[发明专利]基于常数过驱动偏置的高温度鲁棒性的运算放大器电路

说明书

本发明公开一种基于常数过驱动偏置的高温度鲁棒性的运算放大器电路，属于模拟集成电路设计领域，该放大器电路由两级密勒运算放大器电路、共模反馈电路以及常数过驱动偏置电路组成。所述两级密勒放大器由两级差分共源放大器和级间补偿电路组成，其中级间补偿电路由电阻电容组成，用来提升放大器的相位裕度；所述共模反馈电路由共模电压取值电路和一个误差放大器组成，其中共模电压取值电路由电阻、电容组成，误差放大器是差分共源放大器；所述常数过驱动偏置是由一个自偏置电路和一个电压跟随器组成。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，特别涉及一种基于常数过驱动偏置的高温度鲁棒性运算放大器电路。

背景技术

近年来，电子技术的发展对电子系统的稳定性提出了越来越高的要求，例如应用于汽车、航天等领域的芯片需要覆盖-40～125℃的工作温度范围，这就对芯片的温度鲁棒性提出了很大的挑战。而模拟芯片作为一个完整系统中不可或缺的部分，它通常会使用到大量的运算放大器，因此提升运算放大器的温度鲁棒性对于提升整个系统温度鲁棒性有着非常大的帮助。目前已经有一些方法被用于提升运算放大器的温度鲁棒性。

一种方法是在芯片中增加温度传感器，通过温度传感器感知芯片温度，进而根据温度信息调节放大器的工作状态，实现所要求温度范围内的高温度鲁棒性。在理想情况下，这种方法能够保证放大器在任何温度范围内都保持在正确的工作状态，因此这种方法能够实现非常大的温度范围和很好的温度鲁棒性。但是这种方法需要增加额外的温度传感器，这不可避免的会带来额外的功耗和芯片面积。另一种方法是在放大器中增加反馈环路，若放大器的工作状态随温度发生变化，则反馈环路能够检测到该变化，并反馈到放大器，从而实现对放大器工作状态的调整，并且反馈环路的反馈系数越大，放大器的温度鲁棒性越好。但这种方法也存在几个不足之处：第一，由于加入了反馈环路，所以会存在环路稳定性的问题；第二，环路的温度特性也胡影响放大器的温度鲁棒性；第三，增加反馈环路会带来额外的功耗和芯片面积。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于为克服已有技术的不足，提出了一种基于常数过驱动偏置的高温度鲁棒性的运算放大器电路，本发明在于采用常数过驱动偏置给运算放大器提供偏置电压，使得放大器中MOS晶体管的过驱动电压和本征增益几乎不随温度发生变化，从而提升放大器的温度鲁棒性；同时，本发明所提出的常数过驱动偏置是一个非常精简的自偏置电路，相比于放大器消耗的功耗和芯片面积，该偏置电路所消耗的功耗和芯片面积几乎可以忽略不计；此外，该偏置电路与放大器电路是协同设计的，它们在版图上非常靠近，因此偏置电路和放大器电路的工艺角偏差是相同的，因此该偏置还能提升放大器的工艺角鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于常数过驱动偏置的高温度鲁棒性运算放大器电路，该电路包括两级密勒运算放大器电路、共模反馈电路以及常数过驱动偏置电路；

所述两级密勒运算放大器电路由两级差分共源放大器和级间补偿电路组成，所述两级差分共源放大器的第一级是一个全差分共源放大器，由尾电流管、放大管和负载管组成；所述两级差分共源放大器的第二级是一个差分共源放大器，由放大管和负载管组成；级间补偿电路由电阻和电容串联而成，用来补偿两级差分共源放大器的相位裕度；

所述共模反馈电路由共模电压取值电路和一个误差放大器组成，所述共模电压取值电路由两个相同的电阻和两个相同的电容并联而成，该共模电压取值电路一方面可以消除输出交流信号，取出直流信号，另一方面还能够引入一个负零点，用来补偿共模环路反馈环路的相位裕度；所述误差放大器是差分共源放大器，由尾电流管、放大管和负载管组，其中负载管是二极管接法的MOS晶体管；

所述常数过驱动偏置是由一个自偏置电路和一个电压跟随器组成，所述自偏置电路由一个电阻、两条栅极相连的电流镜支路和一个启动MOS晶体管组成，其中通过调节电阻和两条电流镜的比例可以实现输出偏置电压的调节；电压跟随器由一个放大管和一个负载管构成，其中负载管是二极管接法的MOS晶体管；