【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物医疗领域中模拟前端集成电路，具体地说是一种轨对轨斩波运算放大器。
技术介绍
1、随着人们对生物电信号的进一步了解与研发，生物电信号在生物医疗领域的应用越来越广泛，微纳工艺模拟集成电路的发展使得生物电信号的采集和分析设备更加小巧便捷，促进了智慧医疗和远程医疗服务体系的发展。但是由于生物电信号非常微弱，比如心电信号幅度一般在1mv以内，脑电信号幅度一般在100uv以内，不便于用模数转换器将模拟生物电信号直接转换成数字信号，一般先通过模拟前端放大电路放大生物电信号，再交给模数转换器处理。作为模数转换器的直接信号来源，模拟前端放大器必须足够精准，以保证转换到数字域的信号真实，完整的反应生物电信息；这就需要模拟前端运算放大器具有高的开环增益，极低噪声，极高的线性度等特点，为了避免闭环应用下，大输入摆幅导致输入对管偏离线性区，引起输入非线性，最好将运放做成轨对轨输入结构，现有技术中轨对轨输入结构虽然已经广泛应用，但是常规的运放其电路结构存在缺陷，使其体积大、功耗依然较高并且抗干扰能力差，因此，限制了再便携式可穿戴设备上的使用。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有小面积、低功耗和抗干扰能力强等优势，能够用于高精度模数转换器前端接口电路的轨对轨斩波运算放大器。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的轨对轨斩波运算放大器，包括作为第一级的折叠共源共栅单元和作为第二级的ab类输出级，折叠共源共栅单元的输入信号经过前级斩波器后再连接由折叠的n管和
3、所述辅助运放gp采用n管作为输入对管，所述辅助运放gp中具有输入共模反馈电路，所述辅助运放gp的偏置电压由独立偏置提供，所述输入共模反馈电路的参考电压vp来自于偏置电路。
4、所述辅助运放gn采用p管作为输入对管，所述辅助运放gp中同样具有输入共模反馈电路，所述输入共模反馈电路的参考电压vn来自于偏置电路。
5、所述ab类输出级中设置有用于调节运放相位裕度的密勒电容和调零电阻。
6、所述第一级输出和第二级输入之间设置级间斩波器。
7、所述ab类输出级中设置有输出级共模反馈电路，所述输出级共模反馈电路由电阻和电容并联的rc电路在整个两级运放的输出端取共模电压平均值，利用放大器嵌位输出共模，并反馈到折叠共源共栅单元的p管偏置处。
8、所述共源共栅套筒为m9～m14，其中，共源n管m9和m10以及m19和m20的栅极偏置为vb4，共源n管源级连接电阻r3、电阻r4、电阻r11以及电阻r12作为源级退化电阻，共源p管m11～m14中，m11和m12的栅极偏置为vb1，m13和m14的栅极偏置vcmfb由输出级共模反馈电路提供，m11～m14源级用电阻r1、电阻r2、电阻r5以及电阻r6作为源级退化电阻。
9、所述ab类输出级由m21～m24构成，所述m11和m13的漏端接m15的源端同时连接辅助运放gp负输入端，m12和m14的漏端接m16的源端同时连接辅助运放gp的正输入端，所述gp的正负输出端接到m15和m16的栅极做偏置，所述m15和m16的漏极分别接电阻r7，电阻r8和级间斩波器，进而连接作为第二级输入信号的m21和m23的栅极。
10、所述电阻r7和电阻r8的另一端接电阻r9和电阻r10，电阻r9和电阻r10的另一端分别连接在一个m17和m18的漏端上，同时也接到级间斩波器上，进而连接作为第二级的输入信号的m22和m24的栅极。
11、所述m17和m18的栅极连接辅助运放gn的输出正负输出端上，源级连接m10和m19以及m9和m20的漏极，同时连接辅助运放gn的负正输入端。
12、所述ab类输出级通过跨接到第一级输出和第二级输出的调零电阻r13～r16和密勒电容c1-c4调节相位裕度，同时输出节点von和vop通过并联的电阻r17和电容c5以及电阻r18和电容c6被一个共模采样放大器gm采样，所述共模采样放大器的另一输入端为共模电压vcm，所述共模采样放大器的输出cmfb反馈到m13和m14的栅极。
13、本专利技术的优点在于：
14、其具有轨对轨输入功能，通过辅助放大器实现主运放的增益自举，提高了第一级的增益，同时在尾电流管源极引入退化电阻，降低了电流源管的闪烁噪声，采用斩波调制的手段，可以在0.01到10khz频带内等效输入积分噪声为0.7uv，另外，利用电阻控制的ab类输出结构，实现了低静态功耗高效输出级，从而提高了运放的能效，可用于高精度模拟前端集成电路系统，尤其是将其应用于高精度生物电信号采集模拟前端，有效地实现了高增益低噪声低功耗的目的。
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1.一种轨对轨斩波运算放大器，包括作为第一级的折叠共源共栅单元和作为第二级的AB类输出级，特征在于：所述折叠共源共栅单元的输入信号经过前级斩波器后再连接由折叠的N管和折叠的P管形成的轨对轨输入级，所述折叠共源共栅单元具有共源共栅套筒，所述共源共栅套筒的电流源管的源端均设置有多个源级退化电阻，所述折叠共源共栅单元中设置有用于提高第一级输出阻抗的辅助运放GP和辅助运放GN，所述折叠共源共栅单元的输出端还设置有用于调节第一级输出电压的四个分压调节电阻，所述折叠共源共栅单元的输出端经过四个所述分压调节电阻后连接AB类输出级并为AB类输出级提供偏置电压。
2.按照权利要求1所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述辅助运放GP采用N管作为输入对管，所述辅助运放GP中具有输入共模反馈电路，所述辅助运放GP的偏置电压由独立偏置提供，所述输入共模反馈电路的参考电压VP来自于偏置电路。
3.按照权利要求2所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述辅助运放GN采用P管作为输入对管，所述辅助运放GP中同样具有输入共模反馈电路，所述输入共模反馈电路的参考电压VN来自于偏置电路
4.按照权利要求1、2或3所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述AB类输出级中设置有用于调节运放相位裕度的密勒电容和调零电阻。
5.按照权利要求4所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述第一级输出和第二级输入之间设置级间斩波器。
6.按照权利要求1、2、3或5所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述AB类输出级中设置有输出级共模反馈电路，所述输出级共模反馈电路由电阻和电容并联的RC电路在整个两级运放的输出端取共模电压平均值，利用放大器嵌位输出共模，并反馈到折叠共源共栅单元的P管偏置处。
7.按照权利要求6所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述共源共栅套筒为M9～M14，其中，共源N管M9和M10以及M19和M20的栅极偏置为VB4，共源N管源级连接电阻R3、电阻R4、电阻R11以及电阻R12作为源级退化电阻，共源P管M11～M14中，M11和M12的栅极偏置为VB1，M13和M14的栅极偏置VCMFB由输出级共模反馈电路提供，M11～M14源级用电阻R1、电阻R2、电阻R5以及电阻R6作为源级退化电阻。
8.按照权利要求7所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述AB类输出级由M21～M24构成，所述M11和M13的漏端接M15的源端同时连接辅助运放GP负输入端，M12和M14的漏端接M16的源端同时连接辅助运放GP的正输入端，所述GP的正负输出端接到M15和M16的栅极做偏置，所述M15和M16的漏极分别接电阻R7，电阻R8和级间斩波器，进而连接作为第二级输入信号的M21和M23的栅极。
9.按照权利要求7所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述电阻R7和电阻R8的另一端接电阻R9和电阻R10，电阻R9和电阻R10的另一端分别连接在一个M17和M18的漏端上，同时也接到级间斩波器上，进而连接作为第二级的输入信号的M22和M24的栅极。
10.按照权利要求9所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述M17和M18的栅极连接辅助运放GN的输出正负输出端上，源级连接M10和M19以及M9和M20的漏极，同时连接辅助运放GN的负正输入端。
11.按照权利要求10所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述AB类输出级通过跨接到第一级输出和第二级输出的调零电阻R13～R16和密勒电容C1-C4调节相位裕度，同时输出节点VON和VOP通过并联的电阻R17和电容C5以及电阻R18和电容C6被一个共模采样放大器GM采样，所述共模采样放大器的另一输入端为共模电压VCM，所述共模采样放大器的输出CMFB反馈到M13和M14的栅极。
...【技术特征摘要】
1.一种轨对轨斩波运算放大器，包括作为第一级的折叠共源共栅单元和作为第二级的ab类输出级，特征在于：所述折叠共源共栅单元的输入信号经过前级斩波器后再连接由折叠的n管和折叠的p管形成的轨对轨输入级，所述折叠共源共栅单元具有共源共栅套筒，所述共源共栅套筒的电流源管的源端均设置有多个源级退化电阻，所述折叠共源共栅单元中设置有用于提高第一级输出阻抗的辅助运放gp和辅助运放gn，所述折叠共源共栅单元的输出端还设置有用于调节第一级输出电压的四个分压调节电阻，所述折叠共源共栅单元的输出端经过四个所述分压调节电阻后连接ab类输出级并为ab类输出级提供偏置电压。
2.按照权利要求1所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述辅助运放gp采用n管作为输入对管，所述辅助运放gp中具有输入共模反馈电路，所述辅助运放gp的偏置电压由独立偏置提供，所述输入共模反馈电路的参考电压vp来自于偏置电路。
3.按照权利要求2所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述辅助运放gn采用p管作为输入对管，所述辅助运放gp中同样具有输入共模反馈电路，所述输入共模反馈电路的参考电压vn来自于偏置电路。
4.按照权利要求1、2或3所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述ab类输出级中设置有用于调节运放相位裕度的密勒电容和调零电阻。
5.按照权利要求4所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述第一级输出和第二级输入之间设置级间斩波器。
6.按照权利要求1、2、3或5所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述ab类输出级中设置有输出级共模反馈电路，所述输出级共模反馈电路由电阻和电容并联的rc电路在整个两级运放的输出端取共模电压平均值，利用放大器嵌位输出共模，并反馈到折叠共源共栅单元的p管偏置处。
7.按照权利要求6所述的轨对轨斩波运算放大器，其特征在于：所述共源共栅套筒为m9～m...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，刘术彬，包军林，钟龙杰，曹文飞，商鹏鹏，薛乐洋，武小刚，景盛盛，
申请(专利权)人：苏州华芯赋康生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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