一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，包括高共模输入电压下的差分输入对、低共模输入电压下的差分输入对、选择电路和输出级，高共模输入电压下的差分输入对的输入端与选择电路的输入端连接，并连接有电流沉I

【技术实现步骤摘要】
一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路
本技术涉及模拟电路
，具体涉及一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路。
技术介绍
随着手机、PDA、数码相机和智能手环、手表等便携式设备功能日益多样化，现代CMOS工艺集成度也越来越高，研究开发低功耗设计技术成为IC设计领域的热点。常见的降低电路功耗的方法是降低电路的工作电源电压，实现电子设备的长时间续航。运算放大器电路作为模拟集成电路中最为基本的一个部分，对低电源电压、宽共模输入范围运算放大器电路的研究变得很有意义。对于传统的运算放大器架构，较低的电源电压会大幅度降低电路的共模输入范围，影响电路的信噪比，常用的提升电路共模输入范围的方法就是采用NMOS差分输入对和PMOS差分输入对并联作为输入电路，当共模输入电压在一定范围内从小到大变化时，至少有一对差分输入对处于工作状态，从而保证电路近似于输入电源电压低电位到输入电源电压高电位(即rail-to-rail)的共模输入范围。但是，这种提升共模输入范围的设计方法对电路的最小工作电压有一定的限制，具体的会受到过驱动电压Vdsat和栅源电压VGS的限制，这种方法显然不适用于超低电源电压工作电路。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，能实现电路在低电源电压下的正常工作，同时保证电路具有较宽的共模输入范围，在相等的输入摆幅要求下，能明显的降低对电源电压的要求。本技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：r>一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，包括高共模输入电压下的差分输入对、低共模输入电压下的差分输入对、选择电路和输出级，高共模输入电压下的差分输入对的输入端与选择电路的输入端连接，并连接有电流沉Ibias0，高共模输入电压下的差分输入对的输出端与输出级的输入端连接，选择电路的输出端与低共模输入电压下的差分输入对的输入端连接，低共模输入电压下的差分输入对的输出端与输出级的输入端连接。按照上述技术方案，高共模输入电压下的差分输入对包括标准NMOS管NM1和标准NMOS管NM3，标准NMOS管NM1的源极和标准NMOS管NM3的源极与选择电路的输入端连接，并与电流沉Ibias0的一端连接，电流沉Ibias0的另一端接地，标准NMOS管NM1的漏极与输出级的节点X连接，标准NMOS管NM3的漏极与输出级的节点Y连接，标准NMOS管NM1的栅极与同相输入端VIN1连接，标准NMOS管NM3的栅极与反相输入端VIN2连接。按照上述技术方案，低共模输入电压下的差分输入对包括本征NMOS管NM4和本征NMOS管NM5，本征NMOS管NM4的源极与本征NMOS管NM5的源极连接，并与选择电路的标准NMOS管NM2的漏极连接，本征NMOS管NM4的漏极和本征NMOS管NM5的漏极经防导通电路分别与输出级的节点X和节点Y连接，本征NMOS管NM4的栅极与同相输入端VIN1连接，本征NMOS管NM5的栅极与反相输入端VIN2连接。按照上述技术方案，选择电路包括标准NMOS管NM2，标准NMOS管NM2的源极与电流沉Ibias0连接，并且与高共模输入电压下的差分输入对的标准NMOS管NM1和标准NMOS管NM3的源极连接，标准NMOS管NM2的漏极与低共模输入电压下的差分输入对的本征NMOS管NM4的源极和本征NMOS管NM5的源极连接，标准NMOS管NM2的栅极与基准电压VR连接。按照上述技术方案，低共模输入电压下的差分输入对与输出级之间连接有防导通电路，防导通电路包括本征NMOS管NM6和本征NMOS管NM7，本征NMOS管NM6的源极和本征NMOS管NM7的源极分别与低共模输入电压下的差分输入对的本征NMOS管NM4的漏极和本征NMOS管NM5的漏极连接，本征NMOS管NM6的漏极和本征NMOS管NM7的漏极分别与输出级的节点X和节点Y连接，本征NMOS管NM6的栅极与本征NMOS管NM7的栅极连接，并与基准电压VR和标准NMOS管NM2的栅极连接。按照上述技术方案，输出级包括PMOS共源共栅电路和第一电流镜，PMOS共源共栅电路的一端与第一电流镜的输入端连接，并记为节点M，PMOS共源共栅电路的另一端与第一电流镜的输出端连接，并记为节点N作为整体电路的输出端。按照上述技术方案，输出级包括PMOS共源共栅电路和NMOS共源共栅电路，PMOS共源共栅电路的一端与NMOS共源共栅电路的一端连接，并记为节点M作为整体电路的一个输出端，PMOS共源共栅电路的另一端与NMOS共源共栅电路的另一端连接，并记为节点N作为整体电路的另一输出端。按照上述技术方案，输出级还包括Class-AB输出级，PMOS共源共栅电路的一端与节点M连接，且与NMOS共源共栅电路的一端连接，并作为Class-AB输出级的一个输入端，PMOS共源共栅电路的另一端与节点N连接，且与NMOS共源共栅电路的另一端连接，并作为Class-AB输出级的另一个输入端，Class-AB输出级的输出端与整体电路的输出端连接。按照上述技术方案，输出级包括第二电流镜和共源极电路，第二电流镜的输入端与节点X连接，第二电流镜的输出端与节点Y连接，并作为共源极电路的输入端，共源极电路的输出端作为整体电路的输出端。按照上述技术方案，输出级包括第三电流镜、第四电流镜和第五电流镜，第三电流镜的输入端与节点X连接，第三电流镜的输出端与第四电流镜的输入端连接，第四电流镜的输出端与第五电流镜的输出端连接，且作为输出级的输出端OUT，第五电流镜的输入端与节点Y连接。本技术具有以下有益效果：本技术同时采用高共模输入电压下的差分输入对形成的输入管和低共模输入电压下的差分输入对形成的输入管作为输入级电路，选择电路根据输入信号的大小，对输入信号的传输路径进行选择，即对处于工作状态的输入管进行选择，输入信号经过输入级电路后，并经过输出级产生输出信号，能实现电路在低电源电压下的正常工作，同时保证电路具有较宽的共模输入范围；相比较传统的轨到轨(NMOS管和PMOS管并联)的输入结构，在相等的输入摆幅要求下，能明显的降低对电源电压的要求，即能明显的降低放大器电路所需的最小工作电源电压，同时得到近似于输入电源电压低电位到输入电源电压高电位(即rail-to-rail)的共模输入范围。附图说明图1是本技术实施例中低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路的电路原理图；图2是本技术实施例一中输出级的电路原理图；图3是本技术实施例二中输出级的电路原理图；图4是本技术实施例三中输出级的电路原理图；图5是本技术实施例四中输出级的电路原理图；图6是本技术实施例五中输出级的电路原理图；图7是本技术实施例中共模输入范围随电源电压的变化曲线；图中，101-高共模输入电压下的差分输入对，102-低共模输入电压下的差分输入对，103-选择电路，104-防本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，其特征在于，包括高共模输入电压下的差分输入对、低共模输入电压下的差分输入对、选择电路和输出级，高共模输入电压下的差分输入对的输入端与选择电路的输入端连接，并连接有电流沉I

【技术特征摘要】
1.一种低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，其特征在于，包括高共模输入电压下的差分输入对、低共模输入电压下的差分输入对、选择电路和输出级，高共模输入电压下的差分输入对的输入端与选择电路的输入端连接，并连接有电流沉Ibias0，高共模输入电压下的差分输入对的输出端与输出级的输入端连接，选择电路的输出端与低共模输入电压下的差分输入对的输入端连接，低共模输入电压下的差分输入对的输出端与输出级的输入端连接。


2.根据权利要求1所述的低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，其特征在于，高共模输入电压下的差分输入对包括标准NMOS管NM1和标准NMOS管NM3，标准NMOS管NM1的源极和标准NMOS管NM3的源极与选择电路的输入端连接，并与电流沉Ibias0连接，标准NMOS管NM1的漏极与输出级的节点X连接，标准NMOS管NM3的漏极与输出级的节点Y连接，标准NMOS管NM1的栅极与输入端VIN1连接，标准NMOS管NM3的栅极与输入端VIN2连接。


3.根据权利要求1所述的低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，其特征在于，低共模输入电压下的差分输入对包括本征NMOS管NM4和本征NMOS管NM5，本征NMOS管NM4的源极与本征NMOS管NM5的源极连接，并与选择电路连接，本征NMOS管NM4的漏极和本征NMOS管NM5的漏极分别与输出级的节点X和节点Y连接，本征NMOS管NM4的栅极与输入端VIN1连接，本征NMOS管NM5的栅极与输入端VIN2连接。


4.根据权利要求1所述的低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，其特征在于，选择电路包括标准NMOS管NM2，标准NMOS管NM2的源极与电流沉Ibias0连接，标准NMOS管NM2的漏极与低共模输入电压下的差分输入对连接，标准NMOS管NM2的栅极与基准电压VR连接。


5.根据权利要求1所述的低电源电压宽共模输入范围运算放大器电路，其特征在于，低共模输入电压下的差分输入对与输出级之间连接有防导通电路，防导通电路包括本征NMOS管NM6和本征NMOS管NM7，本征NMOS管NM6的源极和本征NM...

【专利技术属性】
技术研发人员：董维斌，陈壮梁，徐延超，
申请(专利权)人：武汉韦尔半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42