一种不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是：包括轨到轨输入级、轨到轨输出级、增益负载级以及不对称偏置电路，轨到轨输入级尾电流偏置电压及增益负载级偏置电压均采用不对称电压结构偏置。消除了一般轨到轨共模电压交叠区域的产生，保证在共模电压输入范围内增益基本不变，同时实现了轨到轨电压输入和轨到轨电压输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利涉及一种不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，尤其是适用于模拟集成电路设计领域。
技术介绍
目前，现代集成电路特征尺寸越来越小，国际上半导体エ艺特征尺寸已经降到了28nm,更低的尺寸也在研究之中，所以集成电路电压越来越低，低压低功耗的集成电路设计成为国内外科研机构的研究热点。现代半导体エ艺尺寸的减小，不仅降低了集成电路的功耗，而且提高了集成电路的集成密度和工作速度，非常有利于数字集成电路的发展。但是较小的エ艺尺寸会出现短 沟道效应等ニ级效应，例如沟道调制，速度饱和，热载流子效应等非理想效应，这对模拟电路设计是ー个极大地挑战，如何在现代エ艺中制造出高性能的模拟电路将是世界电子工程师的研究热点和难点。运算放大器是模拟电路中最基本，最关键的模块之一，广泛用于各种模拟电路，数模混合电路，例如模拟加減法器，模拟乘法器，微分积分电路，采样保持电量，RC有源滤波器，电压调整器，电流检测电路，其性能直接决定了这些模块的性能，所以低电压低功耗的运算放大器设计尤为重要。随着电源电压的降低，传统运算放大器的动态范围即信噪比将大幅降低，甚至不能继续工作。针对上述问题，将设计新型的运算放大器结构，充分利用电源电压，将运算放大器的输入和输出动态范围扩展到正电源电塔和负电源电压，甚至超过正电源电压和负电源电压，这种新型结构的运算放大器即为轨到轨运算放大器(Rail toRail Operational Amplifier)。这种新型轨到轨运算放大器可以用于SerDes, DVD播放器，声卡，手机，CPS系统等电路。与传统的运算放大器相比，轨到轨运算放大器主要具有以下几个特点(I)共模输入电压范围接近正负电源电压。(2)输入级的跨导在共模输入电压范围内基本保持不变。(3)输出电压可以达到正负电源电压。一般的轨到轨运算放大器都需要考虑增益级输入管的中间反型区，以及两个输入级共模电压范围交叠区PMOS和NMOS共同导通时引起的増益突变导致的输出变化。所以提供一种能够消除共模电压交叠区域的轨到轨运算放大器已为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提出一种不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，消除共模电压交叠区域，保证在共模电压输入范围内增益基本不变。实现轨到轨电压输入，轨到轨电压输出。本专利解决其技术问题所采用的技术方案是一种不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是包括轨到轨输入级、轨到轨输出级、増益负载级以及不对称偏置电路，轨到轨输入级尾电流偏置电压及増益负载级偏置电压均采用不对称电压结构偏置。包括NMOS 管和 PMOS 管，NMOS 管包括 M5、M6、M7、M8、M9、M10、M17、M18、M19、M20、M21、M22、M25、M27、M28、M29、M31，PM0S 管包括 M1、M2、M3、M4、M11、M12、M13、M14、M15、M16、M23、M24、M26、M30,交叠点使能反相器，电容Cl、C2，对于CMOSエ艺而言所有NMOS管和PMOS管具有相同的エ艺參数。消除了一般轨到轨共模电压交叠区域的产生，保证在共模电压输入范围内增益基本不变，同时实现了轨到轨电压输入和轨到轨电压输出。输入级尾电流偏置电压可以调节尾电流管消耗的电压裕度，由共模输入范围可以确定的精确调节出相应的偏置电压，且PMOS输入级与NMOS输入级偏置电压不对称。负载级偏置电压跟随输入级尾电流变化，保证镜像电流与输入级电流相同。其还在于六个匪05管115、]\16、]\17、]\18、]\19、]\110和四个 PMOS 管 Ml、M2、M3、M4 构成不对称偏置电压轨到轨运算放大器的输入级。其还在于PMOS管M3、M4是差动输入PMOS管，NMOS管M5、M6是差动输入NMOS管，PMOS管Ml、M2是采用共源共栅电流镜结构的PMOS输入级恒流电流源，NMOS管M8、M9、M10是采用共源共栅电流镜结构的NMOS输入级恒流电流源。 其还在于轨到轨运算放大器设置有使能反相器，NMOS管M7和使能反相器保证PMOS管和NMOS管在共模电压交叠点处使能反相器输出为高。其还在于PMOS输入级恒流电流源及NMOS输入级恒流电流源镜像相同电流，PMOS管M2和NMOS管M8接由带隙基准提供的电压不同。其还在于六个PMOS 管 M11、M12、M13、M14、M15、M16 和六个 NMOS 管 M17、M18、M19、M20、M21、M22构成轨到轨输入级的负载，PMOS管Mil、M12、M13、M14构成PMOS共源共栅电流镜负载管，NMOS管M19、M20、M21、M22构成NMOS共源共栅电流镜负载管，负载管采用双端转单端结构增大输入增益，PMOS管M15、M16和NMOS管M17、M18组成浮动电流源管。其还在于PMOS管M23、M24、M26和NMOS管M25、M27、M28、M29产生负载管偏置电流，PMOS管M13、M14的栅极接PMOS管M26的栅极和漏极，NMOS管M19、M20的栅极接NMOS管M25的栅极和漏极，PMOS管M2、M24栅极接同一偏置电压，NMOS管M8、M27栅极接相同偏置电压，PMOS管M15、M16栅极接PMOS管M24漏极，NMOS管M17、M18栅极接PMOS管M26漏极，NMOS管M25和PMOS管M26采用ニ极管连接，消耗固定电压裕度。其还在于PMOS管M30和NMOS管M31构成轨到轨运算放大器输出级，电容Cl、C2是输出级补偿电容。其还在于PMOS管差动输入对的最大输入共模电压为电源电压减去PMOS管M1、M2构成的偏置尾电流结构消耗的电压裕度，电压裕度通过修改PMOS管尺寸和PMOS管M2管栅极偏置电压调节，最小输入电压为GND，调节NMOS管M8、M9、MlO构成的偏置尾电流结构消耗的电压裕度和PMOS管Ml、M2构成的偏置尾电流结构消耗的电压裕度，将PMOS差动输入对和NMOS差动输入对共模输入电压范围调节至只存在一个交叠点或者交叠区很窄。其还在于NMOS差动输入对的最大输入共模电压为VDD，最小输入电压为NMOS管阈值电压与NMOS管M8、M9、MlO构成的偏置尾电流结构消耗的电压裕度，电压裕度通过修改NMOS管尺寸和NMOS管M8管栅极偏置电压调节。其中匪05管115、]\16、]\17、]\18、]\19、]\110和？]\ )5管祖、]\12、]\0、]\14构成不对称偏置电压轨到轨运算放大器的输入级。PMOS管M3、M4是差动输入PMOS管，NMOS管M5、M6是差动输入NMOS管，PMOS管Ml、M2是采用共源共栅电流镜结构的PMOS输入级恒流电流源，NMOS管M8、M9、M10是采用共源共栅电流镜结构的NMOS输入级恒流电流源，两种输入级恒流源管数目可以根据不同エ艺调整，保证PMOS输入管和NMOS输入管输入共模电压可以只存在一个交叠点或者交叠区很窄，NMOS管M7及使能反相器保证在PMOS管和NMOS管在共模电压交叠点处使能反相器输出为高，保证NMOS差动输入对暂停工作，只有PMOS差动输入对工作。PMOS输入级恒流电流源及NMOS输入级恒流电流源镜像相同电流，PMOS管M2和NMOS管M8接由带隙基准提供的不同电压，保证NMOS差动输入对和PM本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是包括轨到轨输入级、轨到轨输出级、増益负载级以及不对称偏置电路，轨到轨输入级尾电流偏置电压及増益负载级偏置电压均采用不对称电压结构偏置。2.根据权利要求I所述的不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是六个NMOS管(M5、M6、M7、M8、M9、M10)和四个PMOS管(Ml、M2、M3、M4)构成不对称偏置电压轨到轨运算放大器的输入级。3.根据权利要求2所述的不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是PM0S管(M3、M4)是差动输入PMOS管，NMOS管(M5、M6)是差动输入NMOS管，PMOS管(Ml、M2)是采用共源共栅电流镜结构的PMOS输入级恒流电流源，NMOS管(M8、M9、M10)是采用共源共栅电流镜结构的NMOS输入级恒流电流源。4.根据权利要求3所述的不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是轨到轨运算放大器设置有使能反相器，NMOS管(M7)和使能反相器保证PMOS管和NMOS管在共模电压交叠点处使能反相器输出为高。5.根据权利要求4所述的不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是PM0S输入级恒流电流源及NMOS输入级恒流电流源镜像相同电流，PMOS管(M2)和NMOS管(M8)接由带隙基准提供的电压不同。6.根据权利要求5所述的不对称偏置电压结构轨到轨运算放大器，其特征是六个PMOS 管(M11、M12、M13、M14、M15、M16)和六个 NMOS 管(M17、M18、M19、M20、M21、M22)构成轨到轨输入级的负载，？103管(111112、113^14)构成？1 )3共源共栅电流镜负载管，NMOS管(M19、M20、M21、M22)构成NMOS共源共栅电流镜负载管，负载管采用双端转单端结构増大输入增益，PMOS管(M15、M16)和NMOS管(M17、M18)组成...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡少飞，欧阳伟，李平，李峰，王觊婧，王伟征，
申请(专利权)人：湖南华宽通电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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