[发明专利]一种折叠式共源共栅结构全差分运算放大器

说明书

本发明公开了一种折叠式共源共栅结构全差分运算放大器，包括PMOS管P₁、PMOS管P₂、NMOS管N₁、NMOS管N₂、NMOS管N₃、NMOS管N₄、NMOS管N₅、NMOS管N₆、NMOS管N₇和NMOS管N₈；在PMOS管P₁的源极引入偏置电流源I_B2，在PMOS管P₂的源极引入偏置电流源I_B3，并在NMOS管N₅、NMOS管N₆、NMOS管N₇和NMOS管N₈之间引入辅助放大器A；以及在NMOS管N₁和NMOS管N₂之上添加NMOS管N₃和NMOS管N₄，以提高输出电阻。本发明能够在不引入额外功耗的情况下增强折叠点的等效电阻，因而具有比传统结构高的直流电压增益，因此，可以大幅降低连接到折叠点的相关MOS管的沟道长度而不用担心直流电压增益不足，从而能够极大地降低折叠点的寄生电容以实现更宽的带宽。

技术领域

本发明涉及模拟集成电路设计技术领域，具体涉及一种折叠式共源共栅结构全差分运算放大器。

背景技术

共源共栅结构是实现宽带高增益运算放大器的基本途径，能够实现两级放大却在带内只有一个极点(在输出端)。参见图1所示，为套筒式共源共栅结构的运算放大器，其具有高频特性好、电流效率高的特点，但是输出电压摆幅受到较大的限制；此外，其共模输入电压范围也非常小，导致其应用范围受到限制。参见图2所示的折叠式共源共栅结构较好的解决了套筒式共源共栅结构的运算放大器的不足，其输出电压摆幅能够达到2Vsat～VDD-2Vsat；对于图2所示的NMOS管作输入差分对的情况，共模输入电压范围可达到VGS+Vsat～VDD。因此，折叠式共源共栅结构的应用范围得到了极大的拓展。当然，其电流效率较低，因为共源放大级的偏置电流不能被共栅放大级复用。

折叠式共源共栅结构的应用范围比套筒式广的多，其不足除了电流效率低之外，还在于直流增益较低和高频特性较差这两个缺点。原因在于：

(1)P1和P2所构成的电流源提供的偏置电流是套筒式结构中P1和P2的两倍，其输出电阻自然也就只有后者的一半，导致直流增益比套筒式低一些；

(2)折叠点(P₁和P₂的漏极，P₃和P₄的源极，以及N₁和N₂的漏极)的寄生电容(C_P)也比套筒式大得多，导致次极点(g_m3-4/C_P)位于较低频率处，制约了宽带设计。

如果要缓解问题(1)，传统方法是通过增加P₁和P₂的沟道长度，但是这会导致寄生电容增加，进一步恶化问题(2)。

发明内容

本发明目的是提供一种折叠式共源共栅结构全差分运算放大器，能够在不引入额外功耗的情况下大幅度提升折叠点的等效电阻，因而，连接到折叠点的相关MOS管可以取较短的沟道长度以降低折叠点的寄生电容，同时仍能保证较高的直流电压增益。

本发明的技术方案是：一种折叠式共源共栅结构全差分运算放大器，包括PMOS管P₁、PMOS管P₂、NMOS管N₁、NMOS管N₂、NMOS管N₃、NMOS管N₄、NMOS管N₅、NMOS管N₆、NMOS管N₇和NMOS管N₈；