本发明专利技术公开了属于模拟集成电路设计领域的一种采用MOS器件实现的宽带低功耗轨到轨放大器，其包括由四个NMOS管和四个PMOS管组成轨到轨输入级，该电路将输入电压信号转换成电流信号，并形成反向回收电流；放大回收电流的中间级由四个低压电流镜组成，实现对回收电流的放大作用；以及由两个PMOS管和两个NMOS管组成的轨到轨输出级，实现信号的轨到轨输出；本发明专利技术具有在不增加功耗的情况下提高两倍以上带宽的能力；增加低频增益和大信号摆率；同时还可以工作在低电压的环境中增加输入/输出信号的幅度等诸多优点。其中的各个MOS管可采用常规MOS晶体管，也可以采用高迁移率的应变硅MOS管，以进一步提高该电路的性能。
【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，特别涉及一种采用CMOS管的宽带低功耗轨到轨放大器。
技术介绍
20世纪年代以来，随着亚微米、超深亚微米技术的发展和系统芯片技术的日益成熟，采用电池供电的便携式电子产品获得了迅猛发展和快速普及。由于电池技术的发展远远跟不上与电子系统的发展，从心脏起搏器到助听器、移动电话和各种各样产品都对电子产品的供电电压提出了严格的限制。另一方面，随着器件尺寸不断的缩小，工艺的击穿电压也在降低，亦对电源电压提出了严格的限制。电子器件性能要求越来越高，开发周期越来越短，对开发与生产成本的制约也日趋严格，使低压模拟集成电路受到了极大的关注。运算放大器是模拟电路中最重要的电路单元，广泛应用于模拟电路和混合信号处理电路中，如开关电容，模数、数模转换器等。但是由于晶体管的阈值电压并不随着特征尺寸的减小而线性减小，所以在低电源电压环境下，运算放大器的输入输出信号的动态范围大大减小。为了提高运放的性能，增大输入输出信号的动态范围，最好能达到整个电源电压范围，即轨至轨输入/输出，就必须对运放的差分输入级和输出级进行改进设计，这就促成了轨至轨放大器的产生与发展。近十年来，轨至轨运算放大器已大量涌现，各大公司也纷纷推出自己相应的产品。 其应用十分广泛，可用在DVD播放器、声卡、手机、系统、传感器等各种电路当中。与传统的运放相比，轨至轨放大器主要具有以下几个特点(1)共模输入电压范围接近电源正负两级。( 输入级的跨导在共模输入电压范围内基本保持恒定。( 输出电压可以达到电源电压正负两级。传统的轨到轨放大器的电路结构如图1所示。输入级由两个NMOS管Ni、N2和两个PMOS管PI、P2组成，其将正反两个方向的电流同时折叠流经P10、Pll和附0、Nll到正负输出端。PMOS管P3、P6和NMOS管N3、N6都起到电流源的作用。但是，传统的轨到轨放大器存在以下不足1.相比于其他类型的放大器，其静态功耗高。2.电流源P3、P6和N3、N6只是充当电流源，未被利用传输小信号电流，是一种“浪费”。3.在功耗要求严格的情况下，难以达到高带宽的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种采用MOS器件实现的宽带低功耗轨到轨放大器，其特征在于，所述宽带低功耗轨到轨放大器包括轨到轨输入级、放大回收电流的中间级以及轨到轨输出级三个部分；所述轨到轨输入级由PMOS 管 Pla、Plb、P2a、P2b 以及 NMOS 管 ma、Nib, N2a、N2b组成；所述放大回收电流的中间级包括四个电流镜组成由NMOS管N7、N4、N3组成第一电流镜，由匪OS管N8、N5、N6组成第二电流镜，由PMOS管P7、P4、P3第三电流镜以及由P8、 P5、P6组成第四电流镜；所述轨到轨输出级主要是由NMOS管附0、附1以及PMOS管P10、P11 组成。所述轨到轨放大器的正向输入信号通过输入管Pla将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管P2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的N7、N4、N3组成的第三电流镜被放大K倍，与Pla管向下的电流一起通过mo流向负向输出端；同时，负向输入信号通过输入管？加将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管Plb将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的电流镜N8、N6、N5组成的第二电流镜被放大K倍，与Ph管向下的电流一起通过mi流向正向输出端；另外，正向输入信号通过输入管ma将电压信号转换成向上的电流信号，同时负向输入信号通过输入管N2b将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的P7、P4、P3组成的第三电流镜被放大K倍，与Nla管向上的电流一起通过PlO流向负向输出端；同时，负向输入信号通过输入管拟3将电压信号转换成向下的电流信号，同时正向输入信号通过输入管Nlb将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的P8、P6、P5组成的第二电流镜被放大K倍，与Nh管向下的电流一起通过P11流向正向输出端。其中的各个MOS管采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS管，以进一步提高该电路的性能。所述PMOS管的尺寸大小是一致的；所述NMOS管的尺寸大小是一致的。本专利技术的有益效果是这种新型的宽带低功耗轨到轨放大器与传统设计方案相比具有以下几个明显的优点具有在不增加功耗的情况下提高两倍以上带宽的能力；增加低频增益、增加放大器的大信号摆率和小信号建立时间；同时还可以工作在低电压的环境下， 增加输入/输出信号的幅度等诸多优点。附图说明图1为传统轨到轨放大器的电路结构图。图2为本专利技术的新型的宽带低功耗轨到轨放大器的电路结构图。图3为本专利技术的新型的宽带低功耗轨到轨放大器与传统轨到轨放大器的频响仿真对比图。具体实施例方式本专利技术提出的采用MOS器件实现的宽带低功耗轨到轨放大器，其一种具体实施方式采用CMOS工艺实现。该宽带低功耗轨到轨放大器包括轨到轨输入级、放大回收电流的中间级以及轨到轨输出级三个部分；如图2所示，所述轨到轨输入级由PMOS管Pla、Plb、P2a、P2b以及NMOS管Wa、 mb、N2a、N2b 组成；所述放大回收电流的中间级包括四个电流镜组成由NMOS管N7、N4、N3组成第一电流镜，由匪OS管N8、N5、N6组成第二电流镜，由PMOS管P7、P4、P3第三电流镜以及由P8、P5、P6组成第四电流镜；所述轨到轨输出级主要是由匪os管mo、mi以及pmos管PIO、PII 组成。在图2中各器件之间的连接关系正向输入信号与输入管Pia、Pib、ma、mb的栅极连接到一起，负向输入信号与输入管P2a、P2b、N2a、N2b的栅极连接到一起，Plb的漏极与 N5、N6的栅极连接在一起，P2b的漏极与N3、N4的栅极连接在一起，Nlb的漏极与P5、P6的栅极连接在一起，N2b的漏极与P3、P4的栅极连接在一起，P3、P6的漏极分别与P10、P11的源级连接在一起，N3、N6的漏极分别与mo、mi的源级连接在一起，N10、N11的漏极分别于 Ρ ο,Pll的漏极连接在一起。所述轨到轨放大器的工作原理是正向输入信号通过输入管Pla将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管P2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的N7、N4、N3组成的第三电流镜被放大K倍，与P1 a管向下的电流一起通过mo流向负向输出端；同时，负向输入信号通过输入管MMf电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管Plb将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的电流镜N8、N6、N5组成的第二电流镜被放大K倍，与Ph 管向下的电流一起通过mi流向正向输出端；另外，正向输入信号通过输入管ma将电压信号转换成向上的电流信号，同时负向输入信号通过输入管N2b将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的P7、P4、P3组成的第三电流镜被放大K倍，与Nla 管向上的电流一起通过PlO流向负向输出端；同时，负向输入信号通过输入管拟3将电压信号转换成向下的电流信号，同时正向输入信号通过输入管Nlb将电压信号转换成向上的回收电流信号，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种采用ＭＯＳ器件实现的宽带低功耗轨到轨放大器，其特征在于，所述宽带低功耗轨到轨放大器包括轨到轨输入级、放大回收电流的中间级以及轨到轨输出级三个部分；所述轨到轨输入级由ＰＭＯＳ管Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ以及ＮＭＯＳ管Ｎ１ａ、Ｎ１ｂ、Ｎ２ａ、Ｎ２ｂ组成；所述放大回收电流的中间级包括四个电流镜组成：由ＮＭＯＳ管Ｎ７、Ｎ４、Ｎ３组成第一电流镜，由ＮＭＯＳ管Ｎ８、Ｎ５、Ｎ６组成第二电流镜，由ＰＭＯＳ管Ｐ７、Ｐ４、Ｐ３第三电流镜以及由Ｐ８、Ｐ５、Ｐ６组成第四电流镜；所述轨到轨输出级主要是由ＮＭＯＳ管Ｎ１０、Ｎ１１以及ＰＭＯＳ管Ｐ１０、Ｐ１１组成。所述宽带低功耗轨到轨放大器的正向输入信号通过输入管Ｐ１ａ将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管Ｐ２ｂ将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的Ｎ７、Ｎ４、Ｎ３组成的第三电流镜被放大Ｋ倍，与Ｐ１ａ管向下的电流一起通过Ｎ１０流向负向输出端；同时，负向输入信号通过输入管Ｐ２ａ将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管Ｐ１ｂ将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的电流镜Ｎ８、Ｎ６、Ｎ５组成的第二电流镜被放大Ｋ倍，与Ｐ２ａ管向下的电流一起通过Ｎ１１流向正向输出端；另外，正向输入信号通过输入管Ｎ１ａ将电压信号转换成向上的电流信号，同时负向输入信号通过输入管Ｎ２ｂ将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的Ｐ７、Ｐ４、Ｐ３组成的第三电流镜被放大Ｋ倍，与Ｎ１ａ管向上的电流一起通过Ｐ１０流向负向输出端；同时，负向输入信号通过输入管Ｎ２ａ将电压信号转换成向下的电流信号，同时正向输入信号通过输入管Ｎ１ｂ将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的Ｐ８、Ｐ６、Ｐ５组成的第二电流镜被放大Ｋ倍，与Ｎ２ａ管向下的电流一起通过Ｐ１１流向正向输出端。其中的各个ＭＯＳ管采用常规ＭＯＳ晶体管或采用高迁移率的应变硅ＭＯＳ管，以进一步提高该电路的性能。...
【技术特征摘要】
1.一种采用MOS器件实现的宽带低功耗轨到轨放大器，其特征在于，所述宽带低功耗轨到轨放大器包括轨到轨输入级、放大回收电流的中间级以及轨到轨输出级三个部分；所述轨到轨输入级由PMOS管Pla、Plb、P2a、P2b以及NMOS管Nla、Nlb、N^i、N2b组成； 所述放大回收电流的中间级包括四个电流镜组成由NMOS管N7、N4、N3组成第一电流镜，由NMOS管N8、N5、N6组成第二电流镜，由PMOS管P7、P4、P3第三电流镜以及由P8、P5、 P6组成第四电流镜；所述轨到轨输出级主要是由NMOS管mo、mi以及pmos管pio、pii组成。 所述宽带低功耗轨到轨放大器的正向输入信号通过输入管Pla将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管P2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的N7、N4、N3组成的第三电流镜被放大K倍，与P1 a管向下的电流一起通过mo流向负向输出端；同时，负向输入信号通过输入管Ph将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管Plb将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的电流镜N8、N6、N5组成的第二电流镜被放大K倍，与Ph管向下的电流一起通过mi流向正向输出端；另外，...
【专利技术属性】
技术研发人员：方华军，赵晓，王敬，梁仁荣，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。