[发明专利]一种高信噪比两级运算放大器

说明书

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种高信噪比两级运算放大器，本发明采用的两级运算放大器第一级采用改进的折叠式共源共栅放大,与传统的折叠式共源共栅电路相比,由于相同条件下,P管的噪声小于N管的噪声,因此放大器的输入端N管差分对变为P管差分对。第二级采用单管共源级放大,这使放大器内部出现了一个高阻节点,从而引入了一个新的低频极点,虽然牺牲了一定的带宽,且需要频率补偿,但改进了开环增益和输出摆幅,这种折中有利于放大器性能的提高。其电容共模反馈电路优点还有运放的输出电压不受共模检测电路的限制,并且反馈电路不消耗静态直流功耗,实现起来容易,占用较小的芯片面积,具有很好的稳定效果具有很强的创造性。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种高信噪比两级运算放大器。

背景技术

运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。

1960年代晚期，仙童半导体(Fairchild Semiconductor)推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器，型号为μA709，设计者则是鲍伯·韦勒(BobWidlar)。但是709很快地被随后而来的新产品μA741取代，741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产741。直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高信噪比两级运算放大器，改进了开环增益和输出摆幅,这种折中有利于放大器性能的提高，其电容共模反馈电路优点还有运放的输出电压不受共模检测电路的限制,并且反馈电路不消耗静态直流功耗,实现起来容易,占用较小的芯片面积。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高信噪比两级运算放大器，其特征在于：所述放大器P管的噪声小于N管的噪声,因此放大器的输入端N管差分对变为P管差分对。其第二级采用单管共源级放大，放大器内部出现了一个高阻节点,新增一个新的低频极点,并根据需要进行频率补偿，其中CC为级联米勒补偿电容；CL为负载电容；p1为补偿后的次高频极点；p2为补偿后的高频极点；p3为补偿后的运放主极点。

优选的，所述放大器运放产生一个主极点和两个高频复极点,经过米勒补偿后,运放的主极点和高频极点由于米勒效应而分离开,主极点由第一级输出电阻以及补偿电容和最后一级放大倍数的乘积决定。

优选的，为了获得更高的速度和更低的功耗,在信号传输通路上的MOS管沟道长度取最小值,M10,M11；保证放大器的增益尽可能大,第一级级联负载管的沟道长度取值M6,M7,M8和M9；为了输出级的电流，输出管的M16和M17尺寸取值增大。

优选的，所述放大器的Vout+和Vout-分别为运放的输出电压,Vcm为稳定的输出共模电压,Vb为偏置电路产生的电容初始电压,Vcmfb为CMFB产生的调节电压,clk1和clk2为两相非交叠高电平有效时钟。

优选的，所述放大器的C1和C2为感应输出电压电容,其值大小相等,C3和C4为用作电阻的开关电容,其电阻为T/C,所有开关实现均为CMOS开关。