[发明专利]环路增益可控的自偏置低压运算跨导放大器电路

说明书

技术领域

本发明涉及运算跨导放大器技术领域，特别是一种环路增益可控的自偏置低压运算跨导放大器电路以及环路增益控制方法。

背景技术

随着大规模集成电路技术的高速发展，运算跨导放大器被广泛的应用于各种模拟和射频集成电路中。而由于数字移动通信技术的高速发展，高性能运算放大器已经被广泛应用于高速高精度模数转换器(Analogue-to-Digital Converters，ADCs)中，是高性能流水线ADC中的核心单元电路之一，其性能和功耗直接影响到A/D转换器的整体性能以及移动设备的持续工作时间。所以，低功耗高性能的运算放大器设计一直是模拟集成电路设计研究的热点。

不同于模拟集成电路，数字电路系统的性能随着器件沟道长度的减小而增强，因此晶体管器件的栅氧厚度也随之越来越小。为了保证足够的器件击穿电压和芯片的使用寿命，深亚微米工艺器件的工作电源电压也随之降低。而为了节省系统功耗，目前的发展趋势是片上系统(System-on-a-chip，SOC)，即在大规模数字电路的同时集成模拟电路。电源电压的下降为模拟电路的设计带来了巨大的挑战。根据国际半导体工业协会(SIA，Semiconductor Industry Association)做出的预测，2007年低功耗芯片的电源电压将低至0.8V。

运算跨导放大器最基本的功能是提供足够大的小信号电压增益，同时尽可能的降低电源功耗。传统的运算跨导放大器都是采用开环级联的结构来实现高增益，但级联数目的增加同时也增大了电路的总功耗。而部分正反馈的运算跨导放大器可以显著的增大运算跨导放大器的增益，由文献“L.Bouzerara，M.T.Belaroussi，and B.Amirouche，Low-Voltage，Low-Power and High Gain CMOS OTA using ActivePositive Feedback with Feedforward and FDCM Techniques PROC.23rdINTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROELECTRONICS(MIEL2002)，VOL 2，YUGOSLAVIA，12-15 MAY，2002”所述，作者设计的采用部分正反馈的运算放大器可以显著的将开环的运算跨导放大器的增益由11dB增加到90dB，同时保持相位裕度基本不变。因此，采用部分正反馈技术来实现低功耗高增益的运算跨导放大器是可选的一个途径。

但是采用部分正反馈技术可能会带来稳定性的问题。因为采用部分正反馈技术的运算跨导放大器一般会在电路内部引入一个正反馈的环路，若是该正反馈的低频或高频增益大于单位增益，则运算会振荡甚至完全失去功能，因此在采用部分正反馈技术来设计运算跨导放大器时要特别注意其环路稳定性。

而随着深亚微米工艺的进步，器件的沟道尺寸越来越短，光刻的精度越来越苛刻，由此带来的工艺浮动也越来越大。这就给模拟电路的设计带来了不可想象的困难。为了保证产品达到一定的良率来提高产品利润，模拟电路的设计必须留出足够的裕度来满足工艺浮动的要求，但是这样也会带来电路性能的下降。

本发明提供的运算跨导放大器，采用自偏置的偏置电路来提供差分输入级的直流偏置，经证明，该电路的环路为正反馈，因此必须对电路内部的环路增益进行必要的控制以满足其稳定性的要求。本发明的环路增益的控制方法利用差分输入级的尾电流MOS晶体管的尺寸之比来合理的控制运算跨导放大器的环路增益，当芯片流片完成，可以采用熔丝或者开关管技术，将运算放大器的环路增益控制在保证系统稳定的限制范围以内，同时最大化运算跨导放大器的开环增益，使得运算跨导放大器的增益/功耗比值达到最大，充分的优化了运算跨导放大器的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种环路增益可控的自偏置低压运算跨导放大器电路以及环路增益控制方法，以保证运算跨导放大器电路的稳定性，提高运算跨导放大器电路的性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种环路增益可控的自偏置低压运算跨导放大器电路，该电路由一偏置电路11、一差分输入级电路12、一输出级电路13和一两级放大器补偿电路14构成；所述两级放大器补偿电路(14)为所述偏置电路(11)的闭环相位裕度进行补偿，包括电阻R0和电容Cc；其中：