[发明专利]轨到轨运算放大器

说明书

本发明涉及一种轨到轨运算放大器，包括依次连接的输入级电路、中间级电路及输出级电路。所述输入级电路包括相互并联的NMOS输入对及PMOS输入对。所述中间级电路包括分别与所述NMOS输入对、所述PMOS输入对连接的第一放大单元、第二放大单元。所述输入级电路还包括分别与所述NMOS输入对、所述PMOS输入对连接的电流控制单元。其中，所述电流控制单元利用一倍电流镜恒跨导法来控制所述NMOS输入对与所述PMOS输入对的尾电流之和恒定。所述一倍电流镜恒跨导法使用一对电流镜。该轨到轨运算放大器既能提高输入跨导的稳定性又能改善芯片面积较大的问题。

技术领域

本发明涉及运算放大器技术领域，特别是涉及一种轨到轨运算放大器。

背景技术

在电源电压日益降低的情况下，轨到轨运算放大器应用范围越来越广泛。轨到轨运算放大器的输入和输出动态范围可以扩展到负电源电压至正电源电压之间，甚至超过负电源电压至正电源电压之间的范围。

传统轨到轨运算放大器通常包括输入级电路、中间级电路及输出级电路。图1所示的输入级电路由NMOS输入对和PMOS输入对并联组成。当共模输入电压电平很低时(接近负电源电压)，PMOS输入对导通，NMOS输入对关断。当共模输入电压电平很高时(接近正电源电压)，NMOS输入对导通，PMOS输入对关断。当共模输入电压电平处于负电源电压和正电源电压之间的中间电平时，NMOS输入对和PMOS输入对同时导通。因此，输入跨导在共模输入电压处于不同值时变化很大，从而不易进行频率补偿，使得轨到轨运算放大器的稳定性变差。因此，通过在输入级电路中增加一些控制电路来提高轨到轨运算放大器输入跨导的稳定性是人们比较关心的热点之一。然而，如果增加控制电路又将会增加整个轨到轨运算放大器的芯片面积，从而增加了功耗。

发明内容

基于此，有必要针对如何既能提高输入跨导的稳定性又能改善芯片面积较大的问题，提供一种轨到轨运算放大器。

一种轨到轨运算放大器，包括依次连接的输入级电路、中间级电路及输出级电路；所述输入级电路包括相互并联的NMOS输入对及PMOS输入对；所述中间级电路包括分别与所述NMOS输入对、所述PMOS输入对连接的第一放大单元、第二放大单元；所述输入级电路还包括分别与所述NMOS输入对、所述PMOS输入对连接的电流控制单元；其中，所述电流控制单元利用一倍电流镜恒跨导法来控制所述NMOS输入对与所述PMOS输入对的尾电流之和恒定；所述一倍电流镜恒跨导法使用一对电流镜。

在其中一个实施例中，所述输出级电路包括共同构成前馈型AB类输出级且相互连接的AB类控制单元和AB类输出单元；其中，所述AB类控制单元分别与所述第一放大单元、所述第二放大单元连接，并且所述第一放大单元、所述第二放大单元分别作为所述AB类控制单元的电流源；所述AB类输出单元分别与所述第一放大单元、所述第二放大单元连接。

在其中一个实施例中，所述第一放大单元与所述第二放大单元共同构成折叠式共源共栅电路。

在其中一个实施例中，所述中间级电路还包括连接于所述第一放大单元、所述第二放大单元之间的浮动电流源，且所述浮动电流源还与所述AB类控制单元共同连接所述AB类输出单元。

在其中一个实施例中，所述浮动电流源的结构及偏置电路与所述AB类控制单元的结构及偏置电路相同。

在其中一个实施例中，所述浮动电流源包括PMOS管M5a及NMOS管M6a；所述AB类控制单元包括PMOS管M5b及NMOS管M6b；