一種高增益甲乙類運(yùn)算放大器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，用于需要高增益甲乙類運(yùn)算放大器的電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路設(shè)計(jì)中，由于甲乙類運(yùn)算放大器軌對(duì)軌輸出和大負(fù)載電流驅(qū)動(dòng)能力， 被廣泛的運(yùn)用于集成電路中，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由于差分輸入級(jí)的負(fù)載M0S管工作于臨界飽 和區(qū)，導(dǎo)致這些器件的本征增益較低，進(jìn)而限制了運(yùn)算放大器的開環(huán)增益；
[0003] 附圖1是傳統(tǒng)一種傳統(tǒng)甲乙類運(yùn)算放大器電路，被廣泛應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)的輸 出級(jí)；具體電路由偏置電路、差分輸入級(jí)、輸出級(jí)組成；偏置電路（a)由2個(gè)NM0S管、2個(gè) PM0S管和兩個(gè)偏置電流源組成；NM0S管MN1源極接地，柵極和漏極連接到NM0S管MN2源 極；NM0S管MN2源極結(jié)點(diǎn)VGN1連接到NM0S管MN1的柵極和漏極，柵極和漏極連接到差分 輸入級(jí)NM0S管M12的柵極結(jié)點(diǎn)VGN2和偏置電流II的一端；偏置電流II的一端連接到電 源VDD，另一端連接到結(jié)點(diǎn)VGN2 ;PM0S管MP1源極連接到電源VDD，柵極和漏極連接到PM0S 管MP2源極；PM0S管MP2源極結(jié)點(diǎn)VGP1連接到PM0S管MP1的柵極和漏極，柵極和漏極連接 到差分輸入級(jí)PM0S管Mil的柵極結(jié)點(diǎn)VGP2和偏置電流12的一端；偏置電流12的一端連 接到地，另一端連接到結(jié)點(diǎn)VGP2 ;差分輸入級(jí)（b)采用共源共柵結(jié)構(gòu)，由7個(gè)NM0S管、5個(gè) PM0S管以及1個(gè)尾電流源構(gòu)成；尾電流源10的一端連接到電源VDD，另一端連接到PM0S差 分對(duì)管M1、M2的源極；PM0S差分對(duì)管Ml的源極連接到M2的源極和尾電流源10的一端，柵 極連接到運(yùn)算放大器的輸入INP端，漏極連接到NM0S管M4的漏極和M6的源極；PM0S差分 對(duì)管M2的源極連接到Ml的源極和尾電流源10的一端，柵極連接到運(yùn)算放大器的輸入INN 端，漏極連接到NM0S管M3的漏極和M5的源極；NM0S管M3的源極接地，柵極連接到偏置電 壓VBN1，漏極連接到M2的漏極和M5的源極；NM0S管M5的源極連接到M3和M2的漏極，柵 極連接到偏置電壓VBN2,漏極結(jié)點(diǎn)VI連接到PM0S管M7的漏極和PM0S管M9、M10的柵極； NM0S管M4的源極接地，柵極連接到偏置電壓VBN1，漏極連接到Ml的漏極和M6的源極；NM0S 管M6的源極連接到M4和Ml的漏極，柵極連接到偏置電壓VBN2,漏極結(jié)點(diǎn)VGN連接到PM0S 管Mil的漏極、NM0S管M12的源極以及輸出級(jí)NM0S管MN0的柵極；PM0S管M7的源極連接 到PM0S管M9的漏極，柵極連接到偏置電壓VBP，漏極連接到結(jié)點(diǎn)VI;PM0S管M8的源極連接 到PM0S管M10的漏極，柵極連接到偏置電壓VBP，漏極結(jié)點(diǎn)VGP連接到PM0S管Ml1的源極、 NM0S管M12的漏極以及輸出級(jí)PM0S管MP0的柵極；PM0S管M9的源極連接到電源VDD，柵 極連接到結(jié)點(diǎn)VI，漏極點(diǎn)接到M7的源極；PM0S管M10的源極連接到電源VDD，柵極連接到結(jié) 點(diǎn)VI，漏極點(diǎn)接到M8的源極；PM0S管Mil的源極連接到結(jié)點(diǎn)VGP，柵極連接到偏置電路結(jié) 點(diǎn)VGP2,漏極連接到結(jié)點(diǎn)VGN;NM0S管M12的源極連接到結(jié)點(diǎn)VGN，柵極連接到偏置電路結(jié) 點(diǎn)VGN2,漏極連接到結(jié)點(diǎn)VGP;輸出級(jí)（c)由1個(gè)PM0S管、1個(gè)NM0S管構(gòu)成；輸出NM0S管 MN0的源級(jí)連接到地，柵極連接到差分輸入級(jí)結(jié)點(diǎn)VGN，漏極連接到輸出PM0S管MP0的漏極 作為運(yùn)算放大器的輸出OUT;輸出PM0S管MP0的源級(jí)連接到電源VDD，柵極連接到差分輸入 級(jí)結(jié)點(diǎn)VGP，漏極連接到輸出NM0S管MN0的漏極作為運(yùn)算放大器的輸出OUT。
[0004]圖中有
（m為正整數(shù)），偏置電流源11、12的電流 值都為
（n為正整數(shù)）；則有VGN=VGN1，VGP =VGP1，在忽略溝道調(diào)制效應(yīng)的前提下，輸出級(jí)的靜態(tài)偏置電流I_=I_=ml;差分輸入 級(jí)的小信號(hào)增益可以用表達(dá)式[Equ. 1]表示，輸出級(jí)的增益可以用表達(dá)式[Equ. 2]表示；
[0007]附圖2是3. 3VNM0S器件過驅(qū)動(dòng)電壓為0. 2V時(shí)，本征增益隨VDS電壓的變化曲線， 可以看到隨著VDS的增加輸出電阻增加，本征增益增加；對(duì)于上述運(yùn)算放大器，為減小靜態(tài) 功耗，輸出級(jí)MN0和MP0處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)，VGN~VTH_S、VGP~VDD-VTH_S、對(duì)于典型5V 工藝NM0S和PM0S的閾值電壓約為0. 6V，則負(fù)載管M4、M6、M8、M10的VDS電壓大約為0. 3V， 此時(shí)均處于臨界飽和區(qū)，本征增益僅為34. 7,導(dǎo)致運(yùn)算放大器的開環(huán)增益較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由于差分輸入級(jí)的負(fù)載管工作于臨界飽和區(qū)，導(dǎo)致這些器件的本 征增益較低，進(jìn)而限制了運(yùn)算放大器的開環(huán)增益；本發(fā)明基于以上思想，通過增加電平平移 級(jí)增大差分輸入級(jí)的負(fù)載管的VDS電壓，使差分輸入級(jí)的負(fù)載管脫離臨界飽和區(qū)，提高運(yùn) 算放大器的開環(huán)增益。
【附圖說明】
[0009] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010] 圖1傳統(tǒng)的甲乙類運(yùn)算放大器電路結(jié)構(gòu)；
[0011] 圖2M0S管本征增益隨VDS的變化曲線；
[0012] 圖3本發(fā)明公開的高增益甲乙類運(yùn)算放大器電路結(jié)構(gòu)；
[0013] 圖4本發(fā)明公開結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)開環(huán)增益對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明發(fā)明公開的一種高增益甲乙類運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)和工作 過程。
[0015] -種高增益的甲乙類運(yùn)算放大器具體電路由偏置電路、差分輸入級(jí)、電平平移級(jí) 和輸出級(jí)組成；偏置電路（a)由3個(gè)NM0S管、3個(gè)PM0S管和兩個(gè)偏置電流組成；NM0S管麗1 源極接地，柵極和漏極連接到NM0S管MN2源極；NM0S管MN2源極結(jié)點(diǎn)VGN1連接到NM0S管 MN1的柵極和漏極，柵極和漏極連接NM0S管MN3源極；NM0S管MN3源極結(jié)點(diǎn)VGN2連接到 NM0S管MN2的柵極和漏極，柵極和漏極連接到差分輸入級(jí)NM0S管M12的柵極結(jié)點(diǎn)VGN3和 偏置電流II的一端；偏置電流II的一端連接到電源VDD，另一端連接到結(jié)點(diǎn)VGN3 ;PM0S管 MP1源極連接到電源VDD，柵極和漏極連接到PMOS管MP2源極；PMOS管MP2源極結(jié)點(diǎn)VGP1 連接到PM0S管MP1的柵極和漏極，柵極和漏極連接PM0S管MP3源極；PM0S管MP3源極結(jié)點(diǎn) VGP2連接到PMOS管MP2的柵極和漏極，柵極和漏極連接到差分輸入級(jí)PMOS管Mil的柵極 結(jié)點(diǎn)VGP3和偏置電流12的一端；偏置電流12的一端連接到地，另一端連接到結(jié)點(diǎn)VGP3 ; 差分輸入級(jí)（b)采用共源共柵結(jié)構(gòu)，由7個(gè)NM0S管、5個(gè)PMOS管以及1個(gè)尾電流源構(gòu)成； 尾電流源10的一端連接到電源VDD，另一端連接到PMOS差分對(duì)管M1、M2的源極；PMOS差分 對(duì)管Ml的源極連接到M2的源極和尾電流源10的一端，柵極連接到運(yùn)算放大器的輸入INP 端，漏極連接到NM0S管M4的漏極和M6的源極；PMOS差分對(duì)管M2的源極連接到Ml的源極 和尾電流源10的一端，柵極連接到運(yùn)算放大器的輸入INN端，漏極連接到NM0S管M3的漏 極和M5的源極；NM0S管M3的源極接地，柵極連接到偏置電壓VBN1，漏極連接到M2的漏極 和M5的源極；NM0S管M5的源極連接到M3和M2的漏極，柵極連接到偏置電壓VBN2,漏極結(jié) 點(diǎn)VI連接到PMOS管M7的漏極和PMOS管M9、M10的柵極；NM0S管M4的源極接地，柵極連 接到偏置電壓VBN1，漏極連接到Ml的漏極和M6的源極；NM0S管M6的源極連接到M4和Ml 的漏極，柵極連接到偏置電壓VBN2,漏極結(jié)點(diǎn)VGN4連接到PMOS管Mil的漏極、NM0S管M12 的源極以及電平平移級(jí)NM0S管MN4的柵極；P