[发明专利]运算放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种运算放大器。

背景技术

运算放大器广泛应用于电子电路的控制中，应用极其广泛，根据其具体的应用对运算放大器的多种指标如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、输入失调电压温度系数、差模输入阻抗、共模输入阻抗、最大共模输入电压、最大差模输入电压、输入噪声电压、电源抑制比、共模抑制比、最大输出电流、输出短路电流、开环输出阻抗、开环差分增益、输出压摆、线性与谐波失真、输出电压转换速率、建立时间、单位增益带宽和大信号带宽等又有各种不同的要求，通常需要根据具体的设计指标重新进行设计优化。如图1所示，是现有运算放大器的结构原理图，一般现有运算放大器有以下几个部分构成：输入级101、增益级103、输出驱动级105等构成，输入级101和增益级103之间、以及增益级103和输出驱动级105之间都分别包括有一个缓冲器或电平移位102和10；输入级101为差分输入到单端输出转换器，增益级103主要用于提供高增益；输出驱动级105主要用于提供小的输出阻抗r₀，或驱动大电容C_L及小负载R_L。运算放大器又可分为单级运放、二级运放、多级运放等，其中单级运放一般由图1中所示的从输入信号Vi到虚线AA部分之间的电路组成；二级运放一般由图1中所示的从输入信号Vi到虚线BB部分之间的电路组成；三级运放一般由图1中所示的从输入信号Vi到虚线CC部分之间的电路组成。

在现代CMOS工艺中通常使用全差分运算放大器。全差分运算放大器具有大输出摆幅、无镜像极点等优点，因此可以得到高的闭环速度。但其共模电平必须小心定义以使之能正常工作。一般都采用共模反馈的方法。在高增益放大器中，其输出共模电平对器件特性与失配非常敏感，不能通过观察确定，而且不能通过差分反馈来达到稳定。因此，必须采用一共模反馈网络来检测输出端的共模电平，有效调节放大器的偏置电流。

引入共模反馈（CMFB）的两个目的：为输出节点提供一个稳定的共模电平和减小共模增益，以提高共模抑制比。共模反馈设计时应考虑：只为共模信号创建一个负反馈回路，而对于差分信号，即共模反馈不能影响电路的性能，尽量减小共模反馈电路的功耗与面积。在单端输出的运放中，不需要CMFB，但可以利用CMFB来提高共模抑制比，而在全差分运算放大器中则必须有CMFB。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种运算放大器，具有高增益和宽带宽，能提高电路性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的运算放大器包括：两级放大电路、双共模反馈电路和偏置电路。

所述两级放大电路的第一级为折叠式共源共栅全差分放大电路，第二级为共源全差分放大电路。

所述折叠式共源共栅全差分放大电路包括差分输入电路和共栅放大电路。所述差分输入电路包括第一PMOS管和第二PMOS管组成的差分对管，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的源极连接在一起，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的栅极为差分电压输入信号的输入端，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的漏极分别输出两路差分电流信号；所述共栅放大电路包括两个栅极连接在一起的第一NMOS管和第二NMOS管，由所述第一PMOS管和所述第一NMOS管组成第一折叠式共源共栅结构支路，由所述第二PMOS管和所述第二NMOS管组成第二折叠式共源共栅结构支路，所述第一NMOS管接收由所述第一PMOS管的漏极输出的所述差分电流信号，所述第二NMOS管接收由所述第二PMOS管的漏极输出的所述差分电流信号，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的漏极输出一对差分第一输出信号。

所述共源全差分放大电路的输入端接收两个所述差分第一输出信号，所述共源全差分放大电路的输出端输出一对差分第二输出信号；所述共源全差分放大电路的两个差分支路的输出端和输入端之间分别串联有电容和电阻，用于实现米勒补充。

所述双共模反馈电路包括两个分支电路，第一分支电路包括两个差分输入端，该两个差分输入端分别接收所述差分第一输出信号中的一个，两个所述差分第一输出信号和第一参考信号进行比较并输出第一共模反馈电压到所述共栅放大电路中用于稳定所述共栅放大电路的共模输出电压；第二分支电路的输入端接收由两个所述差分第二输出信号分压得到的共模信号，将该共模信号和第二参考电压信号进行比较并输出第二共模反馈电压到所述共源全差分放大电路中用于稳定所述共源全差分放大电路的共模输出电压。