[发明专利]衬底驱动低电压轨到轨运算放大器

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路领域，涉及一种低压运算放大器，尤其涉及一种衬底驱动低电压轨到轨运算放大器。适用于各种电源电压较低的移动设备中。

背景技术

随着晶体管尺寸的减小，集成电路的规模和可靠性问题促使电源电压降低。同时，随着可移动设备的迅速发展和广泛应用，低电压、低功耗的电路也日益受到关注。低电源电压对工艺和电路结构提出了更高的要求，所谓低电压指在5V以下的电压。

运算放大器是模拟集成电路设计中的基本单元，广泛地应用于各种模拟和混合信号系统中。在CMOS工艺中，由于MOSFET的阈值电压不可能降的太多，因此对低压运算放大器的设计在在结构和性能上有很大的约束，轨到轨的电压输入（即输入电压包含从VDD到GND的整个电压范围）更是很难实现。衬底驱动技术为低电压下的电路设计提供了一种重要方法，这种技术使阱和源极之间形成弱正偏，从而降低了阈值电压的限制。

发明内容

本发明的目的在于是提供一种衬底驱动低电压轨到轨的运算放大器，使运算放大器能够在低电压下工作，实现轨到轨的差分输入和轨到轨的电压输出。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一种衬底驱动低电压轨到轨运算放大器，包括：差分输入电路、差分至单端转换电路、及输出驱动电路；

所述差分输入电路，把输入信号加载到PMOS管和NMOS管的衬底端，输入轨到轨的正端输入信号和负端输入信号，并输出差分信号；

所述差分至单端转换电路，运用衬底驱动电流镜，使用共源共栅结构将所述差分输入电路的输出差分信号转换为单端信号输出；

所述输出驱动电路，其输入所述差分至单端转换电路的单端信号，并实现轨到轨的输出。

所述差分输入电路包括：第一、第二、第三PMOS管和第一、第二、第三NMOS管；

所述第一PMOS管和第二PMOS管形成PMOS衬底差分输入对，所述第一NMOS管和第二NMOS管形成NMOS衬底差分输入对，第三PMOS管和第三NMOS管做为差分对负载。第一NMOS管和第一PMOS管的衬底接正端输入信号，第二NMOS管和第二PMOS管的衬底接负端输入信号。第一和第二PMOS管的栅极接地、源端接第三PMOS管漏极，第三PMOS管的源极接电源、栅极接第一偏置电压。第一和第二NMOS管的栅极接电源、源端接第三NMOS管漏极，第三NMOS管的源极接地、栅极接第二偏置电压。第一、第二NMOS管和第一、第二PMOS管的漏极作差分输出。

所述差分至单端转换电路包括：第四、第五、第六、第七PMOS管和第四、第五、第六、第七NMOS管。

所述第四、第五PMOS管的源和衬底接电源、栅极接第三偏置电压。第四PMOS管漏极接第六PMOS管源极和第一NMOS管漏极，第五PMOS管漏极接第七PMOS管源极和第二NMOS管漏极。第六、第七PMOS衬底接第七偏置电压、栅极接第四偏置电压。第六PMOS管漏极接第六NMOS管漏极，第七PMOS管漏极接第七NMOS管漏极。第六、第七NMOS衬底接第八偏置电压、栅极接第五偏置电压。第六NMOS管源极接第四NMOS管漏极和第一PMOS管漏极，第七NMOS管源极接第五NMOS管漏极第二PMOS管漏极。第四、第五NMOS管的衬底接到第六NMOS管漏端、栅极接第六偏置电压、源极接地。第七NMOS管的漏极输出单端信号。

所述输出驱动电路包括：第八、第九、第十PMOS管、第八、第九、第十NMOS管、以及第一电阻和第一电容。

所述第八、第十NMOS管的栅极输入所述单端信号，第八NMOS管漏极连接第八PMOS管的栅漏以及第九PMOS管的栅极，第九PMOS管漏极接到第九NMOS管的漏极和第十PMOS管的栅极，第十PMOS管漏极连接第十NMOS漏极并作为电路的输出端，第八、第九、第十PMOS管的栅源接电源，第八、第九、第十NMOS管的栅源接地，第一电阻的正端连接所述单端信号、负端连接第一电容的正端，第一电容负端连接到电路的输出端。

与现有技术相比，本发明所述的衬底驱动低电压轨到轨运算放大器，具有以下的特点：

1.   采用衬底驱动MOS管作为输入差分对管，实现在低电压下的轨到轨的输入范围；

2.   采用衬底驱动电流镜和共源共栅结构，在低电压下实现运算放大器的高增益。

附图说明

通过以下对本发明双电源选择电路的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是本发明所述的衬底驱动低压轨到轨运算放大器的结构框图；