[发明专利]基于CMOS工艺的低压运算放大器降低THD的输出级电路

说明书

基于CMOS工艺的低压运算放大器降低THD的输出级电路，通过在反馈式AB类输出级结构的基础上引入第一运算放大器和第二运算放大器的组合以降低整个电路所需要的电压余度，并引入第三运算放大器和第四运算放大器的组合以使得低压运放输出级的电流得到有效控制，使得输出级在输出变化剧烈时也能使增益不变，这使得整个运放的非线性失真得到了有效的改善，从而降低总谐波失真THD。

技术领域

本发明涉及运算放大器输出级技术，特别是一种基于CMOS工艺的低压运算放大器降低THD的输出级电路，THD是英文Total Harmonic Distortion的缩写，意为总谐波失真，通过在反馈式AB类输出级结构的基础上引入第一运算放大器和第二运算放大器的组合以降低整个电路所需要的电压余度，并引入第三运算放大器和第四运算放大器的组合以使得低压运放输出级的电流得到有效控制，使得输出级在输出变化剧烈时也能使增益不变，这使得整个运放的非线性失真得到了有效的改善，从而降低总谐波失真。

背景技术

运算放大器包括前馈式AB类输出级或反馈式AB类输出级。前馈式AB类输出级包括一个浮动电压源和两路偏置电路(Mp1和Mn1)以及两个共源级输出管(Mp4和Mn4，栅极均为输入，漏极均为输出)，浮动电压源利用外加的同相输入信号(Vin1和Vin2)控制两个共源级输出管的栅端电压，使其中一个MOS管截止而另一个MOS管导通来获得更大的动态电流。这样的前馈式AB类输出级中Mp2，Mp3，Mp1，Mp4组成一个环路，Mn3，Mn2，Mn1，Mn4组成另一个环路，由于其中的Mn2和Mn1均为二级管连接，因此需要较大的电压余度。反馈式AB类输出级是因为低电压的需要而从前馈式AB类输出级演变而来。Mn1和Mp1从偏置电路移动到浮动电压源结构中，通过一个电平移位的作用来控制输出级的栅源电压。反馈式AB类输出级如图1所示，第四PMOS管Mp4的漏极和第四NMOS管Mn4的漏极均连接输出电压端Vout，第四PMOS管Mp4的源极和衬底均连接电源电压端Vcc，第四NMOS管Mn4的源极和衬底均连接接地端Vss，第三PMOS管Mp3的栅漏互连后通过第四电流源I4连接接地端Vss，第三PMOS管Mp3的源极和衬底均连接电源电压端Vcc，第三NMOS管Mn3的栅漏互连后通过第二电流源I2连接电源电压端Vcc，第三NMOS管Mn3的源极和衬底均连接接地端Vss，第一PMOS管Mp1的源极和第二PMOS管Mp2的源极互连后一路连接第一输入电压端Vin1，另一路通过第一电流源I1连接电源电压端Vcc，第一PMOS管Mp1的衬底和第二PMOS管Mp2的衬底均连接电源电压端Vcc，第一PMOS管Mp1的栅漏互连后一路连接第四PMOS管Mp4的栅极，另一路连接第一NMOS管Mn1的漏极，第二PMOS管Mp2的漏极连接第二NMOS管Mn2的漏极，第一NMOS管Mn1的衬底和第二NMOS管Mn2的衬底均连接接地端Vss，第一NMOS管Mn1的源极和第二NMOS管Mn2的源极互连后一路连接第二输入电压端Vin2，另一路通过第三电流源I3连接接地端Vss，第一NMOS管Mn1的栅极连接第三NMOS管Mn3的漏极。图1中，由于Mp1和Mn2是二极管连接方式，这会大大降低增益，并且会浪费很多电压余度，没有给尾电流源提供足够的漏源电压。同时Mn3和Mp3为二极管连接方式，导致Mn3与Mn4、Mp3与Mp4之间的漏源电压(Vds)没有得到有效的匹配，致使当输出Vout变化剧烈时，此种输出控制结构不能有效的控制输出级的电流，进而导致输出级增益的变化，使输出信号产生非线性失真，使得电路的THD(总谐波失真)变得更为严重。本发明人认为，如果在反馈式AB类输出级结构的基础上引入第一运算放大器和第二运算放大器的组合以降低整个电路所需要的电压余度，并引入第三运算放大器和第四运算放大器的组合以使得低压运放输出级的电流得到有效控制，使得输出级在输出变化剧烈时也能使增益不变，这就能够使得整个运放的非线性失真得到了有效的改善，从而降低总谐波失真。有鉴于此，本发明人完成了本发明。

发明内容