[发明专利]轨至轨运算放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种运算放大器。更具体地讲，涉及一种轨至轨运算放大器。

背景技术

运算放大器是一种常用的电路器件，可用于实现放大、滤波等功能。轨至轨运算放大器是常用的一种运算放大器。

图1示出现有技术的轨至轨运算放大器。

图1所示的轨至轨运算放大器由共源共栅输入级、增益提升模块、作为输出级的共模反馈三个模块组成。共源共栅输入级由PMOS晶体管M101、M102、M109、M110、M115、M116和NMOS晶体管M117、M118、M124-M127组成，其主要功能是实现对输入差分信号的放大。增益提升模块由PMOS晶体管M103-M108和NMOS晶体管M129-M134组成，用于实现对运放直流增益的提升。共模反馈模块由PMOS晶体管M111、M112、M119、M120和NMOS晶体管M113、M114、M121、M122组成，用于控制输出共模电压，以提供一定的稳定特性。

P衬N阱的单阱CMOS工艺是目前主流的CMOS工艺技术，是在P型衬底上制造N沟道晶体管，在N阱中制造P沟道晶体管。双阱CMOS工艺是指在低阻N+衬底上再外延一层中高阻N型硅层，然后在外延层中制造N阱和P阱，并分别在N与P阱中制造P沟与N沟晶体管。

图1所示的运算放大器基于双阱CMOS技术工艺，由衬底驱动的NMOS晶体管差分对M126-M127与PMOS晶体管差分对M101-M102构成了运放的共源共栅输入级，其中M126-M127为独立偏置的P阱内NMOS晶体管，M101-M102是独立偏置的N阱内PMOS晶体管。将输入信号分别施加至NMOS/PMOS晶体管差分对的衬底端，通过衬底-源端间的电压调节，实现对漏源电流的控制与轨至轨的输入范围。由于衬底驱动的增益相对较低，因此引入增益提升模块，将M115-M116的源端电压连接至共源极M113-M114的栅端，M117-M118的源端连接至共源级M119-M120的栅端，共源级输出电压分别连接至M115-M118的栅端，构成运放的增益提升级。同时，为保证运放稳定的输出特性，分别将运放的负端输出Vout-与正端输出Vout+连接至共模反馈网络输入端，反馈网络通过对输入级尾电流的控制，实现运放共源输出稳定。

然而，双阱CMOS工艺与现有的标准单阱CMOS工艺技术不兼容，增加额外的阱将提高工艺技术成本。此外，图1所示的运算放大器采用NMOS/PMOS晶体管互补差分对实现了轨至轨的输入，但多个MOS晶体管重叠的输出结构要求消耗更多的漏源电压，阻碍了运放实现轨至轨的输出范围。

因此，需要一种能够通过单阱CMOS工艺实现的轨至轨运算放大器。此外，需要进一步改善现有技术的轨至轨运算放大器的轨至轨输出范围。

发明内容

本发明的目的在于解决上面提到的至少一个问题。此外，本发明也可不解决上述任何技术问题，本发明所要解决的技术问题根据说明书中的实际解决的问题来确定。

本发明的一方面提供一种轨至轨运算放大器，包括：输入级，接收第一输入信号和第二输入信号，并输出差分信号；差分至单端转换器，将输入级输出的差分信号转换为单端信号；输出级，接收所述单端信号，并实现轨至轨输出，其中，输入级包括：衬底驱动的PMOS管对、第一栅极驱动的PMOS管对、第二栅极驱动的PMOS管对、电流镜，其中，衬底驱动的PMOS管对、第一栅极驱动的PMOS管对和第二栅极驱动的PMOS管对之中的每对PMOS管分别由第一输入信号和第二输入信号驱动。

可选地，衬底驱动的PMOS管对、第一栅极驱动的PMOS管对、第二栅极驱动的PMOS管对中的各个PMOS管通过各自的源极被供电。

可选地，衬底驱动的PMOS管对的漏极连接到第一栅极驱动的PMOS管对的漏极，并作为输入级的差分输出端而输出所述差分信号。

可选地，第二栅极驱动的PMOS管对的漏极连接到电流镜的输入端，衬底驱动的PMOS管对的源极连接到电流镜的输出端。

可选地，衬底驱动的PMOS管对包括第一PMOS管和第二PMOS管，第一栅极驱动的PMOS管对包括第三PMOS管和第四PMOS管，第二栅极驱动的PMOS管对包括第五PMOS管和第六PMOS管。

可选地，第一PMOS管和第二PMOS管共栅，第一PMOS管的衬底接收第一输入信号，第二PMOS管的衬底接收第二输入信号，第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的漏极作为输入级的差分输出端以输出所述差分信号。