[发明专利]一种轨对轨运算放大器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种运算放大器，尤其是一种用于单位增益缓冲器电路中的轨对轨运算放大器。

背景技术

轨对轨运放被大量应用于单位增益缓冲器电路中，以确保输入信号电压轨对轨变化时，输出信号能跟上输入信号的变化。在音频，医疗等领域需要用到对信号无失真跟踪的缓冲器，这就要求运放在输入信号轨对轨变化时具有恒定的跨导。然而，实现恒定跨导的运放稳定性较差，需要设计复杂的补偿电路来提高稳定性；另外恒定跨导运放带宽通常很低，响应时间长。在更多的宽带应用场合中，只需运放提供足够大的增益，并不要求运放具有恒定的跨导，但需要运放在输入共模电平轨对轨变化时，具有较快的跟踪速度，即较大的带宽。另外，当后级电路与运放的第一级输出为直流耦合时，为保证后级电路的偏置点不受运放输入共模电平的影响，需要运放在输入共模电平轨对轨变化时，第一级输出点的直流电平保持不变。因此，针对后两种情况，研究一种结构简单，且具有较高增益和较快速度的轨对轨运放是有意义的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种轨对轨运算放大器，该种运算放大器采用两级运放，不但结构简单，而且能够在输入信号轨对轨电压范围内变化时保证较高的增益，并能稳定第一级输出端的直流电平，提高运放的带宽。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：这种轨对轨运算放大器，包括米勒补偿电路，所述米勒补偿电路的输入端和输出端分别连接有第一级电路和第二级电路，所述第一级电路包含有N管输入电路、P管输入电路、电流注入电路、电流抽取电路、第一级输出支路电路以及偏置电路；所述电流抽取电路补偿P管输入电路注入到第一级输出支路电路中的电流，使第一级输出支路电路中的电流不受P管输入电路中电流的影响；同理，电流注入电路补偿N管输入电路注入到第一级输出支路中的电流，使第一级输出支路中电流不受N管输入电路中电流的影响；所述第二级电路是一个以电流源为负载的共源放大器。

上述第一级电路还包含有连接各电路的第一至第十九节点；所述电流注入电路由第一至三MOS管构成：其中第三MOS管的漏端与第一、二MOS管的源端相连接于节点；第三MOS管的源端接地，栅端连接到第五节点上，第一、二MOS管的漏端连接到节点第十节点上，第一、二MOS管的栅端分别接到第一、二节点上。

进一步，上述N管输入电路由第四、五MOS管和第七MOS管构成：第七MOS管的漏端与第四、五MOS管的源端相连接于第四节点；第七MOS管的源端接地，栅端接到第五节点上，第四、五MOS管的漏端分别接到第十一、十二节点上，第四、五MOS管的栅端分别接到第一、二节点上。

进一步，上述P管输入电路由第九、十和十一MOS管构成：第九MOS管的漏端与第十、十一MOS管的源端相连接于第七节点；第九MOS管的源端接电源，栅端接到第六节点上；第十、十一MOS管的漏端分别接到第十一、十二节点上，而栅端分别接到第一、二节点上。

进一步，上述电流抽取电路由第十二、十三和十四MOS管构成：第十二MOS管的漏端与第十三、十四MOS管的源端相连接于第八节点；第十二MOS管的源端接电源，栅端接到第六节点上；第十三、十四MOS管的漏端相连接到第十节点上，第十三、十四MOS管的栅端分别接到第一、二节点上。

进一步，上述第一级输出支路由第十五、十六MOS管以及第十八至二十三MOS管构成：第十五、十六MOS管的源端相连接到第九节点上，第十五、十六MOS管的栅端相连接到第十节点上，第十五、十六MOS管的漏端分别接第十一、十二节点；第十八、十九MOS管的源端分别接到第十一、十二节点，栅端相连接到第十节点上，漏端分别接第十四、十五节点；第二十、二十一MOS管的源端分别接到第十七、十八节点，栅端相连接到第十六节点，漏端分别接第十四、十五节点；第二十二、二十三MOS管的源端相连接到第十九节点后接地，栅端相连接到第十四节点(a₁₄)，漏端分别接第十七、十八节点；上述第一级电路的偏置电路包括第六MOS管、第八MOS管、第十七MOS管、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一偏置电压源和第二偏置电压源：第六MOS管的源端接地，栅端和漏端与第一电流源的一端相连接于第五节点，而第一电流源的另一端接电源；第八MOS管的源端接电源，栅端和漏端与第二电流源一端相连接于第六节点，所述第二电流源的另一端接地；所述第十七MOS管的源极接第九节点，栅端和漏端与第三电流源的一端相连接于第十节点，第三电流源的另一端接地；第一偏置电压源一端接第十三节点，另一端接地；所述第二偏置电压源一端接第十六节点，另一端接地。