[发明专利]一种恒跨导全摆幅运算放大器

说明书

本发明涉及一种恒跨导全摆幅运算放大器，包括依次相连接的轨到轨输入级、增益级和输出级，轨到轨输入级包括互补的PMOS差分对和NMOS差分对、PMOS差分对和NMOS差分对的尾电流源、NMOS差分对的负载电路；增益级包括自偏置共源共栅电流镜，PMOS差分对和NMOS差分对的PMOS管和NMOS管的源极连接自偏置共源共栅电流镜，输出级包括共源极连接的第一PMOS管和第一NMOS管、米勒补偿，第一PMOS管和第一NMOS管的栅极连接自偏置共源共栅电流镜，米勒补偿采用米勒补偿电容和补偿电阻串联实现。本运算放大器能够有效保证输入级跨导在全电压工作范围内的恒定，整个电路结构的稳定性好，也扩宽了运放的工作电压范围，可用于低压应用，同时也提高了运放的共模抑制比。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，具体地说是涉及一种运算放大器，尤其涉及一种轨到轨折叠共源共栅的横跨导全摆幅运算放大器。

背景技术

传统的轨到轨运算放大器采用互补的PMOS和NMOS差分对作为输入级，其结构如图1所示，其中，M2和M3为PMOS差分输入对，M1和M4为NMOS差分输入对。这样，在较低的输入电压范围内，PMOS差分输入对工作，NMOS差分对关断；在较高的输入电压范围内，NMOS差分输入对工作，PMOS差分对关断；只有在中间的输入电压范围时，NMOS、PMOS差分对同时工作。从而，得到总的共模输入范围为全摆幅V_SS＜V_CM＜V_DD。

然而，由于这种结构的轨到轨运算放大器的输入级有三种工作状态：PMOS或NMOS单独工作和同时工作，因此，跨导存在不恒定的问题。这就使得单位增益带宽发生较大变化时会对频率补偿带来困难。如图2所示为输入级等效跨导随共模输入电压变化的曲线，从图中可以看出跨导在整个范围内最大变化了2倍，这对共模抑制比和稳定性的影响是相当大的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种恒跨导全摆幅运算放大器，该运算放大器的整体结构设计巧妙，通过对运算放大器的输入级电路结构进行改进，保证了全摆幅运算放大器的输入级跨导在全电源电压工作范围内的恒定，整个电路结构的稳定性好，并且最大的输出摆幅接近于全电源电压范围0-V_DD。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种恒跨导全摆幅运算放大器，包括依次相连接的轨到轨输入级、增益级和输出级，所述轨到轨输入级包括互补的PMOS差分对和NMOS差分对、PMOS差分对和NMOS差分对的尾电流源、NMOS差分对的负载电路，所述PMOS差分对采用两个共源极连接的PMOS管实现，其中一个PMOS管的栅极引出作为运算放大器的同相输入端，另一个PMOS管的栅极引出作为运算放大器的反相输入端，所述NMOS差分对采用两个共源极连接的NMOS管实现，其中一个NMOS管的栅极引出作为运算放大器的同相输入端，另一个NMOS管的栅极引出作为运算放大器的反相输入端，所述PMOS差分对的尾电流源连接PMOS差分对的PMOS管的源极和电源电压VDD，所述NMOS差分对的尾电流源连接NMOS差分对的NMOS管的源极和地，所述PMOS差分对的尾电流源和NMOS差分对的尾电流源通过比例电流镜相连接，所述NMOS差分对的负载电路连接NMOS差分对的漏极和电源电压VDD；所述增益级包括自偏置共源共栅电流镜，所述NMOS差分对的NMOS管的漏极连接自偏置共源共栅电流镜，自偏置共源共栅电流镜连接电源电压VDD，所述输出级包括共源极连接的第一PMOS管和第一NMOS管、米勒补偿，所述第一PMOS管的栅极连接偏置电压Vb，第一NMOS管的栅极连接增益级的输出，所述米勒补偿采用米勒补偿电容和补偿电阻串联实现，两个补偿电阻分别连接自偏置共源共栅电流镜的两端，米勒补偿电容连接第一PMOS管和第一NMOS管的漏极，所述第一PMOS管和第一NMOS管的漏极引出作为运算放大器的输出端，第一PMOS管的源极连接电源电压VDD，第一NMOS管的源极接地。