一种低电压低功耗运算放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种低电压低功耗运算放大器，包含：作为输入端的第一部分，其中设置有差分放大级，以及与差分放大级电路连接的跨导恒定控制电路；第二部分，其中设置的折叠式共源共栅放大级，与第一部分的差分放大级电路连接，使第一部分和第二部分一起构成运算放大器的第一级放大；第三部分，其中设置的AB类偏置电路及轨对轨输出级，分别与第二部分电路连接，使轨对轨输出级在所述AB类偏置电路的控制下，构成运算放大器的第二级放大；AB类偏置电路包含一箝位电路，当所述运算放大器在提供或吸收外围电路的电流时，控制轨对轨输出级的栅极电压，以使运算放大器呈现低功耗特性。本发明专利技术在提供或吸收外围电路的电流时，都表现出低功耗特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路设计
，具体涉及一种能够广泛应用于信号处理和信号放大系统的低电压低功耗通用输入输出轨对轨运算放大器。
技术介绍
运算放大器广泛应用于消费类电子器件，通信设备，工业控制系统和医疗器件中。随着手提设备的广泛应用，低电源电压，以及低功耗的放大器变的越来越重要。AB类输入输出轨对轨运算放大器具备低功耗，高增益的特性。但是，现有技术中的运算放大器，如图1～3所示，在当要吸收外围电路的电流时，会表现出运算放大器内部所需要的电流变大，造成整个运算放大器的功耗变大的问题，没有达到运算放大器低功耗的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低电压低功耗运算放大器，在提供或吸收外围电路的电流时，都表现出低功耗特性。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种低电压低功耗运算放大器，其特点是，所述运算放大器中，包含依次电路连接的以下三个部分：作为输入端的第一部分，其中设置有差分放大级，以及与所述差分放大级电路连接的跨导恒定控制电路；第二部分，其中设置的折叠式共源共栅放大级，与所述第一部分的差分放大级电路连接，使所述第一部分和第二部分一起构成所述运算放大器的第一级放大；第三部分，其中设置的AB类偏置电路及轨对轨输出级，分别与所述第二部分电路连接，使所述轨对轨输出级在所述AB类偏置电路的控制下，构成所述运算放大器的第二级放大；所述的AB类偏置电路包含一箝位电路，当所述运算放大器在提供或吸收外围电路的电流时，控制轨对轨输出级的栅极电压，以使运算放大器呈现低功耗特性。所述的第一部分的差分放大级中，包含电路连接的一对N型晶体管及一第一尾电流源，和电路连接的一对P型晶体管及一第二尾电流源；所述第一部分的跨导恒定控制电路通过两条输出支路分别电路连接至两个所述尾电流源；所述跨导恒定控制电路中，进一步包含：在一个第一支路上电路连接的一个第一晶体管，一对第二晶体管及一个第三晶体管；在一个第二支路上电路连接的一个第四晶体管，一对第五晶体管及一个第六晶体管。所述的跨导恒定控制电路中，流过一对所述第二晶体管的电流与流过所述第一部分的一对P型晶体管的电流成比例，其比例数值等于流过所述第一晶体管的电流与所述第一尾电流源的电流相比的比例数值；并且，流过一对所述第五晶体管的电流与流过所述第一部分的一对N型晶体管的电流成比例，其比例数值等于所述第六晶体管与所述第二尾电流源的电流相比的比例数值。所述的跨导恒定控制电路中，第三晶体管和第四晶体管中流过的电流总和是一个不随共模工作点变化的固定值，并且，第一晶体管和第六晶体管中流过的电流总和也是一个不随共模工作点变化的固定值，使得第一尾电流源和第二尾电流源中流过的电流总和不随共模工作点变化而变化。所述的跨导恒定控制电路中，所述的第一支路上的最低工作电压为所述第一晶体管的源漏电压，第二晶体管的源漏电压，及第三晶体管的栅源电压相加的总和；即，所述第一支路的工作电压大于等于1.55V；并且，所述第二支路上的最低工作电压为所述第四晶体管的源栅电压，第五晶体管的漏源电压，及第六晶体管的漏源电压相加的总和；即，所述第二支路的工作电压大于等于1.55V。所述的第二部分的折叠式共源共柵放大级，包含电路连接若干个第七晶体管构成的共源共栅放大级，电路连接另外的若干个第八晶体管及一个增益放大器构成的差分到单端的转换模块，以及通过一个第一电流源控制第二部分所需偏置电流的偏置放大器。所述的第二部分的共源共栅放大级中进一步包含作为内部辅助运放的两个输入晶体管；通过在所述第三部分的AB类偏置电路中设置的一个环路负反馈，使这两个输入晶体管的栅极两端的电压一样；所述环路负反馈，进一步包含：在一个第三支路上电路连接的第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管；在一个第四支路上电路连接的第十二晶体管和第十三晶体管；所述第三部分的轨对轨输出级中，包含与AB类偏置电路电路连接的第一输出晶体管和第二输出晶体管；其中，电路连接所述第九晶体管与所述第十二晶体管形成一个第一电流镜；电路连接所述第十晶体管与所述第一输出晶体管形成一个第二电流镜；电路连接所述第十三晶体管与所述第二输出晶体管形成一个第三电流镜；通过内部辅助运放的两个输入晶体管、第一电流镜、第二电流镜及第三电流镜，使得第三部分中每个晶体管的静态电流都能够由AB类偏置电路中设置的一个第二电流源的电流值确定。所述的箝位电路包含一箝位晶体管，分别与第四支路上的第十二晶体管和第十三晶体管电路连接，一偏置电压源设置在所述箝位晶体管的栅极。当第十晶体管和第一输出晶体管的管子数量比例为1∶3N，第十三晶体管和第二输出晶体管的管子数量比例设置成1∶N，并且流过第九晶体管与第十二晶体管的电流的比例是1∶1时，则流过第十晶体管和第一输出晶体管的电流的比例是1∶3N，流过第十三晶体管和第二输出晶体管的电流的比例是1∶N；假设第十三晶体管流过的电流为I，则第一输出晶体管和第二输出晶体管上流过的电流为N*I；如果第十晶体管工作在饱和区，则该第十晶体管上流过的电流为1/3*I；因此，当所述第三部分设置的输出端OUT端没有输出电流时，第九晶体管将工作在线性区，使得第十二晶体管流过的电流为第九晶体管流过的电流的3倍。所述的AB类偏置电路中，第三支路的最低工作电压为第九晶体管的源漏电压，第十晶体管的源漏电压，及第十一晶体管的栅源电压相加的总和；即，所述第三支路的工作电压大于等于1.55V；第四支路的最低工作电压为第十二晶体管的源栅电压，及第十三晶体管的漏源电压相加的总和；即，所述第四支路的工作电压大于等于1.4V。本专利技术一种低电压低功耗运算放大器与现有技术相比具有以下优点：本专利技术通过在AB类偏置电路中增加一个箝位电路，使得运算放大器在提供或吸收外围电路的电流时，都表现出低功耗特性。附图说明图1为一种低电压低功耗运算放大器的整体结构示意图；图2为跨导恒定控制电路的整体结构示意图；图3为现有技术中的AB类偏置电路的整体结构示意图；图4为本专利技术的AB类偏置电路的整体结构示意图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。如图1所示，是现有技术中一种使用0.35um标准CMOS工艺基础上设计，最低工作电压能够降低到1.6V的高增益通用输入输出轨对轨运算放大器。配合参见图2、图3所示，现有技术中的运算放大器，包含依次电路连接的以下三个部分：作为输入端的第一部分，其中设置有差分放大级，以及与所述差分放大级电路连接的跨导恒定控制电路121；第二部分，其中设置的折叠式共源共栅放大级，与所述第一部分的差分放大级电路连接，使所述第一部分和第二部分一起构成所述运算放大器的第一级放大；第三部分，其中设置的AB类偏置电路109及轨对轨输出级，分别与所述第二部分电路连接，使所述轨对轨输出级在所述AB类偏置电路109的控制下，构成所述运算放大器的第二级放大。由于分别采用了最低工作电压在1.6V左右的恒定跨导控制电路(如图2所示)及AB类偏置电路(如图3所示)，使得AB类运算放大器的最低工作电压能够降低到1.6V，具有高增益，高电源抑制比，低电压工作特性。如图1所示，在第一部分的输入级中包含一对N型晶体管124和125，一对P型晶体管122和123，及尾电流源101和120，其连接方式及工作原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电压低功耗运算放大器，其特征在于，所述运算放大器中，包含依次电路连接的以下三个部分：作为输入端的第一部分，其中设置有差分放大级，以及与所述差分放大级电路连接的跨导恒定控制电路；第二部分，其中设置的折叠式共源共栅放大级，与所述第一部分的差分放大级电路连接，使所述第一部分和第二部分一起构成所述运算放大器的第一级放大；第三部分，其中设置的AB类偏置电路及轨对轨输出级，分别与所述第二部分电路连接，使所述轨对轨输出级在所述AB类偏置电路的控制下，构成所述运算放大器的第二级放大；所述的AB类偏置电路包含一箝位电路，当所述运算放大器在提供或吸收外围电路的电流时，控制轨对轨输出级的栅极电压，以使运算放大器呈现低功耗特性。

【技术特征摘要】
1.一种低电压低功耗运算放大器，其特征在于，所述运算放大器中，包含依次电路连接的以下三个部分：作为输入端的第一部分，其中设置有差分放大级，以及与所述差分放大级电路连接的跨导恒定控制电路；第二部分，其中设置的折叠式共源共栅放大级，与所述第一部分的差分放大级电路连接，使所述第一部分和第二部分一起构成所述运算放大器的第一级放大；第三部分，其中设置的AB类偏置电路及轨对轨输出级，分别与所述第二部分电路连接，使所述轨对轨输出级在所述AB类偏置电路的控制下，构成所述运算放大器的第二级放大；所述的AB类偏置电路包含一箝位电路，当所述运算放大器在提供或吸收外围电路的电流时，控制轨对轨输出级的栅极电压，以使运算放大器呈现低功耗特性。2.如权利要求1所述的低电压低功耗运算放大器，其特征在于，所述的第一部分的差分放大级中，包含电路连接的一对N型晶体管及一第一尾电流源，和电路连接的一对P型晶体管及一第二尾电流源；所述第一部分的跨导恒定控制电路通过两条输出支路分别电路连接至两个所述尾电流源；所述跨导恒定控制电路中，进一步包含：在一个第一支路上电路连接的一个第一晶体管，一对第二晶体管及一个第三晶体管；在一个第二支路上电路连接的一个第四晶体管，一对第五晶体管及一个第六晶体管。3.如权利要求2所述的低电压低功耗运算放大器，其特征在于，所述的跨导恒定控制电路中，流过一对所述第二晶体管的电流与流过所述第一部分的一对P型晶体管的电流成比例，其比例数值等于流过所述第一晶体管的电流与所述第一尾电流源的电流相比的比例数值；并且，流过一对所述第五晶体管的电流与流过所述第一部分的一对N型晶体管的电流成比例，其比例数值等于所述第六晶体管与所述第二尾电流源的电流相比的比例数值。4.如权利要求3所述的低电压低功耗运算放大器，其特征在于，所述的跨导恒定控制电路中，第三晶体管和第四晶体管中流过的电流总和是一个不随共模工作点变化的固定值，并且，第一晶体管和第六晶体管中流过的电流总和也是一个不随共模工作点变化的固定值，使得第一尾电流源和第二尾电流源中流过的电流总和不随共模工作点变化而变化。5.如权利要求4所述的低电压低功耗运算放大器，其特征在于，所述的跨导恒定控制电路中，所述的第一支路上的最低工作电压为所述第一晶体管的源漏电压，第二晶体管的源漏电压，及第三晶体管的栅源电压相加的总和；即，所述第一支路的工作电压大于等于1.55V；并且，所述第二支路上的最低工作电压为所述第四晶体管的源栅电压，第五晶体管的漏源电压，及第六晶体管的漏源电压相加的总和；即，所述第二支路的工作电压大于等于1.55V。6.如权利要求1或5所述的低电压低功耗运算放大器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宇俊，张智才，
申请(专利权)人：苏州源智宇电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32