn5的源级和NMOS管Mn6的源级相 连，NMOS管Mn7的漏极分别与NMOS管Mn5的源级、NMOS管Mn6的源级相连，NMOS管Mn7的 栅极连接NMOS管Mn5的栅极，NMOS管Mn5的栅极外接外部偏置V blas，NMOS管Mn7的源级接 地，负载电容C的一端接地，负载电容C的另一端连接NMOS管Mn6的漏极。 作为本专利技术中一种低功耗线性跨导误差放大器的一种优选方案：第一级的输出连 接第二级的输入管NMOS管Mn4的栅极，NMOS管Mn4的源级接电阻R2的一端，电阻R2的另 一端接地，NMOS管Mn4的漏极连接PMOS管Mp5的栅极和PMOS管Mp6的漏极，PMOS管Mp6 的漏极作为误差放大器的输出，PMOS管Mp5的源级分别连接PMOS管Mp9的漏极、PMOS管 Mp6的栅极，PMOS管Mp5的漏极接地，PMOS管Mp9作为电流源，PMOS管Mp9的源级接电源， PMOS管Mp9的栅极接嵌位OPA运算放大器模块中的NMOS管Mn7的栅极，PMOS管Mp6的源 级接电源，PMOS管Mp6漏极接误差放大器的输出。 有益效果：本专利技术公开的一种低功耗线性跨导误差放大器具有以下有益效果： 采用局部源级负反馈技术实现线性跨导，其跨导只与一个电阻有关，从而实现跨 导可调； 整个线性跨导误差放大器在亚阈值区工作减小静态电流，从而减小功耗，实现整 个DC-DC的低功耗甚至超低功耗工作。【附图说明】 图1为传统的误差放大器电路图； 图2为本专利技术的公开的一种低功耗线性跨导误差放大器的电路图； 图3为嵌位OPA运算放大器的电路图； 图4为第一级输出局部源级负反馈电路的小信号电路图； 图5为第二级输出的小信号电路图； 图6为本专利技术的一种低功耗线性跨导误差放大器的总的增益相位仿真曲线图； 图7为本专利技术的一种低功耗线性跨导误差放大器第一级增益相位仿真曲线图； 图8为本专利技术的一种低功耗线性跨导误差放大器的共模抑制比仿真曲线图； 图9为本专利技术的一种低功耗线性跨导误差放大器的电源抑制比仿真曲线图； 图10为本专利技术的一种低功耗线性跨导误差放大器的静态电流仿真图。【具体实施方式】： 下面对本专利技术的【具体实施方式】详细说明。 为了实现低功耗，使得运算放大器的负载接外部偏置％_，另外为了实现电流镜 的负载，使用一个运算放大器OPA嵌位NMOS管Mnl的栅漏级，避免了镜像极点，对稳定性也 有一定的好处；同时在运算放大器的第一级采用局部源级负反馈，可以进一步减小静态电 流Iq 0 图3是嵌位OPA运算放大器的具体电路图，其是实现电路偏置的重要组成部分，偏 置的原理如下： 图2中的尾电流Id3可以比表示为： Id3= I 1 + 工2+13 (1) 由于Mp4和Mp3的电流镜镜像的作用，那么流过Mp4的电流为： 而Id4的电流是Vgs5和Vgs8的函数，可表示为： Id4= f (Vgs5) = f (Vgs8) (3) 同时嵌位OPA的输出电压可以表不为 V0= Vgs5+Vgs8+Vblas (4) 由上式可以使嵌位OPA的输出电压与Id4达到一种自适应匹配。 同样对于嵌位OPA来说，失调电压的影响很重要，其公式如下： 由上式可知，减小MOS管的过驱动电压可以减小失调，可知如果MOS偏置在亚阈值 区，整个运放的失调较小。所以图3中所示的嵌位OPA通过较低的偏置电压V blas工作在亚 阈值区，失调较小。 图4是图2中中间虚线方框中的小信号电路图，对于总体的电路，由于Bias电压 固定，所以输入差分对管之一的PMOS管Mpl管这条支路电流保持不变，那么对于交流小信 号分析，A点可以认为是交流地。其中gml是输入管Mp2的跨导、gm2是Mn3的跨导，忽略体 效应，设净输入电压Vin = Vgs，其中gm2为输入管Mp2的跨导，gm3为反馈晶体管Mn3的 跨导，由于Mp3为共源输入管，这里Vgs与Vo的相位相反。 由小信号电路图可知，Mn3的漏电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功耗线性跨导误差放大器，其特征在于，包括偏置电路模块和采用局部源级负反馈的二级主运放模块，偏置电路模块包含嵌位OPA运算放大器、PMOS管Mp4、PMOS管Mp8和NMOS管Mn5，嵌位OPA运算放大器的正向输入端外接偏置电压Vbias，嵌位OPA运算放大器的反向输入端外接PMOS管Mp8的栅极；NMOS管Mn5的栅极连接嵌位OPA运算放大器的输出端，NMOS管Mn5的源级连接PMOS管Mp8的源级，NMOS管Mn5的漏极连接PMOS管Mp4的漏极，PMOS管Mp8的漏极接地；采用局部源级负反馈的二级主运放模块包括PMOS管Mp1、PMOS管Mp2、PMOS管Mp3、PMOS管Mp5、PMOS管Mp6、PMOS管Mp9、NMOS管Mn1、NMOS管Mn2、NMOS管Mn3、NMOS管Mn4、电阻R1、电阻R2、电阻RS和米勒电容C1，PMOS管Mp3的栅极连接PMOS管Mp4的栅极，PMOS管Mp3的源级连接电源，PMOS管Mp3的漏极分别连接输入管PMOS管Mp1、电阻RS一端，电阻RS的另一端连接PMOS管Mp2的源级，PMOS管Mp1栅极作为整个误差放大器的正向输入端，PMOS管Mp2的栅极作为整个误差放大器的反向输入端，PMOS管Mp1的漏极连接NMOS管Mn1的漏极且作为嵌位OPA运算放大器的反向输入端，PMOS管Mp2的漏极连接NMOS管Mn2的漏极，NMOS管Mn1的栅极连接NMOS管Mn2的栅极且作为嵌位OPA运算放大器的正向输入端，NMOS管Mn2的漏极作为第一级的输出连接至NMOS管Mn3的栅极，NMOS管Mn3的源级接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地，NMOS管Mn3的漏极反馈连接回输入管PMOS管Mp2的源级形成局部源级负反馈结构。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘帘曦，罗勇，周逸阳，朱樟明，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61