[发明专利]基于低纹波电荷泵的轨到轨输入输出运算跨导放大器

说明书

本发明公开了一种基于低纹波电荷泵的运算跨导放大器，其电路结构设计简单合理，可提高等效输入跨导的电压波动平坦效果，可满足宽温度范围应用要求，其包括依次连接的偏置电路、差分跨导输入级、差分转单端的跨阻级、推挽输出级，差分跨导输入级包括低纹波电荷泵、第一电流镜、差分对，低纹波电荷泵两个输入端分别连接外部输入时钟信号、电压源VDD，低纹波电荷泵输出端连接第一电流镜电源端，第一电流镜输出连接差分对源极，差分对漏极连接差分转单端的跨阻级，第一电流镜包括PMOS管P9～P12和电阻R3，差分对包括PMOS管P13、P14，推挽输出级输出即为运算跨导放大器电流输出端。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体为一种基于低纹波电荷泵的轨到轨输入运算跨导放大器。

背景技术

运算跨导放大器是模拟CMOS集成电路设计中的常用单元，用以将输入的差分电压信号转换为输出电流，结合其负反馈网络能够实现各种模拟信号运算，也常简称“运放”。在信号摆幅受限的低工作电压模拟电路应用场合中，常要求运算跨导放大器的输入和输出能够实现轨到轨，以获得最大的电压信号摆幅，即：(1)所设计的运算跨导放大器的共模输入电平近似能够跨越从负电源电压到正电源电压之间的整个范围，即输入轨到轨；(2)所设计的运算跨导放大器的输出电压摆幅近似达到从负电源电压到正电源电压之间的整个范围，即输出轨到轨。

在实现上述两个目标时，须维持运算跨导放大器的等效输入跨导等小信号参数的基本恒定，以保证运放在各种工作状态下的稳定，另外，运放小信号参数对输入电压的依赖是非线性的主要来源。在目前常用轨到轨输入输出的运算跨导放大器的电路结构中，轨到轨输出都是通过推挽输出(即AB类放大器)实现的，现有运算跨导放大器的主要区别在于：轨到轨输入和基本恒定的等效输入跨导的实现方式不同。但是，大多数已有的轨到轨输入和基本恒定的等效输入跨导的电路结构复杂，并且仅能将等效输入跨导的变化控制在较小的范围内。

目前，解决上述共模输入范围小的方式是同时设置PMOS差分对管、NMOS差分对管，通过两对差分对管的相互配合来扩大允许的共模输入电压范围，但在实际工作过程中，需保证两对差分对管的开启与关闭能够完美衔接，这大大增加了工艺难度。因此，实际上的传统轨到轨输入级通常需要配合三倍电流镜：在PMOS差分对关闭时，把PMOS差分对的尾电流放大三倍之后送给NMOS差分对；在NMOS差分对关闭时，把NMOS差分对的尾电流放大三倍之后送给PMOS差分对。这样能够实现等效输入跨导在整个输入电压范围内的近似平坦，但三倍电流镜技术存在以下缺点：(1)等效输入跨导随输入电压变化而变化，在引入三倍电流镜的情况下一般也只能把等效输入跨导的波动控制在15％以内，等效输入跨导的波动平坦效果较差；(2)三倍电流镜技术使得输入跨导级的偏置电流随输入电压变化而变化，使后级电路的设计变得更加复杂。在宽温度范围的应用中，这个问题更加严重。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于低纹波电荷泵的轨到轨输入输出运算跨导放大器，其电路结构设计简单合理，可提高等效输入跨导的电压波动平坦效果，同时可满足宽温度范围的应用要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于低纹波电荷泵的轨到轨输入输出运算跨导放大器，其包括依次连接的偏置电路、差分跨导输入级、差分转单端的跨阻级、推挽输出级，

所述偏置电路用于提供偏置电压和偏置电流；

所述差分跨导输入级用于将差分输入电压转换为差分电流；

所述差分转单端的跨阻级用于将差分电流转换为单端电流；

所述推挽输出级采用推挽的方式把单端电流转换为电流输出；