[发明专利]一种分隔直流交流通路的循环电流跨导运算放大器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域。具体涉及一种模拟电路技术中的运算放大器。

背景技术

在模拟电路中，运算放大器是一种最基本的模块。运算放大器具有高增益、高带宽等特点，通过在运算放大器环路中加入反馈可以构成滤波器、模拟加法器、单位增益缓冲器等不同的重要电路。

在实际应用中，运算放大器根据信号和输出信号的类型可以分为电流运算放大器、电压运算放大器、跨导运算放大器和跨阻运算放大器四种。近年来，随着手持设备的广泛应用，运算放大器的能效比越来越受到重视。如何在功耗不变的情况下提高跨导运算放大器的增益、单位增益带宽和压摆率，提高运算放大器的能效比，以便应用于对于功耗要求较高的场合，是目前业内关注的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可提高增益、单位增益带宽和压摆率的跨导运算放大器。

本发明提出跨导运算放大器，是通过分隔交叉耦合回路中的直流和交流通路来提高跨导运算放大器的小信号跨导和大信号跨导，从而提高它的增益、单位增益带宽和压摆率。

图1给出了本发明的基本电路结构。它包括输入对管1、交叉耦合电流镜2、直流通路3以及直流电流源4。直流电流源为整个电路提供直流电流，它的输出连接到输入对管1。输入对管1包括晶体管M1a和M2a、M1b和M2b，其中由晶体管对M1b和M2b以交叉耦合的形式连接到交叉耦合电流镜2和直流通路3上。本发明的核心在于交叉耦合电流镜2与直流通路3部分。该直流通路3对于交流信号呈高阻态，由此直流信号与交流信号被分隔开。因此，交叉耦合电流镜2的尺寸比例不会受到直流电流的限制，即输入对管1中的晶体管对M1b和M2b可以有较大的直流电流及跨导，但流过它们的直流电流并不全部流过交叉耦合电流镜2，而是被直流通路3分流了一部分电流，从而交叉耦合电流镜2的比例系数可以是任意设定的一个值；因此，流过输入对管(1)中晶体管M1b和M2b管的交流电流(即循环电流)可以被交叉耦合电流镜2充分地放大。随着输入对管1中晶体管M1b和M2b管跨导的上升以及交叉耦合电流镜2的比例系数的变大，跨导运算放大器的跨导也变大，因此跨导运算放大器的增益和单位增益带宽也相应变大。对于大信号，由于交叉耦合电流镜2的电流放大作用仍然有效，所以压摆率也得到了提高。

对于图1中的直流通路3，可以有不同的实现方式。例如，它的偏置可以外接，也可以连接到一侧交叉耦合电流镜的栅端(即自偏置)。为了提高输出阻抗，可以采取共源共栅的形式，而用于低电压时，也可以取消共源共栅管。图2给出了一个用NMOS作为直流通路的例子，其中(a)使用了共源共栅管，(b)则没有使用。

另外，图1中的输入对管1采用的是PMOS对管输入，而在输入共模电平不同时，也可以使用NMOS对管作为输入管。图3给出了一个采用NMOS做输入对管1、直流通路3采用非共源共栅结构且偏置方式为自偏置的例子。

最后需指出的是，本发明并不局限与CMOS工艺，在双极型工艺或BiCMOS工艺中也可以应用，只需将MOSFET换成相应的三极管即可。

附图说明

图1是分隔直流交流通路的循环电流跨导运算放大器的示意图。

图2是两种可能的直流通路实现方式示意图。

图3是采用NMOS做输入管、直流通路采用非共源共栅结构且偏置方式为自偏置的循环流跨导运算放大器例子。

图4是本发明的具体实施方式的一个例子。

图中标号：1为输入对管，2为交叉耦合电流镜，3为直流通路，4为直流电流源，5为共源共栅管。

具体实施方式

下面通过一个具体实例进一步详细描述本发明。