轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，用于保持放大器的跨导不随输入共模电压发生变化，其特征在于，包括第一共模感知电压组件、第二共模感知电压组件、第一差分输入对组件和第二差分输入对组件，所述第一共模感知电压组件通过晶体管PM4和晶体管PM3与所述第一差分输入对组件电性连接。本实用新型专利技术公开的一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，其作为轨到轨的放大器输入级电路，而保持放大器的跨导不随输入共模电压发生变化。随输入共模电压发生变化。随输入共模电压发生变化。

【技术实现步骤摘要】
轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路


[0001]本技术属于集成电路设计的宽摆幅轨到轨放大器
，具体涉及一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路。

技术介绍

[0002]为了实现放大器尽可能大的信号输入范围，输入信号最大接近电源电压，最低到负电源电压附近，或到地电位附近，这就是所谓轨到轨放大器的输入级。NMOS差分输入对输入信号的电压范围是：V
Dsat
+V
GSn
≤V
innCM
≤V
CC
；PMOS差分输入对输入信号的电压范围是：V
ss
≤V
inpCM
≤V
Dsat
+V
GSp
。式中V
Dsat
是MOS管的过驱动电压；V
GSn
是NMOS管的栅源电压；V
GSp
是PMOS管栅源电压的绝对值；V
SS
是负电源电压，或地电压。如果采用这两种差分输入对就可以实现轨到轨的信号输入，这种结构叫互补差分对，图1输入级差分电路共模信号的适应范围。
[0003]图2给出了传统的轨到轨放大器的输入级电路。它是是由一对NMOS差分对和一对PMOS差分对构成的互补差分对。当输入共模电压趋近电源电压VCC时，PMOS差分对停止工作，而NMOS差分对仍正常工作；当输入共模电压趋近负电源电压(VSS)时，PMOS差分对工作，而NMOS差分对则停止工作；当输入共模电压处于两个电源电压的中间NMOS差分对和PMOS差分对都可以正常工作，而且有很大的交叠区域。此结构虽然实现了轨到轨的信号输入范围，但在工作的交叠区域输入级电路的跨导增加了一倍，如图3所示为总的跨导随输入共模电压变化的情况，用公式(1)～(3)表示。放大器的增益带宽积(GBW)及压摆率(Selw rate)都是变化的，放大器的频率补偿也非最优。
[0004]在MOS管的饱和区域，漏极电流的表达是：
[0005][0006]在饱和区域NMOS晶体管和PMOS晶体管的跨导表达式分别是：
[0007][0008]互补差分对总的跨导是：
[0009][0010]公式中选取互补差分对的尺寸，使得K
n
＝K
p
，
[0011]就可以得到：
[0012]取互补差分对的尾部电流I
n
＝I
p
＝I
ref
，在互补差分对共同工作的交叠部分，总的跨导就是两个单独工作跨导的一倍，
[0013]如果保持Iref为常数，根据数学公式：互补差分对一对不工作，而另一对工作，工作差分对的尾部电流设为4I
ref
，那么，总的跨导g
mT
就会保持不变，实现常数跨导。
[0014]图4是这种控制平方根电流实现常数跨导的一种电路。在共模输入信号的中间电压区域，PM6和NM6同时关闭。两个互补差分对的尾部电流都是I
ref
，总的跨导是：共模电压在高电平区域，差分对PM1和PM2因输入电平太高而截至，而差分对NM1和NM2则处于工作状态。此时，Vrp是高电平，PM6关闭，NM6开起。PM4和PM5都处于截至状态，没有电流流过。PM3的镜像电流通过NM6注入到NMOS管NM5，电流是I
ref
。NM3和NM4共同构成了NMOS差分对NM1/NM2的尾部镜像电流管，总的电流是4I
ref
。总的跨导是：同样共模电压在低电压区域，NMOS差分对NM1/NM2处于截至区域，Vrp是低电平，NM6截至，PM6开起。PMOS差分对PM1/PM2的尾部电流也是4I
ref
，跨导是：在三个共模电压区域跨导保持了一致。
[0015]这种平方根1:3电流镜像电路是建立在MOS管漏极电流平方特性的基础之上的，但是在现代深亚微米CMOS工艺中MOS管在饱和区域的漏极电流不再精确遵守该平方规律，这是该方法的最大缺陷。
[0016]实现轨到轨放大器输入级常数跨导的另外一种常用的方法是用电平转移，图5是该方法实现电路的示意图。通过把输入共模电平转移到高电平，或低电平实现两个差分互补对的同时工作。但该方法工作电源电压不能太低，不适合应用于低电源电压的领域。
[0017]因此，针对上述问题，予以进一步改进。

技术实现思路

[0018]本技术的主要目的在于提供轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，其作为轨到轨的放大器输入级电路，而保持放大器的跨导不随输入共模电压发生变化。
[0019]本技术的另一目的在于提供轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，其适合于深亚微米CMOS工艺，低电压应用领域。
[0020]本技术的另一目的在于提供轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，第二差分输入对组件和第一差分输入对组件分别在靠近正电源V
CC
和负电源V
SS
的区间工作，第二差分输入对组件对和第一差分输入对组件的尾部电流分别由晶体管NM3和晶体管PM3提供，通过镜像比例设置，可以使这两个电流相等，从而使两个差分对的跨导和压摆率(Slew rate)等参数都保持为常数。
[0021]为达到以上目的，本技术提供一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，用于保持放大器的跨导不随输入共模电压发生变化，其特征在于，包括第一共模感知电压组件(NMOS型共模感知电压控制电流生成电路)、第二共模感知电压组件(PMOS型
共模感知电压控制电流产生电路)、第一差分输入对组件(PMOS差分输入对电路)和第二差分输入对组件(NMOS差分输入对电路)，其中：
[0022]所述第一共模感知电压组件通过晶体管PM4和晶体管PM3与所述第一差分输入对组件电性连接，所述晶体管PM4和晶体管PM3均连接电源电压V
CC
，所述第二共模感知电压组件通过晶体管NM4和晶体管NM3与所述第二差分输入对组件电性连接，所述晶体管NM4和所述晶体管NM3均连接负电源电压V
SS
；
[0023]所述第一共模感知组件通过晶体管NM5分别与所述晶体管NM4和所述晶体管NM3电性连接。
[0024]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一共模感知电压组件包括晶体管PMr1和晶体管PMr2，所述晶体管PMr1的源极和所述晶体管PMr2的源极电性连接并且所述晶体管PMr1的漏极和所述晶体管PMr2的漏极电性连接，所述晶体管PMr1的栅极连接输入信号VinN并且所述晶体管PMr2的栅极连接输入信号VinP；
[0025]所述第二共模感知电压组件包括晶体管NMr1和晶体管NMr2，所述晶体管NMr1的源极和所述晶体管NMr2的源极电性连接并且所述晶体管NMr1的漏极和所述晶体管NMr2的漏极电性连接，所述晶体管NMr1的栅极连接输入信号VinN并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，用于保持放大器的跨导不随输入共模电压发生变化，其特征在于，包括第一共模感知电压组件、第二共模感知电压组件、第一差分输入对组件和第二差分输入对组件，其中：所述第一共模感知电压组件通过晶体管PM4和晶体管PM3与所述第一差分输入对组件电性连接，所述晶体管PM4和晶体管PM3均连接电源电压V
CC
，所述第二共模感知电压组件通过晶体管NM4和晶体管NM3与所述第二差分输入对组件电性连接，所述晶体管NM4和所述晶体管NM3均连接负电源电压V
SS
；所述第一共模感知电压组件通过晶体管NM5分别与所述晶体管NM4和所述晶体管NM3电性连接。2.根据权利要求1所述的一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，其特征在于，所述第一共模感知电压组件包括晶体管PMr1和晶体管PMr2，所述晶体管PMr1的源极和所述晶体管PMr2的源极电性连接并且所述晶体管PMr1的漏极和所述晶体管PMr2的漏极电性连接，所述晶体管PMr1的栅极连接输入信号VinN并且所述晶体管PMr2的栅极连接输入信号VinP；所述第二共模感知电压组件包括晶体管NMr1和晶体管NMr2，所述晶体管NMr1的源极和所述晶体管NMr2的源极电性连接并且所述晶体管NMr1的漏极和所述晶体管NMr2的漏极电性连接，所述晶体管NMr1的栅极连接输入信号VinN并且所述晶体管NMr2的栅极连接输入信号VinP。3.根据权利要求2所述的一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入级的电路，其特征在于，所述第一差分输入对组件包括晶体管PM1和晶体管PM2，所述晶体管PM1的源极和所述晶体管PM2的源极电性连接并且所述晶体管PM1 的漏极和所述晶体管PM2的漏极分别与折叠式共源共栅电流求和级电性连接；所述第二差分输入对组件包括晶体管NM1和晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎宁，
申请(专利权)人：道崇电子科技浙江股份有限公司，
类型：新型
国别省市：