[发明专利]一种低电压跨导恒定轨到轨差分放大器

说明书

本发明公开了一种低电压跨导恒定轨到轨差分放大器，该放大器的互补输入级通过主从电路对尾电流进行实时补偿，以确保其电流恒定，主从电路在较宽电压范围内可保证输入差分对跨导恒定，共模检测电路根据输入共模电压选通互补差分对中的一组工作，从而在轨到轨输入下实现跨导恒定，基于以上结构特点，本发明的轨到轨差分放大器可工作在0.65V电压下，在整个轨到轨输入范围内实现了跨导恒定。

技术领域

本发明涉及到一种低电压跨导恒定轨到轨差分放大器，属于放大器技术领域。

背景技术

随着工艺尺寸的不断缩小以及低功耗的应用驱动，模拟集成电路的电源电压不断朝着更低的方向演变。然而受到漏电流等问题制约，晶体管的阈值电压没有随着特征尺寸持续降低而是稳定在350mV~450mV的量级，这给传统的模拟电路设计带来了巨大的挑战。在模拟集成电路中，差分跨导放大器作为大多数反馈电路的核心模块，具有十分关键的作用。在低电压场合下，为了在局促的电源电压下实现尽可能大的电压摆幅，需要放大器达到轨到轨的输入/输出。而当电源电压接近阈值电压时，传统差分对在轨到轨输入范围内会出现死区，并且很难保持跨导的恒定。

发明内容

本发明目的是提出一种可以工作在低电源电压下的输入/输出轨到轨差分放大器，该放大器使用互补差分对，利用主从输入级箝位尾电流，在不同输入电压变化情况下动态调整尾电流管栅极电压，显著降低了共模电压死区并实现轨到轨输入/输出，实时监控输入电压的共模分量的变化情况，对输入跨导级进行选通，确保在同一时间只有一对输入级处于工作状态，从而保证了输入跨导在整个轨到轨输入电压范围内恒定。

为了实现上述目的，本发明采取的具体技术方案是：一种低电压跨导恒定轨到轨差分放大器，包括第一输入级主从跨导放大器、第二输入级主从跨导放大器、共模检测和控制电路单元、以及输出级折叠式共源共栅放大器，所述第一输入级主从跨导放大器和第二输入级主从跨导放大器结构互补且两者分别与输出级折叠式共源共栅放大器电路连接，所述共模检测和控制电路分别与第一输入级主从跨导放大器、第二输入级主从跨导放大器连接并且控制第一输入级主从跨导放大器或第二输入级主从跨导放大器实时调整尾电流管的栅极电压从而对尾电流进行实时补偿。

进一步地，所述第一输入级主从跨导放大器包括第二P型金属氧化物晶体管P2、第四N型金属氧化物晶体管N4、第五N型金属氧化物晶体管N5、第二N型金属氧化物晶体管N2、第六N型金属氧化物晶体管N6、第七N型金属氧化物晶体管N7和第三N型金属氧化物晶体管N3；

所述第二P型金属氧化物晶体管P2的栅极用于连接第一偏置电压Vb1，所述第二P型金属氧化物晶体管P2的源极用于连接电源，所述第二N型金属氧化物晶体管N2的栅极同时与第二P型金属氧化物晶体管P2的漏极、第四N型金属氧化物晶体管N4的漏极、第五N型金属氧化物晶体管N5的漏极连接，所述第四N型金属氧化物晶体管N4的栅极用于连接输入电压负极，所述第二N型金属氧化物晶体管N2的漏极同时与第四N型金属氧化物晶体管N4的源极、第五N型金属氧化物晶体管N5的源极连接，所述第五N型金属氧化物晶体管N5的栅极接用于连接输入电压正极，所述第三N型金属氧化物晶体管N3的栅极与第二N型金属氧化物晶体管N2的栅极连接，所述第三N型金属氧化物晶体管N3的源极接地，所述第三N型金属氧化物晶体管N3的漏极同时与第六N型金属氧化物晶体管N6的源极、第七N型金属氧化物晶体管N7的源极连接，所述第六N型金属氧化物晶体管N6的栅极用于接输入电压正极，所述第七N型金属氧化物晶体管N7的栅极接输入电压负极；

所述第二输入级主从跨导放大器包括：第五P型金属氧化物晶体管P5、第六P型金属氧化物晶体管P6、第七P型金属氧化物晶体管P7、第八P型金属氧化物晶体管P8、第九P型金属氧化物晶体管P9、第十P型金属氧化物晶体管P10和第十二N型金属氧化物晶体管N12；