基于自适应尾电流的跨导运算放大器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自适应尾电流的跨导运算放大器，属于跨导运算放大器的电路设计领域，本发明提供的基于自适应尾电流的跨导运算放大器通过增加自适应尾电流模块和静态功耗减小模块，合理设计自适应尾电流模块和静态功耗减小模块的电路结构，从而克服了现有技术中的跨导运算放大器不能兼顾低功耗和大摆率的问题，既降低了静态功耗，又提高了摆率，改善大信号瞬态特性，进而为电路设计行业在跨导运算放大器方面提供了良好发展的基础。
【专利说明】基于自适应尾电流的跨导运算放大器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种跨导运算放大器，尤其涉及一种基于自适应尾电流的跨导运算放大器。
【背景技术】
[0002]跨导放大器是一种通用性很强的标准器件，应用非常广泛，主要用途可以分为两方面，一方面，在多种线性和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理；另一方面，在电压模式信号系统和电流模式信号系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变换为电流信号，再送入电流模式系统进行处理。
[0003]跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，增益叫跨导，用Gm表示。集成跨导放大器分为两种，一种是跨导运算放大器(Operat1nal Transconductance Amplifier),简称OTA ;另一种是跨导器(Transconductor)。其中，跨导运算放大器是一种通用型标准部件，其作为一个通用模块被广泛应用于驱动大电容负载电路，如振荡器，数据采样系统，以及LDO，DC-DC中的误差放大器。这些系统中的应用要求跨导运算放大器设计时应该具有较低的静态功耗和较高的瞬态响应。
[0004]然而，现有技术中的跨导运算放大器，由于其尾电流固定，难以兼顾满足静态下的低功耗增益和大信号下的高速驱动的要求，低功耗和高速的要求是矛盾的，这便加大了电路设计的困难。
[0005]图1是现有技术中的跨导运算放大器的电路结构示意图，如图所示，PMOSMAI和PM0SMA2的栅极作为一对差分输入信号的输入端，MAl和MA2的源极连接于PM0SMA0的漏极，PM0SMA0的源极连接外部电源，其栅极为偏置电压输入端，同时，NM0SMA3的漏极和栅极均与MAl的漏极连接，NM0SMA4的漏极和栅极均与MA2的漏极连接，PM0SMA7和PM0SMA8的源极均连接外部电源，MA7的栅极、漏极和MA8的栅极均与NM0SMA5的漏极连接，MA5的栅极连接于MAl的漏极，MA8的漏极连接于NM0SMA6的漏极，MA6的栅极连接于MA2的漏极，并且MA5、MA3、MA4、MA6的源极均接地，电容CL 一端接地，一端连接于MA8的漏极且为输出端，由此可见，该结构的跨导运算放大器的尾电流为固定值，采用ClassAB的输出级，大信号摆率如下:
【权利要求】
1.一种基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，包括: 跨导运算放大模块，其配置为对输入信号进行运算和处理； 自适应尾电流模块，其连接到所述跨导运算放大模块并配置为增加动态尾电流； 静态功耗减小模块，其连接到所述跨导运算放大模块并配置为减小静态电流。
2.如权利要求1所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述跨导运算放大模块包括:第一 PMOS管(MBl)、第四PMOS管(MB4)、第二十七PMOS管(MB27)、第九 NMOS 管(MB9)、第十 NMOS 管(MBlO)、第十二 NMOS 管(MB12)、第十三 NMOS 管(MB13)、第三十二 PMOS管(MB32)、第三十三PMOS管(MB33)、第三十四NMOS管(MB34)、第三十五NMOS管(MB35)、电容 CL ； 所述第一 PMOS管和所述第四PMOS管的栅极作为跨导运算放大模块的一对差分输入信号的输入端；所述第一 PMOS管和所述第四PMOS管的源极都连接于第二十七PMOS管的漏极，所述第一 PMOS管的漏极连接于第九NMOS管的漏极，所述第四PMOS管的漏极连接于第十二 NMOS管的漏极； 所述第二十七PMOS管的源极连接于外部电源，所述第二十七PMOS管的栅极连接于第一偏置电压(BIASl)； 所述第九NMOS管的源极连接于所述第十NMOS管的漏极，所述第十二 NMOS管的源极连接于所述第十三NMOS关的漏极，所述第九NMOS管和所述第十二 NMOS管的栅极均连接于第二偏置电压(BIAS2)； 所述第十NMOS管的栅极连接于所述第一 PMOS管的漏极，所述第十三NMOS管的栅极连接于所述第四PMOS管的漏极，所述第十NMOS管和所述第十三NMOS管的源极均接地； 所述第三十四NMOS管的栅极连接于所述第一 PMOS管的漏极，所述第三十五NMOS管的栅极连接于所述第四PMOS管的漏极，所述第三十四NMOS管的漏极连接于所述第三十二PMOS管的漏极，所述第三十五NMOS管的漏极连接于所述第三十三PMOS管的漏极，所述第三十四NMOS管和所述第三十五NMOS管的源极均接地； 所述第三十二 PMOS管和所述第三十三PMOS管的栅极均连接于所述第三十四NMOS管的漏极，所述第三十二 PMOS管和所述第三十三PMOS管的源极均连接于外部电源； 所述电容CL的一端接地，另一端为输出端，且所述输出端在所述第三十三PMOS管的漏极处。
3.如权利要求2所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述自适应尾电流模块包括:第二十三PMOS管(MB23)、第二十四PMOS管(MB24)、第二十五PMOS管(MB25)、第二十六 PMOS 管(MB26)、第二十八 PMOS 管(MB28)、第二十九 PMOS 管(MB29)、第三十PMOS管(MB30)、第三i^一 PMOS管(MB31)、第十五NMOS管(MB15)、第十六NMOS管(MB160)、第十七NMOS管(MB17)、第十八NMOS管(MB18)、第十九NMOS管(MB19)、第二十NMOS 管(MB20)、第二i^一 NMOS 管(MB21)、第二十二 NMOS 管(MB22)； 所述第二十三PMOS管、第二十四PMOS管、第二十五PMOS管、第二十六PMOS管、第二十八PMOS管、第二十九PMOS管、第三十PMOS管和第三i^一 PMOS管的源极均接外部电源，所述第二十三PMOS管和所述第二十四PMOS管的栅极以及所述第二十四PMOS管和所述第二十五PMOS管的漏极均连接于所述第二十一 NMOS管的漏极，所述第二十五PMOS管和所述第二十六PMOS管的栅极以及所述第二十六PMOS管的漏极均连接于所述第十五NMOS管的漏极，所述第二十八PMOS管和所述第二十九PMOS管的栅极以及所述第二十八PMOS管的漏极均连接于所述第十九NMOS管的漏极，所述第三十PMOS管和所述第三十一 PMOS管的栅极以及所述第三十PMOS管和所述第二十九PMOS管的漏极均连接于所述第十七NMOS管的漏极，所述第二十三PMOS管和所述第三十一 PMOS管的漏极均连接于所述第二十七PMOS管的漏极； 所述第十五NMOS管、所述第十七NMOS管、所述第十九NMOS管和所述第二i^一 NMOS管的栅极均连接第二偏置电压(BIAS2)，所述第十五NMOS管的源极连接所述第十六NMOS管的漏极，所述第十七NMOS管的源极连接所述第十八NMOS管的漏极，所述第十九NMOS管的源极连接所述第二十NMOS管的漏极，所述第二十一 NMOS管的源极连接所述第二十二 NMOS管的漏极，所述第十六NMOS管和所述第十八NMOS管的栅极均连接于所述第一 PMOS管的漏极，所述第二十NMOS管和所述第二十二 NMOS管的栅极均连接于所述第四PMOS的漏极，所述第十六NMOS管、所述第十八NMOS管、所述第二十NMOS管和所述第二十二 NMOS管的源极均接地。
4.如权利要求3所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述第二十三PMOS管和所述第二十四PMOS管的尺寸比以及所述第三十PMOS管和所述第三i^一PMOS管的尺寸比均为A:1 ； 其中，A为大于I的整数。
5.如权利要求4所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述第二十五PMOS管和所述第二十六PMOS管的尺寸比以及所述第二十八PMOS管和所述第二十九PMOS管的尺寸比均为1:1。
6.如权利要求4所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述第九NMOS管、所述第十五匪OS管和所述第十七NMOS管的尺寸比为1:1:1。
7.如权利要求4所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述第十二 NMOS管、所述十九NMOS管和所述第二i^一 NMOS管的尺寸比为1:1:1。
8.如权利要求3所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述静态功耗减小模块包括:第二 PMOS管(MB2)、第三PMOS管(MB3)、第五NMOS管(MB5)、第六NMOS管(MB6)、第七 NMOS 管(MB7)和第八 NMOS 管(MB8)； 所述第二 PMOS管和所述第三PMOS管的源极均连接于所述第二十七PMOS管的漏极，所述第二 PMOS管的栅极连接于所述第一 PMOS管的栅极，所述第三PMOS管的栅极连接于所述第四PMOS管的栅极，所述第二 PMOS管的漏极连接于所述第六NMOS管的漏极、栅极和第八NMOS管的栅极，所述第三PMOS管的漏极连接于所述第七NMOS管的漏极、栅极和第五NMOS管的栅极； 所述第五NMOS管的漏极连接于所述第一 PMOS管的漏极，所述第八NMOS管的漏极连接于所述第四PMOS管的漏极，所述第五NMOS管、所述第六NMOS管、所述第七NMOS管和所述第八NMOS管的源极均接地。
9.如权利要求8所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述第一PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管的尺寸比为1:1:1:1。
10.如权利要求8或9任意一项所述的基于自适应尾电流的跨导运算放大器，其特征在于，所述第六NMOS管和所述第八NMOS管的尺寸比以及所述第七NMOS管和所述第五NMOS管的尺寸比均为B:1 ；其中，B为大于I的整数。
【文档编号】H03F3/45GK104201999SQ201410491988
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】陈茂奎, 白俊兵 申请人:无锡华大国奇科技有限公司