CN102176658A - 宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器 - Google Patents

宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器 Download PDF

Info

Publication number
CN102176658A
CN102176658A CN2011100612165A CN201110061216A CN102176658A CN 102176658 A CN102176658 A CN 102176658A CN 2011100612165 A CN2011100612165 A CN 2011100612165A CN 201110061216 A CN201110061216 A CN 201110061216A CN 102176658 A CN102176658 A CN 102176658A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipe
current
signal
power consumption
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011100612165A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102176658B (zh
Inventor
方华军
赵晓
王敬
梁仁荣
许军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN 201110061216 priority Critical patent/CN102176658B/zh
Publication of CN102176658A publication Critical patent/CN102176658A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102176658B publication Critical patent/CN102176658B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了属于模拟集成电路设计领域的一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器。包括由四个PMOS管组成的分流输入级，将输入电压信号转换成四路小信号电流、放大回收电流的中间级由两个低压电流镜组成，实现对回收电流的放大作用；和由四个PMOS管和两个NMOS管组成的轨到轨输出级，实现信号的轨到轨输出；本发明具有在不增加功耗的情况下提高两倍以上带宽的能力；更高的共模抑制比；对称的正负转换速率；更高的低频增益以及进一步提高该电路的性能等诸多优点。

Description

宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器
技术领域
本发明属于模拟集成电路设计领域，特别涉及一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器。
背景技术
20世纪年代以来，随着亚微米、超深亚微米技术的发展和系统芯片技术的日益成熟，采用电池供电的便携式电子产品获得了迅猛发展和快速普及。由于电池技术的发展远远跟不上与电子系统的发展，从心脏起搏器到助听器、移动电话和各种各样产品都对电子产品的供电电压提出了严格的限制。另一方面，随着器件尺寸不断的缩小，工艺的击穿电压也在降低，亦对电源电压提出了严格的限制。电子器件性能要求越来越高，开发周期越来越短，对开发与生产成本的制约也日趋严格，使低压低功耗模拟集成电路受到了极大的关注。
运算放大器是模拟电路中最重要的电路单元，广泛应用于模拟电路和混合信号处理电路中，如开关电容，模数、数模转换器等。但是由于晶体管的阈值电压并不随着特征尺寸的减小而线性减小，所以在低电源电压环境下，运算放大器的各项性能指标都会大大减小。为了提高运放在低压环境下的性能，使其能在低电压低功耗的环境下带宽等性能有所提高，就必须对运放的结构进行改进设计，其中应用比较广泛的一种是对称折叠共源共栅放大器。
近十年来，对称折叠共源共栅运算放大器已大量涌现，各大公司也纷纷推出自己相应的产品。其应用十分广泛，可用在DVD播放器、声卡、手机、系统、传感器等各种电路当中。与传统的运放相比，该放大器主要具有以下几个特点：(1)由于对称性，在高频性能方面表现优异。(2)具有对称的转化速率。(3)具有相当高的共模抑制比。
传统的对称折叠共源共栅运算放大器的电路结构如图1所示。输入级由两个PMOS管MP1、MP2组成。在输入级管MP1、MP2的漏极处，输入小信号电流分成两条支流，一部分直接流到输出端，另一部分被镜像后也流到输出端。NMOS管MN6、MN8都起到电流源的作用。但是，传统的对称折叠共源共栅运算放大器存在以下不足：
1.相比于其他类型的放大器，其静态功耗高。
2.电流源MN6、MN8只是充当电流源，未被利用传输小信号电流，是一种“浪费”。
3.在功耗要求严格的情况下，难以达到高带宽的性能。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器包括：
分流输入级，由PMOS管MP1a、MP1b、MP2a、MP2b组成；
放大回收电流的中间级，包括由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜及由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜；
轨到轨输出级，由NMOS管MN10、MN12以及PMOS管MP6、MP7、MP10、MP12组成；
所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的正向输入信号通过输入管MP1a将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管MP2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜放大K倍，并与MP1a管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过MN12流向负输出端，另一半的小信号电流通过MN9以及由PMOS管MP9、MP10、MP11、MP12组成的第三电流镜流向正输出端；同时，负向输入信号通过输入管MP2a将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管MP1b将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜放大K倍，并与MP2a管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过MN10流向正输出端，另一半的小信号电流通过MN11以及由PMOS管MP5、MP6、MP7、MP8组成的第四电流镜流向负输出端；上述各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS晶体管，以进一步提高该电路的性能。
所述分流输入级的PMOS管MP1a、MP1b、MP2a、MP2b的尺寸大小是一致的。
所述由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜与输入级的MP1b管连接，其中MN8同时与MN10及MN11连接，同时MN11及MN10与MP2a连接；所述由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜与输入级的MP2b管连接，其中MN6同时与MN12及MN9连接，同时MN12及MN9与MP1a连接。
本发明的有益效果是这种新型的宽带低功耗对称折叠共源共栅放大器与传统设计方案相比具有以下几个明显的优点：具有在不增加功耗的情况下提高两倍以上带宽的能力；更高的CMRR(共模抑制比)；具有对称的正负转换速率；更高的低频增益等诸多优点。
附图说明
图1为传统对称放大器的电路结构图。
图2为本发明的新型的宽带低功耗对称放大器的电路结构图。
图3为本发明的新型的宽带低功耗对称放大器与传统对称放大器的频响仿真对比图。
具体实施方式
本发明提出一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器。在图2中，所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器包括：
分流输入级，由PMOS管MP1a、MP1b、MP2a、MP2b组成，其中MP1a、MP1b、MP2a、MP2b的尺寸大小是一致的；
放大回收电流的中间级，包括由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜，并与输入级的MP2b管连接，其中MN6同时与MN12及MN9连接，同时MN12及MN9与MP1a连接。及由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜，并与输入级的MP1b管连接，其中MN8同时与MN10及MN11连接，同时MN11及MN10与MP2a连接；
轨到轨输出级，由NMOS管MN10、MN12以及PMOS管MP6、MP7、MP10、MP12组成；
所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的各具体MOS管的连接结构为正向输入端与输入管MP1a、MP1b的栅极相连，负向输入端与输入管MP2a、MP2b的栅极相连，MP2b的漏极与MN5、MN6的栅极相连，MP1b的漏极与MN7、MN8的栅极相连接，MN6的漏极与MN9、MN12的源级相连，MN8的漏极与MN10、MN11的源级相连，MN12的漏极与MP7的漏极相连，MN10的漏极与MP12的漏极相连，MP8的栅极与漏极相连并与MN11的漏极相连，MP11的栅极与漏极相连并与MN9的漏极相连。
所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的正向输入信号通过输入管MP1a将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管MP2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜放大K倍，并与MP1a管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过MN12流向负输出端，另一半的小信号电流通过MN9以及由PMOS管MP9、MP10、MP11、MP12组成的第三电流镜流向正输出端；同时，负向输入信号通过输入管MP2a将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管MP1b将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜放大K倍，并与MP2a管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过MN10流向正输出端，另一半的小信号电流通过MN11以及由PMOS管MP5、MP6、MP7、MP8组成的第四电流镜流向负输出端；由此可得，输入等效跨导被放大了K+1倍。本发明中，K的值被取为3，因此放大器的带宽被放大到原来的两倍。如图3所示的本发明的新型的宽带低功耗对称放大器与传统对称放大器的频响仿真结果对比图。从图中可以看出，本发明的新型对称放大器的带宽相比于传统对称放大器的提高了两倍以上。同时，低频增益仍然略有提高。
上述各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS晶体管，以进一步提高该电路的性能。

Claims (3)

1.一种宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器包括：
分流输入级，由PMOS管MP1a、MP1b、MP2a、MP2b组成；
放大回收电流的中间级，包括由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜及由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜；
轨到轨输出级，由NMOS管MN10、MN12以及PMOS管MP6、MP7、MP10、MP12组成；
所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器的正向输入信号通过输入管MP1a将电压信号转换成向下的电流信号，同时负向输入信号通过输入管MP2b将电压信号转换成向上的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜放大K倍，并与MP1a管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过MN12流向负输出端，另一半的小信号电流通过MN9以及由PMOS管MP9、MP10、MP11、MP12组成的第三电流镜流向正输出端；同时，负向输入信号通过输入管MP2a将电压信号转换成向上的电流信号，同时正向输入信号通过输入管MP1b将电压信号转换成向下的回收电流信号，该回收电流通过交叉连接的由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜放大K倍，并与MP2a管向下的电流一起流向输出端，其中一半的小信号电流通过MN10流向正输出端，另一半的小信号电流通过MN11以及由PMOS管MP5、MP6、MP7、MP8组成的第四电流镜流向负输出端；上述各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS晶体管，以进一步提高该电路的性能。
2.根据权利要求1所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述分流输入级的PMOS管MP1a、MP1b、MP2a、MP2b的尺寸大小是一致的。
3.根据权利要求1所述宽带低功耗对称折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述由NMOS管MN6、MN5、MN3组成的第一电流镜与输入级的MP2b管连接，其中MN6同时与MN12及MN9连接，同时MN12及MN9与MP1a连接；所述由NMOS管MN4、MN7、MN8组成的第二电流镜与输入级的MP1b管连接，其中MN8同时与MN10及MN11连接，同时MN11及MN10与MP2a连接。
CN 201110061216 2011-03-15 2011-03-15 宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器 Active CN102176658B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110061216 CN102176658B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110061216 CN102176658B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102176658A true CN102176658A (zh) 2011-09-07
CN102176658B CN102176658B (zh) 2013-02-27

Family

ID=44519768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110061216 Active CN102176658B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102176658B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103684282A (zh) * 2013-12-24 2014-03-26 清华大学 基于纳米mos器件的低电压低功耗放大器
CN103888193A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 德州仪器公司 用于将多个无线电接收器耦合到接收天线的方法、系统及设备
CN104617898A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 上海华虹宏力半导体制造有限公司 运算放大器
CN104656738A (zh) * 2014-12-23 2015-05-27 工业和信息化部电子第五研究所 红外焦平面高速率恒跨导轨到轨输出级电路
CN104917469A (zh) * 2015-06-10 2015-09-16 思瑞浦微电子科技（苏州）有限公司 一种轨到轨输入固定跨导放大器
CN104954031A (zh) * 2015-05-05 2015-09-30 电子科技大学 一种噪声消除宽带射频接收前端
CN109282856A (zh) * 2018-11-13 2019-01-29 中国电子科技集团公司第四十七研究所 一种同时检测温度/电压/电流信号的单芯片传感器
CN114545063A (zh) * 2022-04-22 2022-05-27 苏州贝克微电子股份有限公司 一种高精度区间电流检测电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1395363A (zh) * 2002-07-05 2003-02-05 清华大学 变增益的单端到差分的射频低噪声放大器
CN101282110A (zh) * 2008-04-25 2008-10-08 北京大学 一种低功耗单端输入差分输出低噪声放大器
CN101373952A (zh) * 2007-08-24 2009-02-25 锐迪科创微电子（北京）有限公司 可实现差分放大的低噪声放大器及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1395363A (zh) * 2002-07-05 2003-02-05 清华大学 变增益的单端到差分的射频低噪声放大器
CN101373952A (zh) * 2007-08-24 2009-02-25 锐迪科创微电子（北京）有限公司 可实现差分放大的低噪声放大器及方法
CN101282110A (zh) * 2008-04-25 2008-10-08 北京大学 一种低功耗单端输入差分输出低噪声放大器

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103888193A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 德州仪器公司 用于将多个无线电接收器耦合到接收天线的方法、系统及设备
CN103888193B (zh) * 2012-12-21 2018-03-27 德州仪器公司 用于将多个无线电接收器耦合到接收天线的方法、电路及接收器
CN103684282A (zh) * 2013-12-24 2014-03-26 清华大学 基于纳米mos器件的低电压低功耗放大器
CN104656738A (zh) * 2014-12-23 2015-05-27 工业和信息化部电子第五研究所 红外焦平面高速率恒跨导轨到轨输出级电路
CN104656738B (zh) * 2014-12-23 2016-05-11 工业和信息化部电子第五研究所 红外焦平面高速率恒跨导轨到轨输出级电路
CN104617898B (zh) * 2015-01-19 2017-06-06 上海华虹宏力半导体制造有限公司 运算放大器
CN104617898A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 上海华虹宏力半导体制造有限公司 运算放大器
CN104954031A (zh) * 2015-05-05 2015-09-30 电子科技大学 一种噪声消除宽带射频接收前端
CN104954031B (zh) * 2015-05-05 2017-04-12 电子科技大学 一种噪声消除宽带射频接收前端
CN104917469A (zh) * 2015-06-10 2015-09-16 思瑞浦微电子科技（苏州）有限公司 一种轨到轨输入固定跨导放大器
CN109282856A (zh) * 2018-11-13 2019-01-29 中国电子科技集团公司第四十七研究所 一种同时检测温度/电压/电流信号的单芯片传感器
CN114545063A (zh) * 2022-04-22 2022-05-27 苏州贝克微电子股份有限公司 一种高精度区间电流检测电路
CN114545063B (zh) * 2022-04-22 2022-07-12 苏州贝克微电子股份有限公司 一种高精度区间电流检测电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN102176658B (zh) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102176658B (zh) 宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器
CN102176659B (zh) 跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器
CN103825557B (zh) 一种低功耗高线性度跨导放大器
KR20100021938A (ko) 개선된 위상 마진을 갖는 폴디드 캐스코드 연산 증폭기
CN101123418A (zh) 轨至轨ab类放大器
CN104242879A (zh) 一种用于高速模数转换器的高速低失调动态比较器
CN106230392A (zh) 一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器
CN101741328A (zh) 互补输入的循环折叠跨导运算放大器
CN102158188B (zh) 采用mos器件实现的低功耗带宽倍增运算放大器
CN102385901B (zh) 低功耗apd灵敏放大器
CN102571093A (zh) 比较器及a/d转换器
CN107071640B (zh) 一种双电压域驱动运算电路
CN102158181B (zh) 基于mos器件的低功耗带宽倍增斩波稳定运算放大器
CN101299596A (zh) 自适应偏置输入级和包括该自适应偏置输入级的放大器
CN102176661B (zh) 基于mos器件的宽带低功耗斩波稳定轨到轨放大器
CN217183258U (zh) 一种高线性度有源混频器
CN102176660B (zh) 采用mos器件实现的宽带低功耗轨到轨放大器
CN102394582A (zh) 衬底驱动低压运算放大器电路
CN106059516B (zh) 轨对轨运算放大电路及adc转换器、dcdc变换器和功率放大器
CN102142816B (zh) 基于mos器件的宽带低功耗电流回收斩波稳定放大器
CN201813350U (zh) 低压轨至轨运算放大电路
CN101471628B (zh) Ab类放大器
CN105356856B (zh) 适用于纳米尺寸下工艺不敏感的高增益两级运算放大器
CN111697935B (zh) 一种低压轨到轨输入输出运算放大器
CN210183300U (zh) 一种通用比较器集成电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant