[实用新型]一种恒定跨导和恒定共模输出电流的轨到轨输入级

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种运算放大器电路，尤其涉及一种运用在输入轨到轨的运算放大器的一种恒定跨导和恒定共模输出电流的轨到轨输入级。

背景技术

运算放大器(常简称为“运放”)是广泛应用的、具有超高放大倍数的电路单元。可以由分立的器件组成，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。运放的输出电位通常只能在高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值之间变化。经过特殊设计的运放可以允许输出电位在从负电源到正电源的整个区间变化。这种运放成为轨到轨(rail-to-rail)输出运算放大器。

轨到轨输入级可以采用NMOS(N-Mental-Oxide-Semiconductor)和PMOS(P-Mental-Oxide-Semiconductor)并联互补的方式来实现。当输入共模电压从一部分范围进入到另一部分范围时，跨导(gm)甚至可以到2倍，这将妨碍运放的频率补偿。因为运放的单位增益带宽与输入级的跨导(gm)是成正比的。为了优化整个输入共模范围内的频率补偿，需要使输入级的跨导(gm)恒定。

现有的技术中均存在一个缺点，即在整个输入共模范围内，输入级输入到后面的加法电路的电流是变化的，结果加法电路的静态偏置电流就是变化的。这带来了一些缺点，加法电路的偏置条件的改变，将使电路的频率补偿条件改变，无法优化电路的频率补偿。这样，运放也许需要浮动电流源的设计，这将使电路的设计变复杂，并且有另外的缺点。加法电路偏置条件的改变，造成的失配变化折合到运放的输入级，将减低运放的共模抑制比(CMRR)。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的缺点，本实用新型提供一种恒定跨导和恒定共模输出电流的轨到轨输入级，使加法电路的静态偏执电流保持恒定。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型公开一种恒定跨导和恒定共模输出电流的轨到轨输入级，包括：一轨到轨输入模块，用以实现共模输出电流恒定，该轨到轨输入模块包括NMOS输入模块及PMOS输入模块；一尾电流切换模块，用以控制该轨到轨输入模块在不同的共模输入电压下，该NMOS输入模块及PMOS输入模块的电流和保持恒定。

更进一步地，该NMOS模块包括一尾电流源及电流镜，该PMOS模块包括一尾电流源及电流镜；该NMOS模块的尾电流源镜像折叠到PMOS电流镜，使该NMOS尾电流源和PMOS电流镜的电流相互抵消；该PMOS模块的尾电流源镜像折叠到NMOS电流镜，使该PMOS尾电流源和NMOS电流镜的电流相互抵消。

更进一步地，该NMOS模块包括：第一NMOS管，第二NMOS管，第三NMOS管，第一PMOS管，第二PMOS管；该第一NMOS管与第二NMOS管组成一差分对，该第三NMOS管构成尾电流源，该第一PMOS管与第二PMOS管组成电流镜；该第一第二NMOS的栅极分别与输入电压相连，源级分别与第一第二PMOS管的漏极相连，漏极均与第三NMOS管的源级相连；该第三NMOS管的栅极与该尾电流切换模块相连，漏极接地；该第一第二PMOS管的栅极与该尾电流切换模块相连；当输入共模电压较高，第一NMOS管与第二NMOS管工作，第三NMOS的电流与第一第二PMOS管相抵消。

更进一步地，该PMOS模块包括：第四NMOS管，第五NMOS管，第三PMOS管，第四PMOS管及第五PMOS管；该第三PMOS管与第四PMOS管组成一差分对，该第五PMOS管构成尾电流源，该第四NMOS管与第五NMOS管组成电流镜；该第三第四PMOS的栅极分别与输入电压相连，漏级分别与第四第五NMOS管的源极相连，源极均与第五NMOS管的漏级相连；该第四第五NMOS管的栅极与该尾电流切换模块相连，漏极接地；该第五PMOS管的栅极与该尾电流切换模块相连；当输入共模电压较低，第三第四PMOS管工作，第五PMOS的电流与第四第五NMOS相抵消。

更进一步地，该尾电流切换模块包括高电压工作模块，低电压工作模块以及切换高低电压工作模块的单元，该高电压工作模块与该低电压工作模块在亚阈值区域内均工作。