[发明专利]一种带宽可调的运算放大器电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种带宽可调的运算放大器电路。

背景技术

集成运算放大器自20世纪60年代问世以来，取得了飞速的发展。最初多用于各种模拟信号的运算，例如比例、求和、求差、积分、微分等，随着技术的发展，集成运放已经广泛应用于模拟信号的处理和发生电路中，可用以构成有源滤波器，跨阻放大器等多种射频和模拟集成电路中常用的单元模块。

全差分运算放大器与单端输出的运算放大器相比，具有更大的输出电压摆幅，对共模噪声不敏感，而且输出不含偶次谐波分量，这使它广泛应用于各种复杂环境下的集成电路中。由于差分输出，运放需要两个匹配的反馈网络，并需要共模反馈电路来稳定共模输出电压。

以滤波器为例，现今的多种通信制式要求滤波器具有多种带宽以满足系统的性能指标要求。一种解决方法是，将不同带宽的滤波器并联放置，选择不同滤波器的输出就可以得到不同带宽的滤波效果。然而这将带来电路功耗和版图面积的极大浪费。为了降低电路功耗和减小版图面积，较好的方法是共用滤波器的核心单元，即运算放大器电路。将滤波器的反馈电容改为可调的电容阵列，由控制信号进行切换得到不同的电容值，从而得到不同的滤波器带宽。然而，滤波器的不同带宽，要求运放也具有不同的环路带宽。而且，随着滤波器反馈电容阵列的切换，运放的负载将经历很大的变化，典型地从几pF变化到几十pF，给运算放大器的稳定性带来很大的威胁。如果按照最大负载的情况，设计密勒补偿电容以保证各种负载情况下运放的稳定性，在轻负载的情况下，运放的带宽就会显著减小，不能满足系统性能指标的要求。另一个主要的矛盾是，在一定功耗下，运放的带宽有限。要提高运放的带宽，并且保持运放的增益不变，需要提高运放的单位增益带宽。这就需要加大运放的工作电流，功耗和带宽的矛盾是运放设计时不可避免的矛盾。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种带宽可调的运算放大器电路。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种带宽可调的运算放大器电路，该运算放大器电路包括偏置电路、全差分运算放大器主电路和共模反馈电路，其中：

偏置电路，用于为全差分运算放大器主电路和共模反馈电路提供与温度和工艺无关的稳定的偏置电流；

全差分运算放大器主电路，是两级放大的满摆幅输出结构，用于在偏置电流的作用下提供增益和所需的带宽，并向共模反馈电路输出共模电平；

共模反馈电路，用于稳定全差分运算放大器主电路输出的共模电平至一个恒定的电压。

上述方案中，所述偏置电路包括基准电流I_ref以及第十NMOS管M₁₀、第十一NMOS管M₁₁组成的电流镜结构；第九PMOS晶体管M₉的栅极与漏极相接，为全差分运算放大器主电路和共模反馈电路提供偏置电流。

上述方案中，所述全差分运算放大器主电路包括第一级及第二级放大电路，在该两级放大电路之间加入有可切换的第三及第四密勒补偿电容(C₃、C₄)和第三及第四密勒补偿电阻(R₃、R₄)，用于实现不同带宽下的稳定工作，同时加入有可切换的第一及第二交叉反馈电容(C₁、C₂)和第一及第二交叉反馈电阻(R₁、R₂)，用来进一步拓展带宽；在该两级放大电路之间还加入有第五及第六耦合电容(C₅、C₆)和第五及第六高阻值隔离电阻(R₅、R₆)，实现满摆幅输出。