[发明专利]一种恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器

说明书

本发明公开一种恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器，包括待稳定运放电路和辅助电路。辅助电路连接于待稳定运放电路的电源轨和地轨之间，其第一输入端与待稳定运放电路的差分对晶体管pm1、pm2的尾电流输出端连接，其第二输入端与待稳定运放电路的差分对晶体管nm1、nm2的尾电流输出端连接，其第一输出端与待稳定运放电路的晶体管pm13的输入端连接，其第二输出端与待稳定运放电路的晶体管pm14的输入端连接。以上方案，通过在原恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器的电路中增设辅助电路消除恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器在输入共模电平变化时输出级的偏置状态的变化，稳定恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器的运放带宽、相位裕度和整体功耗。

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，特别涉及一种恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器。

背景技术

集成电路设计中经常用到恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器。目前，恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器的运放电路结构如图1所示，其包括两个输入差分对晶体管nm1、nm2(一对N-MOS管)及pm1、pm2(一对P-MOS管)，该电路输入共模电压VCMIN＝(VIM+VIP)/2的范围应当满足VSS＜VCMIN＜VDD。在该电路中：

当输入共模电压VCMIN接近电源轨电压VDD时，差分对晶体管pm1、pm2关闭，差分对晶体管nm1、nm2工作，差分对晶体管pm1、pm2的尾电流经晶体管pm3流至晶体管nm6，通过晶体管nm6/nm5镜像叠加给差分对晶体管nm1、nm2作为尾电流源，差分对晶体管nm1、nm2的偏置电流增加，保持运放整体跨导的恒定。但是，此时电流源pm8、pm9的电流更多的流向了差分对晶体管nm1、nm2，使得流向晶体管pm13、pm14的电流减少，进而流过晶体管pm7、nm7的电流减少，晶体管pm7、nm7的栅源电压减小，输出级晶体管pm15、nm15的栅源电压增加，导致输出级晶体管pm15、nm15静态偏置电流增加，跨导增加，使得运放的带宽、相位裕度增加了，静态功耗也增加了。

当输入共模电压VCMIN接近地轨电压VSS时，差分对晶体管nm1、nm2关闭，差分对晶体管nm1、nm2的尾电流经过晶体管nm3后流至晶体管pm6，通过晶体管pm6、pm5镜像叠加给差分对晶体管pm1、pm2，增加了差分对晶体管pm1、pm2的尾电流，差分对晶体管pm1、pm2跨导增加，保持了运放整体跨导恒定。但是，此时电流源pm8、pm9的电流原本应流过差分对晶体管nm1、nm2的部分，流向了晶体管pm13、pm14，晶体管pm13、pm14的电流增加，晶体管pm7、nm7的电流增加，晶体管pm7、nm7的栅源电压增加，导致输出级晶体管pm15、nm15的栅源电压减小，流过输出级晶体管pm15、nm15的静态电流减小，输出级晶体管pm15、nm15的跨导减小，使得运放的带宽、相位裕度减小了，静态功耗也随之减小。

基于上述分析，现有的恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器，在不同输入共模电压下，输出级的偏置状态不一样，导致输出级跨导和功耗不一样，使得运算放大器的带宽、相位裕度和功耗发生较大变化。

发明内容

本发明要解决的是现有恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器存在的输出级偏置状态、跨导和功耗不稳定的技术问题，为此，本发明提供了一种设置有辅助电路的恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种恒定跨导轨至轨输入输出运算放大器，包括待稳定运放电路和辅助电路，其中：

所述辅助电路连接于所述待稳定运放电路的电源轨和地轨之间，其第一输入端与所述待稳定运放电路的差分对晶体管pm1、pm2的尾电流输出端连接，其第二输入端与所述待稳定运放电路的差分对晶体管nm1、nm2的尾电流输出端连接，其第一输出端与所述待稳定运放电路的晶体管pm13的输入端连接，其第二输出端与所述待稳定运放电路的晶体管pm14的输入端连接；