[发明专利]一种增益提升的运算跨导放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种运算放大器，具体涉及一种增益提升的运算跨导放大器。

背景技术

运算放大器在电源、模数转换器、滤波器等模拟电路中已经得到广泛的应用。随着电源电压的下降和工艺尺寸的进一步缩小，晶体管沟道长度不断减小，致使晶体管本征增益也不断减小，在这种条件下设计高增益运放面临较大挑战。现有技术中,采用两级或三级级联，这种方式每个级联带来高增益的同时会引入一个低频极点，产生负的相移和退化相位裕度。为了保持系统的稳定性，一般采用米勒补偿原理，这种极点分离的补偿会严重退化运放的带宽性能。自举增益提高输出阻抗是另外一种提高增益的方法，虽然它不会限制运放的带宽性能，但是需要消耗更多的功耗。

2007年R.Assaad在ELECTRONICS LETTERS发表在一篇名为“Enhancing general performance of folded cascode amplifier by recycling current”(RFC运算放大器)，是一种具有低功耗的复用型折叠式共源共栅运算放大器，将电流复用技术应用于中传统的折叠式共源共栅运放电路中，其电路主要为偏置恒定电流源依次串接差分输入、负载电流镜和共源共栅输出级可调辅助差分对，其方案如图1所示。虽然电流复用技术提高了电路中电流的利用率，但是此方案是通过牺牲电路的相位裕度为代价实现跨导的增加，增益提升并不大，在现有的深亚微米工艺下，RFC运算放大器的增益远远达不到实际所需要的精度，难以广泛应用

为解决运算放大器电路中增益、带宽、功耗等之间的固有矛盾，需要打破传统结构，设计一种高增益和高速度兼顾的高性能运算放大器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增益提升的运算跨导放大器。偏置恒定电流源依次串接差分输入、负载电流镜和共源共栅输出级，还有可调辅助差分对，本运算跨导放大器受输出电压影响很弱，不会引入额外的极点，有效地提高运算放大器的输出阻抗和增益，实现高精度、高速运算放大。

本发明设计的一种增益提升的运算跨导放大器包括偏置恒定电流源及其依次串接的差分输入、负载电流镜和共源共栅输出级，其中偏置恒定电流源为P型MOS管M₀的源极接电源VDD,M₀的栅极接偏置电压V_bias；差分输入由4个P型MOS管M_1a、M_2a、M_1b和M_2b构成，负载电流镜由6个N型MOS管M₃、M₄、M_5a、M_6a、M_5b和M_6b构成，共源共栅输出级由2个N型MOS管M₇、M₁₀以及4个P型MOS管M₈、M₉、M₁₁和M₁₂构成。