动态CMOS运算放大器的压摆率增加器制造技术

本发明专利技术公开一种动态ＣＭＯＳ运算放大器的压摆率增加器，该运算放大器具有一正相输入端、一负相输入端、一正相输出端及一负相输出端，该压摆率增加器包括：一比较单元，根据正相输入端电压和负相输入端电压的差值确定一第一状态信号和一第二状态信号，当正相输入端电压和负相输入端电压的差大于一临界电压时，使该第一状态信号有效，当负相输入端电压和正相输入端电压的差大于该临界电压时，使该第二状态信号有效；一执行单元，接收该状态信号，其中当接收到有效的第一状态信号时，增加对正相输出端的充电电流和对负相输出端的放电电流，当接收到有效的该第二状态信号时，增加对负相输出端的充电电流和对正相输出端的放电电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低电源电压CMOS/BiCMOS模拟集成电路中低功耗运算 放大器的设计，尤其涉及可增加这种运算放大器的压摆率的压摆率增加器。
技术介绍
在许多应用中运算放大器的小信号性能和压摆性能对其工作电流值有不 同要求。例如在图1所示的一个高信噪比sigma-delta模数转换器调制器中，第 --级积分器有3pF采样电容Cs，在60ns内要求运算放大器(Operational Amplifier) 能够转移到积分电容Cc的最大电荷Q为3pF x IV。如果分配30ns给压摆建立 时间，分配30ns给线性小信号建立时间，压摆性能需要100uA单边输出级驱 动电流Idri，而30MHz单位增益带宽的小信号性能只需要25uA单边输出级偏 置电流Idri。(这里采用电流型运算放大器，当受次极点限制时，带宽不与偏 置电流值成正比。)运算放大器的直接作用是通过电流Wri转移Cs上的Q到Cc而使电压Vip -Vin.如果Vip和Vin之间存在较大的电压差，意味着放大器处于压摆状态。 这可以用作增加Idri的判断信号，来縮短压摆建立时间；如果Vip和Vin之间 电压差较小，意味着放大器处于小信号状态，Idd处于较低的偏置电流值。采用以上方法的现有电路有AB类输入级运算放大器(R. Castello andP.R. Gray, " A high-performance micropower switched-capacitor filter," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 20, no. 6, pp. 1122-1132， Dec. 1985)，其半边电路如图 2所示，Vin降低两个晶体管(输入MOS管Mni和Mpi)导通电压后得到Vins.在小信号状态Vip = Vin，电路偏置在Idri = M x Ii = M x Iqui (静态输入级 偏置电流)。在压摆状态，比如Vip〉Vin， Ii(进而Idri)增大很多，以縮短压摆 建立时间，同时另半边电路关闭。然而当电源电压Vpow随着工艺关键尺寸縮小而降低时，因为Vip与Vins之差接近电源电压值，没有电压空间来导通晶体管Mni和Mpi，所以该电路不再有效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种动态CMOS运算放大器的压摆率 增加器，它可以有效地实现低电源电压低功耗运算放大器的高压摆率。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种动态CMOS运 算放大器的压摆率增加器，该压摆率增加器包括一比较单元和一执行单元。比 较单元的输入端连接运算放大器的正相输入端和负相输入端，比较单元根据正 相输入端电压和负相输入端电压的差值确定一第一状态信号和一第二状态信 号，其中，当正相输入端电压和负相输入端电压的差大于一临界电压时，使第 一状态信号有效，当负相输入端电压和正相输入端电压的差大于该临界电压 时，使第二状态信号有效。执行单元的输入端连接比较单元，输出端连接运算 放大器的正相输出端及负相输出端，执行单元接收该状态信号，其中当接收到 第一状态信号且第一状态信号有效时，增加对运算放大器的正相输出端的充电 电流和对负相输出端的放电电流，当接收到第二状态信号时且第二状态信号有 效时，增加对运算放大器的负相输出端的充电电流和对正相输出端的放电电 流。上述动态CMOS运算放大器的压摆率增加器中，比较单元可进一步包括第 一比较器和第二比较器。第一比较器具有一正相输入端、 一负相输入端及一输 出端，该正相输入端连接运算放大器的正相输入端，该负相输入端连接运算放 大器的负相输入端，该输出端输出该第一状态信号，且该负相输入端具有一失 调电压；第二比较器具有一正相输入端、 一负相输入端及一输出端，该正相输 入端连接运算放大器的负相输入端，该负相输入端连接运算放大器的正相输入 端，该输出端输出该第二状态信号，且该负相输入端具有一失调电压。上述的动态CMOS运算放大器的压摆率增加器中，执行单元可进一步包括 第一、第二、第三、第四电流源，以及第一、第二开关。其中第一电流源和第 二电流源连接一电压源，第三电流源和第四电流源连接一接地端；第一开关提 供第一电流源至运算放大器的正相输出端的充电路径和负相输出端至第四电流源的放电路径，第二开关提供第二电流源至运算放大器的负相输出端的充电 路径和正相输出端至第三电流源的放电路径。当第一状态信号有效时，第一开 关闭合，使第一电流源至该正相输出端的充电路径导通，且该负相输出端至该 第四电流源的放电路径导通；当该第二状态信号有效时，该第二开关闭合，使 第二电流源至该负相输出端的充电路径导通，且该正相输出端至该第三电流源 的放电路径导通。进一步地，该第一开关可连接于该第一电流源与该正相输出端之间，并连 接于该第四电流源与该负相输出端之间。其次，该第二开关可连接于该第二电 流源与该负相输出端之间，并连接于该第三电流源与该正相输出端之间。上述的动态CMOS运算放大器的压摆率增加器中，该临界电压小于产生运 算放大器偏置电流能够及时转移的电荷的最大电压值。举例来说，该临界电压可为500mV。本专利技术还提供一种动态CMOS运算放大器的压摆率增加器，包括结构对称 的第一半边电路及第二半边电路，第一半边电路包括第一比例电流源、第二比例电流源以及第一至第四开关晶体管。其中第一比例电流源具有一输入端及第 一、第二输出端，该输入端连接一电源电压，该第一输出端连接一第一节点， 该第二输出端连接该正相输出端；第二比例电流源具有一输入端及第一、第二输出端，该输入端连接一接地电压，该第一输出端连接一第二节点'该第二输 出端连接该负相输出端。第一开关晶体管的第一源/漏极连接一电源电压，其第 二源/漏极连接该第一节点，其栅极连接一第一开关信号。第二开关晶体管的第 一源/漏极连接一接地电压，其第二源/漏极连接该第二节点，其栅极连接一第 二开关信号。第三开关晶体管的第一源/漏极连接该第一节点，其第二源/漏极 连接该第二节点，其栅极连接一第三开关信号。第四开关晶体管的第一源/漏极 连接该第一节点，其第二源/漏极连接该第二节点，其栅极连接一第四开关信号。上述第一比例电流源进一步包括一第一晶体管及一第二晶体管'该第一晶 体管的源极和第二晶体管的源极连接该输入端，该第一晶体管的栅极和第二晶 体管的栅极连接该第一节点，该第一晶体管的漏极连接该第一输出端，该第二 晶体管的漏极连接该第二输出端。上述第二比例电流源进一步包括一第三晶体管及一第四晶体管，该第三晶体管的源极和第四晶体管的源极连接该输入端，该第三晶体管的栅极和第四晶 体管的栅极连接该第二节点，该第三晶体管的漏极连接该第一输出端，该第四 晶体管的漏极连接该第二输出端。上述第一开关晶体管可以是NMOS晶体管，其第一源/漏极是源极，其第二源/漏极是漏极。上述第二开关晶体管可以是PMOS晶体管，其第一源/漏极 是漏极，其第二源/漏极是源极。此外，上述第三开关晶体管可以是PMOS晶 体管，其第一源/漏极是漏极，其第二源/漏极是源极；而上述第四开关晶体管 可以是NMOS晶体管，其第一源/漏极是源极，其第二源/漏极是漏极。上述的动态CMOS运算放大器的压摆率增加器，还可包括一补偿晶体管， 其栅极连接该第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态ＣＭＯＳ运算放大器的压摆率增加器，该运算放大器具有一正相输入端、一负相输入端、一正相输出端及一负相输出端，其特征在于，该压摆率增加器包括：　一比较单元，其输入端连接该正相输入端和该负相输入端，比较单元根据正相输入端电压和负相输入端电压的差值确定一第一状态信号和一第二状态信号，其中，当正相输入端电压和负相输入端电压的差大于该一临界电压时，输出有效的第一状态信号，当负相输入端电压和正相输入端电压的差大于该临界电压时，输出有效的第二状态信号；　一执行单元，其输入端连接该比较单元，其输出端连接该正相输出端及该负相输出端，执行单元接收该状态信号，其中当接收到有效的第一状态信号时，增加对该正相输出端的充电电流和对该负相输出端的放电电流，当接收到有效的第二状态信号时，增加对该负相输出端的充电电流和对该正相输出端的放电电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅志军，
申请(专利权)人：展讯通信上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]