[发明专利]一种低功耗恒定跨导轨对轨运算放大器

说明书

本发明公开了一种低功耗恒定跨导轨对轨运算放大器，包括输入级，输入级由N/P型互补差分对和P型跨导恒定控制结构连接构成，输出级采用浮动电流源的互补推挽式AB类，输入级与输出级之间还设置有共源共栅求和电路，共模信号经输入级将共模电压信号转换成电流信号，实现信号的初步放大和对共模噪声的抑制，再经过中间级共源共栅求和电路进行电流的求和放大，将放大后的电流信号转换成电压信号传送到输出级，最后经互补推挽式AB类输出级对电压信号进行宽摆幅输出。本发明在简化电路和不增加额外功耗的前提下，提高输入级的跨导恒定性能。

技术领域

本发明属于模拟缓冲输出电路技术领域，具体涉及一种低功耗恒定跨导轨对轨运算放大器。

背景技术

输入级跨导的恒定性反映轨对轨运算放大器的频率补偿难度。尤其在轨对轨运放作为单位增益输出缓冲应用时，输入级跨导在整个共模输入范围内变化越小，则整个运放开环增益越稳定，频率补偿难度越小，系统稳定性越容易保证。

传统的轨对轨运放输入级由P型MOS和N型MOS互补差分对构成，虽能实现轨对轨的输入范围，但输入级跨导会随共模输入电压的变化而变化，具体表现为：当共模输入电压在共模输入的中间范围时，输入级跨导等于P型和N型差分对的跨导之和；当共模输入电压在其它范围时，输入级跨导为P型或者N型差分对的跨导；可看出共模输入中间范围的输入级跨导是其它范围的2倍。这种输入级跨导随共模输入电压的变化的大幅度波动，会很很大程度上加大电路的频率补偿的难度，影响整个运放稳定性。现有的技术往往采用以下以下两种方式来提高轨对轨运算放大器的跨导恒定性：

方法1，利用电平移位的方法，通过使用两个源级跟随器分别对单个差分对的尾电流曲线进行相应的左移或者右移，使得P型和N型差分对的尾电流曲线在过渡区内适当的重叠，从而实现输入级跨导的恒定。该方法的优点是结构简单且容易实现，近年来采用的比较多。但其缺点是不能克服温度和工艺等原因所导致的跨导变化，直流增益也不能够保持恒定且变化幅度较大。

方法2，利用成比例的电流镜补偿技术，使偏置电流的大小随输入共模电压变化而变化以获得不变的输入级跨导。虽然电流镜技术是目前电路中使比较广泛的恒定跨导控制手段，但这种方法的缺点有以下几个方面：一是结构较为复杂，一定程度上会占用较大芯片面积而导致成本提升；二是在开关转换时，跨导的幅度大约会有15％的瞬间增加；三是这种方法只能通过平方律模型实现，不能在强反型区和弱反型区下工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗恒定跨导轨对轨运算放大器，在简化电路和不增加额外功耗的前提下，提高输入级的跨导恒定性能。

本发明所采用的技术方案是，一种低功耗恒定跨导轨对轨运算放大器，包括输入级，输入级由N/P型互补差分对和P型跨导恒定控制结构连接构成，输出级采用浮动电流源的互补推挽式AB类，输入级与输出级之间还设置有共源共栅求和电路，共模信号经输入级将共模电压信号转换成电流信号，实现信号的初步放大和对共模噪声的抑制，再经过中间级共源共栅求和电路进行电流的求和放大，将放大后的电流信号转换成电压信号传送到输出级，最后经互补推挽式AB类输出级对电压信号进行宽摆幅输出。

本发明的特点还在于，

输入级具体结构为：包括由P型MOS管M5和P型MOS管M6构成的P型恒定跨导控制结构，其中，P型MOS管M5的栅极和P型MOS管M6的栅极分别接共模输入正负端，以达到对共模输入电压的实时监测，P型MOS管M5的漏极和P型MOS管M6的漏极相连后又与N/P型互补差分对的输出端连接，P型MOS管M5的源极和P型MOS管M6的源极相连后与N/P型互补差分对的输入端连接。