[发明专利]轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入方法

说明书

本发明公开了一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入方法，包括步骤S1：在轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入电路靠近电源电压V_CC的高电压区域时，第一共模感知电压组件的工作状态进入截止区并且使得作为电流镜的晶体管PM4中的电流为零，以使得与晶体管PM4电性连接的作为电流镜的晶体管PM3中的电流为零，进而使得第一差分输入对组件不进行工作。本发明公开的一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入方法，其作为轨到轨的放大器输入级电路，而保持放大器的跨导不随输入共模电压发生变化。

技术领域

本发明属于集成电路设计的宽摆幅轨到轨放大器技术领域，具体涉及一种轨到轨放大器共模感知控制常数跨导输入方法。

背景技术

为了实现放大器尽可能大的信号输入范围，输入信号最大接近电源电压，最低到负电源电压附近，或到地电位附近，这就是所谓轨到轨放大器的输入级。 NMOS差分输入对输入信号的电压范围是：V_Dsat+V_GSn≤V_innCM≤V_CC；PMOS差分输入对输入信号的电压范围是：V_ss≤V_inpCM≤V_Dsat+V_GSp。式中V_Dsat是MOS管的过驱动电压；V_GSn是NMOS管的栅源电压；V_GSp是PMOS管栅源电压的绝对值；V_SS是负电源电压，或地电压。如果采用这两种差分输入对就可以实现轨到轨的信号输入，这种结构叫互补差分对，图1输入级差分电路共模信号的适应范围。

图2给出了传统的轨到轨放大器的输入级电路。它是是由一对NMOS差分对和一对PMOS差分对构成的互补差分对。当输入共模电压趋近电源电压VCC 时，PMOS差分对停止工作，而NMOS差分对仍正常工作；当输入共模电压趋近负电源电压(VSS)时，PMOS差分对工作，而NMOS差分对则停止工作；当输入共模电压处于两个电源电压的中间NMOS差分对和PMOS差分对都可以正常工作，而且有很大的交叠区域。此结构虽然实现了轨到轨的信号输入范围，但在工作的交叠区域输入级电路的跨导增加了一倍，如图3所示为总的跨导随输入共模电压变化的情况，用公式(1)～(3)表示。放大器的增益带宽积(GBW)及压摆率 (Selw rate)都是变化的，放大器的频率补偿也非最优。

在MOS管的饱和区域，漏极电流的表达是：

在饱和区域NMOS晶体管和PMOS晶体管的跨导表达式分别是：

互补差分对总的跨导是：

公式中选取互补差分对的尺寸，使得K_n＝K_p，

就可以得到：

取互补差分对的尾部电流I_n＝I_p＝I_ref，在互补差分对共同工作的交叠部分，总的跨导就是两个单独工作跨导的一倍，

如果保持Iref为常数，根据数学公式：互补差分对一对不工作，而另一对工作，工作差分对的尾部电流设为4I_ref，那么，总的跨导g_mT就会保持不变，实现常数跨导。