[发明专利]一种增益可调的交叉耦合运算放大电路

说明书

本发明公开了一种增益可调的交叉耦合运算放大电路，包括差分输入模块、交叉耦合模块和输出缓存模块，差分输入模块由差分输入晶体管对、二极管连接的晶体管对和外加偏置电压的晶体管结构的尾电流源构成，交叉耦合负载模块由交叉耦合连接的晶体管对构成，输出缓存模块是一个电流镜结构的差分转单端输出电路。本发明通过交叉耦合晶体管对引入正反馈技术，实现增益自举功能，有效提高全N型管的运算放大电路的增益值。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，具体涉及一种增益可调的交叉耦合运算放大电路。

背景技术

运算放大电路是一种具有放大信号功能的电路，开环增益是运算放大电路最重要的性能参数，其大小直接影响电路的应用范围和工作性能。薄膜晶体管器件因其优良的性能、简单的制造工艺成为近年来热门研究对象，然而薄膜晶体管存在几个问题：1、氧化物薄膜晶体管是N型器件，缺乏互补的P型器件，大大增加高增益运算放大电路设计难度；2、氧化物薄膜晶体管存在阈值电压漂移效应，降低运算放大电路的稳定性。3、制造工艺半自动化，器件性能误差大，仿真模型不完善，电路设计只能依靠粗略的前仿真验证，严重降低了电路制造的有效率。

目前提高全N型管的运算放大电路增益的最有效方法是采用正反馈技术实现运算放大电路增益自举的功能。请参见图3，是一种运算放大电路增益自举结构图，该结构是目前TFT电路设计中最经典的高增益的运算放大电路，该电路设计重点是设计一个反馈增益Af趋近于1的反馈电路。然而因氧化物薄膜晶体管的沟道长度调制效应和制造工艺误差大，加大了增益Af趋近于1的反馈电路设计难度和设计结果的不确定性。当反馈增益太小时，运算放大电路增益不能得到有效提高；当反馈增益大于1时，运算放大电路会因自激不稳定而无法正常工作，因此需要设计一种高增益易调试的全N型管的运算放大电路。

发明内容

为了解决现有技术中的缺点，本发明提供一种增益可调的交叉耦合运算放大电路，本发明有效提高全N型管的运算放大电路的增益，又能降低氧化物薄膜晶体管阈值电压漂移效应和器件制造性能误差大给电路设计带来的不利影响。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种增益可调的交叉耦合运算放大电路，包括差分输入模块12、交叉耦合模块11和输出缓存模块13；

所述差分输入模块包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4和第七晶体管M7；

第一晶体管M1的源极、第二晶体管M2的源极和第七晶体管M7的漏极相连，第七晶体管M7的栅极与偏置电压端口VB连接，第七晶体管M7的源极与接地端口GND连接；

第一晶体管M1的栅极与正向输入端口IN+相连，第二晶体管M2的栅极与负向输入端口IN-相连，

第一晶体管M1的漏极与第三晶体管M3的源极连接，构成第一节点；

第二晶体管M2的漏极与第四晶体管M4的源极连接，构成第二节点；

第三晶体管M3的漏极和栅极与电源端口VDD连接；

第四晶体管M4的漏极和栅极与电源端口VDD连接；

所述交叉耦合模块包括第五晶体管M5及第六晶体管M6，第五晶体管M5的漏极、第六晶体管M6的栅极和第一节点连接，第六晶体管M6的漏极、第五晶体管M5的栅极与第二节点连接，第五晶体管M5和第六晶体管M6的源极均与接地端口GND相连；

所述输出缓存模块包括第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10和第十一晶体管M11，

第八晶体管M8的栅极与第一节点连接，其漏极与电源端口VDD连接，其源极与第十晶体管M10的漏极、第十晶体管M10的栅极、第十一晶体管M11的栅极连接，第十晶体管M10的源极与接地端口GND连接；