一种增益可编程的输入轨到轨运算放大器制造技术

技术编号：40041912 阅读：10 留言：0更新日期：2024-01-16 19:51

本发明专利技术涉及一种增益可编程的输入轨到轨运算放大器，包括：可编程偏置产生模块、电流计算模块和可变增益输入轨到轨运放；通过可编程偏置产生模块采用电阻分压产生高线性度的可编程偏置电压，再通过电流计算模块将偏置电压转换成偏置电流和补偿电流，调节偏置电流改变了双极型晶体管的输入跨导，补偿电流保证了流入负载电路的电流总和保持不变，即负载电路的阻抗保持恒定。通过将可编程偏置电压转换为可变电流以改变双极型晶体管的输入跨导的方式，实现增益可调节，电路增益步进调节的线性度高，电阻阵列面积小。采用双极型晶体管作为输入对管还可以减小电路整体的输入噪声，电流补偿电路对双极型晶体管进行电流补偿，实现了输入轨到轨。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模拟集成电路设计领域，具体涉及一种增益可编程的输入轨到轨运算放大器。

技术介绍

1、现有的增益可编程运算放大器，均是通过多位二进制数字码来控制增益大小的变化，因此运算放大器的增益为离散型变化。为了实现更高的增益调节精度，就需要更高位数的二进制数字码。而现有的增益可编程运算放大器的增益调节方法包括：闭环电阻调节型、开环跨导调节型、负载调节型和可变衰减网络型，这四类调节方法均是通过数字码调节开关阵列的形式实现增益调节。随着对精度要求的不断增加，需要的数字码以及电路面积也成倍增加，要实现小步长的增益步进相对困难。

2、轨到轨(rail to rail)是指输入或输出的电压范围与电源电压相等或近似相等，表现在运算放大器上，轨到轨运算放大器具有更大的电压输入或输出动态范围，能够更好地保留信号的完整性和准确性，拓展了运算放大器的应用范围。现有的输入轨到轨运算放大器，常采用mos管作为输入对管，并利用1:3电流镜补偿技术实现恒定跨导，以此实现输入轨到轨功能。然而以mos管作为输入管，会使电路中存在较大的输入噪声。

3、此外，输入轨到轨运算大器同样需要实现增益可编程。现有的输入轨到轨运算放大器的增益可编程方法包括：开环跨导调节型和负载调节型；这两种方法均需要大面积的电阻网络且增益调节的线性度较差，难以对增益编程以实现小步长的增益步进。因此，需要一种在不增加电路面积的情况下，同时具备低电路噪声、增益可调节并且增益步进调节线性度高的输入轨到轨运算放大器。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种增益可编程的输入轨到轨运算放大器。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本专利技术提供了一种增益可编程的输入轨到轨运算放大器，包括：可编程偏置产生模块、电流计算模块和可变增益输入轨到轨运放；

3、所述可编程偏置产生模块，分别输入二进制码和外部编程参考电压，将所述外部编程参考电压等分后，根据所述二进制码选择输出数字控制可编程电压vbx；

4、所述电流计算模块，分别输入所述数字控制可编程电压vbx和外部偏置电流ib，将所述数字控制可编程电压vbx转换为第一可变电流ibx并输出，再根据外部偏置电流ib和所述第一可变电流ibx获得并输出第二可变电流ibc；

5、所述可变增益输入轨到轨运放，分别输入差分输入信号、所述第一可变电流ibx和所述第二可变电流ibc；

6、其中，所述第一可变电流ibx和所述第二可变电流ibc作为所述可变增益输入轨到轨运放的偏置电流用于改变增益，实现所述差分输入信号的输入轨到轨可变增益并输出差分输出信号；

7、所述可变增益输入轨到轨运放，包括：跨导电路和负载电路；

8、所述跨导电路采用双极型晶体管作为输入对管，并采用电流补偿电路对所述双极型晶体管进行电流补偿，得到差分放大电压并输出；所述负载电路，根据所述差分放大电压产生放大增益并输出差分输出信号。

9、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：

10、本专利技术的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，通过可编程偏置产生模块采用电阻分压产生高线性度的可编程偏置电压，再通过电流计算模块将偏置电压转换成偏置电流和补偿电流，调节偏置电流改变了双极型晶体管的输入跨导，补偿电流保证了流入负载电路的电流总和保持不变，即负载电路的阻抗保持恒定。通过将可编程偏置电压转换为可变电流以改变双极型晶体管的输入跨导的方式，实现增益可调节，电路增益步进调节的线性度高，且电阻阵列面积小。同时，采用双极型晶体管作为输入对管还可以减小电路整体的输入噪声，并采用电流补偿电路对双极型晶体管进行电流补偿，实现了输入轨到轨。

11、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，包括：可编程偏置产生模块(100)、电流计算模块(200)和可变增益输入轨到轨运放(300)；

2.根据权利要求1所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述可编程偏置产生模块(100)包括：若干级电阻分压阵列(110)和缓冲器BUFFER；

3.根据权利要求2所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，每一极的所述电阻分压阵列(110)均包括：电阻R01、电阻R02、反相器INV01、反相器INV02、开关管CMOS01和开关管CMOS02；

4.根据权利要求1所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述电流计算模块(200)包括：NMOS管NM1、NMOS管NM2、NMOS管NM3、NMOS管NM4、NMOS管NM5、NMOS管NM6、NMOS管NM7、NMOS管NM8、PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4、PMOS管PM5、PMOS管PM6和电阻R1；

5.根据权利要求4所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器

6.根据权利要求5所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述负载电路(320)包括：第一级负载电路(321)、差分输出级电路(322)和共模反馈电路(323)；

7.根据权利要求6所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述第一级负载电路(321)包括：PMOS管PM27、PMOS管PM28、PMOS管PM29、PMOS管PM30、NMOS管NM31、NMOS管NM32、NMOS管NM33和NMOS管NM34；

8.根据权利要求7所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述差分输出级电路(322)包括：PMOS管PM31、PMOS管PM32、NMOS管NM35、NMOS管NM36、电容C1、电容C2、电阻R2和电阻R3；

9.根据权利要求8所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述共模反馈电路(323)包括：PMOS管PM33、PMOS管PM34、NMOS管NM37、NMOS管NM38、NMOS管NM39、电容C3、电容C4、电阻R4和电阻R5；

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【技术特征摘要】

1.一种增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，包括：可编程偏置产生模块(100)、电流计算模块(200)和可变增益输入轨到轨运放(300)；

2.根据权利要求1所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述可编程偏置产生模块(100)包括：若干级电阻分压阵列(110)和缓冲器buffer；

3.根据权利要求2所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，每一极的所述电阻分压阵列(110)均包括：电阻r01、电阻r02、反相器inv01、反相器inv02、开关管cmos01和开关管cmos02；

4.根据权利要求1所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述电流计算模块(200)包括：nmos管nm1、nmos管nm2、nmos管nm3、nmos管nm4、nmos管nm5、nmos管nm6、nmos管nm7、nmos管nm8、pmos管pm1、pmos管pm2、pmos管pm3、pmos管pm4、pmos管pm5、pmos管pm6和电阻r1；

5.根据权利要求4所述的增益可编程的输入轨到轨运算放大器，其特征在于，所述跨导电路(310)包括：nmos管nm9、nmos管nm10、nmos管nm11、nmos管nm12、nmos管nm13、nmos管nm14、nmos管nm15、nmos管nm16、nmos管nm17、nmos管nm18、nmos管nm19、nmos管nm20、nmos管nm21、nmos管nm22、nmos管nm23、nmos管nm24、nmos管nm25、nmos管nm26、nmos管nm27、nmos管nm28、nmos管nm29、nmos管nm30、pmos管pm7、pmos管pm8、pmos管pm9、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迪，魏子雄，朱昊，崔芯慧，李凤，谌东东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：

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