[发明专利]高速全差分放大器的轨到轨输出电路及高速全差分放大器

说明书

本发明提供了一种高速全差分放大器的轨到轨输出电路及高速全差分放大器，结合高速跨导放大级与新型互补共射推挽输出级的结构设计，可以对放大器前级输出的差分信号进行高速跨导放大和缓冲、并实现接近正/负电源的轨到轨输出；通过输出端与输入端之间设置的反馈网络，能有效补偿频率滚降、提高输出稳定性；该轨到轨输出电路基于互补双极工艺及全纵向晶体管实现，在保证高速运放在降低电源电压应用的同时，实现了高速放大和轨到轨输出，从而不影响其信噪比和速度/带宽指标。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路设计技术领域，尤其是涉及一种高速全差分放大器的轨到轨输出电路及高速全差分放大器。

背景技术

放大器作为绝大多数电路中不可或缺的一部分，其性能在很大程度上决定了整个电路甚至系统的性能。随着电池供电便携式设备的普及，低压低功耗条件下工作逐渐成为系统的必备要求。电源电压降低导致的最直接影响是输出信号幅度的减小，这会导致信噪比大大降低。相对于单端输出放大器，全差分输出放大器的差分输出幅度可以提高一倍，这可以大大改善系统的信噪比。显然，对输出幅度影响最大的是放大器的输出部分。另外，随着无线网络技术、5G技术和物联网技术等技术的发展，需要处理的信号速度越来越高，这对放大器的带宽和压摆率等性能提出了更高的要求。

为了解决上述问题，必须设计采用高速全差分放大器的轨到轨(满摆幅)输出电路结构。但是，常规双极型放大器的输出结构主要分为三种：

①、如图1中(a)所示的NPN型射极跟随器输出级，该输出结构的正向饱和压降远大于负相饱和压降，且负的压摆率严重受限，无法实现轨到轨输出和大摆率；

②、如图1中(b)所示的NPN和PNP互补跟随输出，该输出结构的输出摆幅距离正负电源电压有一个VBE+VCESAT的饱和压降，同样无法实现轨到轨输出；

③、如图1中(c)所示的NPN和PNP互补共射推挽输出，该输出结构虽然可以实现轨到轨输出，但是需要复杂的静态电流控制结构，大大增加了电路的复杂程度与设计难度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高速全差分放大器的轨到轨输出电路技术方案，在低电源电压下达到高速轨到轨输出，实现宽带、大摆率和高信噪比等性能指标。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种高速全差分放大器的轨到轨输出电路，包括：

高速跨导放大级，其输入端接所述高速全差分放大器前级差分放大级输出的第一电压信号，将所述第一电压信号转换为第一电流信号，对所述第一电流信号进行跨导放大和缓冲，在其输出端得到第二电流信号；

新型互补共射推挽输出级，其输入端接所述高速跨导放大级的输出端，将所述第二电流信号转换为第二电压信号，并放大所述第二电压信号，在其输出端实现轨到轨输出。

可选地，所述轨到轨输出电路还包括反馈网络，所述反馈网络设置在所述新型互补共射推挽级的输出端与所述新型互补共射推挽级的输入端之间，以补偿频率滚降、提高输出稳定性。

可选地，所述高速跨导放大级、所述新型互补共射推挽输出级及所述反馈网络均包括基于互补双极工艺的电路单元。