[发明专利]一种用于医疗电子的运算放大器

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于医疗电子的运算放大器。

背景技术

运算放大器是模拟电路和系统的基础模块之一。系统需要高增益、高带宽和宽输出范围的运算放大器。随着工艺的提升，MOS管沟道长度减小，最大耐压降低，运算放大器增益和输出范围也随之减小。多级运算放大器可以提高放大器增益并增大输出范围，然而多级放大器引入了额外的低频极点，通常需要补偿技术维持稳定。尤其在一些医疗电子应用中，需要驱动大电容，同时受系统功耗限制，运算放大器的静态功耗必须尽可能低，另外为了减小系统响应时间，运算放大器的转换速率也不能被折中，这种应用需要三级运算放大器。

文献“Low-voltage operational amplifier with rail-to-rail input and output stages(IEEE J.Solid-State Circuits,1985,20(12):1144–1150)”提出了第一款三级运算放大器，采用了嵌套式米勒补偿方式。然而，在驱动相同的容性负载时，嵌套式米勒补偿三级运算放大器的最大可达到的增益带宽积仅是单级放大器的四分之一，基于嵌套式米勒补偿三级运算放大器米勒电容值都直接正比于负载电容。驱动大容性负载应用中，基于嵌套式米勒补偿三级运算放大器需要大面积的米勒集成电容，这不仅会增加芯片面积，导致系统成本显著增加，也会降低系统的频率响应和瞬态响应特性。

文献“Advances in active-feedback frequency compensation with power optimization and transient improvement(IEEE Trans.Circuits Syst.I,2004,51(9):1690–1696)”提出了基于有源频率补偿的三级运算放大器，这种技术种使米勒电容值与负载电容的平方根成正比，补偿电容的容值大大降低，同时增益带宽积和转换速率明显增加。然而于有源频率补偿的三级运算放大器的第二米勒电容仍然加载在放大器的输出和放大器第二级之间，使得非主导极点频率受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于医疗电子的运算放大器，采用单电容内嵌补偿方式对三级运算放大器进行补偿，拓展运算放大器的增益带宽积，同时采用PMOS管产生恒定偏置电流增加内嵌电流放大器跨导，降低运算放大器共轭次极点对的品质因素，改善运算放大器的频率特性和瞬态响应性能。

为实现上述发明目的，本发明一种用于医疗电子的运算放大器，包括依次连接的偏置电路、第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，其特征在于，在第一级到第三级放大电路上连接一个补偿电容Cc，该补偿电容Cc一端连接运算放大器输出端，另一端连接在第一级放大电路的输出管栅极。

进一步的，所述的偏置电路包括：PMOS管M_P11和外部恒定偏置电流源I_B；

PMOS管M_P11的源极连接电源电压V_DD，PMOS管M_P11的栅极连接到外部恒定偏置电流源IB，PMOS管M_P11的栅极、PMOS管M_P11的漏极和PMOS管M_P2的栅极均相连接，用于生成PMOS管的恒定偏置电压V_BP；

所述的第一级放大电路包括：PMOS管M_P1、PMOS管M_P2、PMOS管M_P3、PMOS管M_P4、PMOS管M_P5、PMOS管M_P6、PMOS管M_P7，NMOS管M_N1、NMOS管M_N2、NMOS管M_N3、NMOS管M_N4和补偿电容Cc；

PMOS管M_P1、PMOS管M_P2、PMOS管M_P3、PMOS管M_P6、PMOS管M_P7的源极分别连接电源电压V_DD；

PMOS管M_P1的栅极、PMOS管M_P2的栅极、PMOS管M_P3的栅极与外部恒定偏置电流源IB相连接；