[发明专利]基于CDMOS工艺具有限流保护功能的功率运算放大器

说明书

本发明公开了一种基于CDMOS工艺具有限流保护功能的功率运算放大器，包括第一级运算放大单元、第二级运算放大单元、限流保护单元、偏置电路；所述偏置电路与第一级运算放大单元、第二级运算放大单元连接，第一级运算放大单元的输出端与第二级运算放大单元的输入端连接，所述限流保护单元与第二级运算放大器单元的输出端连接。本发明通过改进的电流源负载结构，简化了电路复杂度，减少了偏置电压的个数，进而减小了系统电路的静态功耗；通过在运算放大器输出级增加电流检测晶体管和电阻来感应输出电流大小，进而保护电路在输出短接时不被损毁，增强了系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种功率运算放大器，特别涉及一种基于CDMOS工艺具有限流保护功能的功率运算放大器。

背景技术

功率放大类放大器广泛应用于通信系统和各种电子设备中，为负载提供足够大的信号功率，通常用于驱动电机、音圈电感、音响放大等实际应用中，具有低频段工作、大功率输出、高效率、智能控制等特点。近年来，随着集成电路设计及制造技术的不断发展，便携式、智能化电子产品逐渐向着轻便化、高集成度、微型化发展，这对低压功率类模拟集成电路的需求也在持续增加。

目前，低压大电流输出功率类运算放大器大多采用BJT工艺，但是在这种工艺下电路的热稳定性较差，尤其系统电路工作在较大输出电流的情况下。为了能够在复杂环境下，适应更大温度变化范围需要的要求，发展出了一些基于其他工艺的低压大电流功率运算放大器电路，如CMOS，CDMOS工艺。传统的运算放大器大多采用PMOS对管输入，以降低输入噪声，采用折叠式共源共栅结构以获得较高的直流增益。但是，由于PMOS晶体管的载流子迁移率较小，所以PMOS差分对输入管表现出较小的跨导，另外，在相同跨导的情况下PMOS管需要的宽长比会比NMOS管大很多，占用相对较大的版图面积，这将会增加设计成本。再者，传统的折叠式共源共栅结构中需要的偏置电压相对较多，这样增加了电路设计的复杂度、电路的整体静态功耗，还增加了芯片版图面积。由于大多集成类运算放大器的工作输出电流较小，一般不采用限流保护功能电路来限制输出。因此，考虑到芯片使用环境的复杂与多变，传统运算放大器结构，很难满足高增益、大电流输出、稳定性好的性能要求。

传统折叠式共源共栅电路中电流源负载电路通常采用图2中现有技术，虽然也可以实现提高第一级折叠式共源共栅级运算放大电路的直流增益，但是，电路中需要增加额外的直流偏置电路，进而增加电路的复杂度，并且会产生额外的功耗。

传统的两级运算放大器电路由于较少实现几百毫安，甚至更大的电流输出，所以没有限流保护电路。在设计输出较大电流的运算放大器电路时，输出级运算放大电路中的晶体管往往采用相对较大的宽长比，一般为几千或者上万，当输出级意外短接至VDD或者GND时，输出级晶体管将会在瞬间流过几百毫安甚至几安的大电流，这很容易烧坏输出级晶体管，因此就需要设计特殊的限流保护电路来提高运算放大器的可靠性。

在传统的运算放大电路中，跨导线性环电路晶体管的偏压，如图4中PMOS管MP5和NMOS管MN9的栅极电压偏置电路往往直接采用简单的偏置实现，如二极管串接的MOS管实现，这种结构产生的偏压稳定性相对较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、安全可靠的基于CDMOS工艺具有限流保护功能的功率运算放大器。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于CDMOS工艺具有限流保护功能的功率运算放大器，包括第一级运算放大单元、第二级运算放大单元、限流保护单元、偏置电路；

所述偏置电路与第一级运算放大单元、第二级运算放大单元连接，用于向第一级运算放大单元和第二级运算放大单元提供对应的偏置电压；

所述第一级运算放大单元的输出端与第二级运算放大单元的输入端连接，用于提供高的直流增益；

所述第二级运算放大单元的输入端与第一级运算放大单元的输出端连接，用于增加第一级运算放大单元输出信号的最大摆幅；