CN102176659A - 跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器 - Google Patents

跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器 Download PDF

Info

Publication number
CN102176659A
CN102176659A CN2011100613312A CN201110061331A CN102176659A CN 102176659 A CN102176659 A CN 102176659A CN 2011100613312 A CN2011100613312 A CN 2011100613312A CN 201110061331 A CN201110061331 A CN 201110061331A CN 102176659 A CN102176659 A CN 102176659A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipe
pmos pipe
mutual conductance
pmos
electric current
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
CN2011100613312A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102176659B (zh
Inventor
方华军
赵晓
梁仁荣
许军
王敬
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 201110061331 priority Critical patent/CN102176659B/zh
Publication of CN102176659A publication Critical patent/CN102176659A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102176659B publication Critical patent/CN102176659B/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跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器。包括跨导增强的输入级、放大回收电流的中间级和轨到轨输出级；所述跨导增强的输入级由分流的四个PMOS管和两对构成负阻增强跨导的四个PMOS管组成，其将输入电压信号转换成四路电流，并使得输入管的跨导得到了倍增；所述放大回收电流的中间级主要是由两个低压电流镜组成，实现对回收电流的放大作用；所述轨到轨输出级则主要是由两个PMOS管和两个NMOS管组成，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；大幅增加低频增益和大信号摆率；同时改善相位裕度以及进一步提高该电路的性能等诸多优点。

Description

跨导增强的回收电流折叠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，特别涉及一种跨导增强的回收电流折叠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会大大减小。为了提高运放的性能，增大电路处理信号的带宽范围，就必须对传统的折叠共源共栅运算放大器进行改进设计，这就促成了回收电流折叠共源共栅放大器的产生与发展。
近几年来，回收电流折叠共源共栅放大器已大量涌现，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。传统的回收电流折叠共源共栅放大器主要具有以下几个特点：(1)输入共模范围较宽。(2)具有较高的低频增益和较宽的带宽。(3)输出电压可以达到电源电压正负两级。
传统的回收电流折叠共源共栅放大器的电路结构如图1所示。输入级由四个PMOS管P1a、P2a、P1b、P2b组成，正向输入信号通过输入管P1a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P2b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电流镜N7、N5、N1被放大K倍，与P1a管向下的电流一起通过N3流向负向输出端。但是，传统的回收电流折叠共源共栅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.相位裕度比传统折叠共源共栅放大器有所下降。
3.在功耗要求严格的情况下，难以达到更高带宽的性能。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器包括：
跨导增强的输入级，由分流的四个PMOS管P1a、P2a、P1b、P2b和两对PMOS管P8a、P9a以及P8b、P9b组成，具有增强跨导的负阻特性；
放大回收电流的中间级，包括由NMOS管N1、N5、N7组成第一电流镜和由NMOS管N2、N6、N8组成第二电流镜；以及
轨到轨输出级，由NMOS管N3、N4以及PMOS管P5、P6组成；
上述跨导增强的输入级的PMOS管P1a的漏极交叉连接到PMOS管P9a的栅极，同时也连接到PMOS管P8a的漏极，输入管P2a的漏极交叉连接到PMOS管P8a的栅极，同时也连接到PMOS管P9a的漏极，从而构成一对负阻，增加了P1a、P2a的跨导；另外，跨导增强的输入级的PMOS管P1b的漏极交叉连接到PMOS管P9b的栅极，同时也连接到PMOS管P8b的漏极，PMOS管P2b的漏极交叉连接到PMOS管P8b的栅极，同时也连接到PMOS管P9b的漏极，从而构成另一对负阻，增加了PMOS管P1b、P2b的跨导；正向输入信号通过跨导增强的输入级的PMOS管P1a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跨导增强的输入级的PMOS管P2b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N1、N5、N7组成第一电流镜放大K倍，与P1a管向下的电流一起折叠通过N3流向负向输出端；负向输入信号通过跨导增强的输入管P2a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跨导增强的输入级的PMOS管P1b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N2、N6、N8组成第二电流镜放大K倍，与P2a管向上的电流一起折叠通过N4流向正向输出端；其中的各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS器件，以进一步提高该电路的性能。
所述跨导增强的输入级为了倍增输入级管的跨导，其中PMOS管P8a、P8b、P9a、P9b的尺寸是PMOS管P1a、P1b、P2a、P2b的尺寸的三倍，同时PMOS管P8a、P8b、P9a、P9b的尺寸大小是一致的，PMOS管P1a、P1b、P2a、P2b的尺寸大小是一致的。
所述由NMOS管N1、N5、N7组成的第一电流镜与输入级管P2b交叉连接，所述由NMOS管N8、N6、N2组成的第二电流镜与输入级管P1b交叉连接。
本发明的有益效果是这种新型的跨导增强的回收电流折叠共源共栅放大器与传统设计方案相比具有几个明显的优点：具有在不增加功耗的情况下提高两倍以上带宽的能力；大幅增加低频增益、增加了放大器的大信号摆率和小信号建立时间；同时改善相位裕度等诸多优点。
附图说明
图1为传统的回收电流折叠共源共栅放大器的电路结构图。
图2为本发明的新型跨导增强回收电流折叠放大器的电路结构图。
图3为本发明的新型跨导增强回收电流折叠放大器与传统放大器的频响仿真对比图。
具体实施方式
本发明提出一种跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器，在图2中，所述跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器包括：
跨导增强的输入级，由分流的四个PMOS管P1a、P2a、P1b、P2b和两对PMOS管P8a、P9a以及P8b、P9b组成，具有增强跨导的负阻特性；为了倍增输入级管的跨导，其中PMOS管P8a、P8b、P9a、P9b的尺寸是PMOS管P1a、P1b、P2a、P2b的尺寸的三倍，同时PMOS管P8a、P8b、P9a、P9b的尺寸大小是一致的，PMOS管P1a、P1b、P2a、P2b的尺寸大小是一致的。
放大回收电流的中间级，包括由NMOS管N1、N5、N7组成第一电流镜与输入级管P2b交叉连接，和由NMOS管N2、N6、N8组成第二电流镜与输入级管P1b交叉连接；
轨到轨输出级，由NMOS管N3、N4以及PMOS管P5、P6组成；
上述跨导增强的输入级的PMOS管P1a的漏极交叉连接到PMOS管P9a的栅极，同时也连接到PMOS管P8a的漏极，输入管P2a的漏极交叉连接到PMOS管P8a的栅极，同时也连接到PMOS管P9a的漏极，从而构成一对负阻，增加了P1a、P2a的跨导；另外，跨导增强的输入级的PMOS管P1b的漏极交叉连接到PMOS管P9b的栅极，同时也连接到PMOS管P8b的漏极，PMOS管P2b的漏极交叉连接到PMOS管P8b的栅极，同时也连接到PMOS管P9b的漏极，从而构成另一对负阻，增加了PMOS管P1b、P2b的跨导；正向输入信号通过跨导增强的输入级的PMOS管P1a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跨导增强的输入级的PMOS管P2b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N1、N5、N7组成第一电流镜放大K倍，与P1a管向下的电流一起折叠通过N3流向负向输出端；负向输入信号通过跨导增强的输入管P2a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跨导增强的输入级的PMOS管P1b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N2、N6、N8组成第二电流镜放大K倍，与P2a管向上的电流一起折叠通过N4流向正向输出端；其中的各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS器件，以进一步提高该电路的性能。
本发明中，K值取为3。由上述分析可得，输入等效跨导被放大了1.5倍。因此放大器的带宽被放大到原来的三倍。如图3所示的新型的跨导增强的回收电流折叠共源共栅放大器与传统的回收电流折叠共源共栅放大器的频响仿真结果对比图。从图中可以看出，本发明的新型的跨导增强的回收电流折叠共源共栅放大器的带宽相比于传统的回收电流折叠共源共栅放大器提高近三倍。同时，低频增益仍然有明显提高。最重要的是，它改善了传统回收电流放大器相位裕度下降的缺点，使得它的相位裕度基本保持不变。

Claims (3)

1.一种跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器包括：
跨导增强的输入级，由分流的四个PMOS管P1a、P2a、P1b、P2b和两对PMOS管P8a、P9a以及P8b、P9b组成，具有增强跨导的负阻特性；
放大回收电流的中间级，包括由NMOS管N1、N5、N7组成第一电流镜和由NMOS管N2、N6、N8组成第二电流镜；以及
轨到轨输出级，由NMOS管N3、N4以及PMOS管P5、P6组成；
上述跨导增强的输入级的PMOS管P1a的漏极交叉连接到PMOS管P9a的栅极，同时也连接到PMOS管P8a的漏极，输入管P2a的漏极交叉连接到PMOS管P8a的栅极，同时也连接到PMOS管P9a的漏极，从而构成一对负阻，增加了P1a、P2a的跨导；另外，跨导增强的输入级的PMOS管P1b的漏极交叉连接到PMOS管P9b的栅极，同时也连接到PMOS管P8b的漏极，PMOS管P2b的漏极交叉连接到PMOS管P8b的栅极，同时也连接到PMOS管P9b的漏极，从而构成另一对负阻，增加了PMOS管P1b、P2b的跨导；正向输入信号通过跨导增强的输入级的PMOS管P1a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跨导增强的输入级的PMOS管P2b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N1、N5、N7组成第一电流镜放大K倍，与P1a管向下的电流一起折叠通过N3流向负向输出端；负向输入信号通过跨导增强的输入管P2a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跨导增强的输入级的PMOS管P1b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N2、N6、N8组成第二电流镜放大K倍，与P2a管向上的电流一起折叠通过N4流向正向输出端；其中的各个MOS器件采用常规MOS晶体管或采用高迁移率的应变硅MOS器件，以进一步提高该电路的性能。
2.根据权利要求1所述跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述跨导增强的输入级为了倍增输入级管的跨导，其中PMOS管P8a、P8b、P9a、P9b的尺寸是PMOS管P1a、P1b、P2a、P2b的尺寸的三倍，同时PMOS管P8a、P8b、P9a、P9b的尺寸大小是一致的，PMOS管P1a、P1b、P2a、P2b的尺寸大小是一致的。
3.根据权利要求1所述跨导增强的回收电流折叠MOS管共源共栅放大器，其特征在于，所述由NMOS管N1、N5、N7组成的第一电流镜与输入级管P2b交叉连接，所述由NMOS管N8、N6、N2组成的第二电流镜与输入级管P1b交叉连接。
CN 201110061331 2011-03-15 2011-03-15 跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器 Active CN102176659B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110061331 CN102176659B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110061331 CN102176659B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102176659A true CN102176659A (zh) 2011-09-07
CN102176659B CN102176659B (zh) 2013-07-03

Family

ID=44519769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110061331 Active CN102176659B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102176659B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102331807A (zh) * 2011-09-30 2012-01-25 电子科技大学 一种集成摆率增强电路的低压差线性稳压器
CN103441737A (zh) * 2013-08-27 2013-12-11 西北工业大学 跨阻前置放大器电路
CN103472880A (zh) * 2013-09-13 2013-12-25 电子科技大学 一种低压差线性稳压器
CN104617889A (zh) * 2015-02-09 2015-05-13 西安电子科技大学 用于ExG信号采集系统的低功耗低噪声CMOS放大器
CN104795093A (zh) * 2015-04-21 2015-07-22 福州大学 基于折叠式比较器的低功耗读取电路及控制方法
CN104883135A (zh) * 2015-05-05 2015-09-02 电子科技大学 一种电阻反馈式噪声消除宽带低噪声跨导放大器
CN105227142A (zh) * 2015-09-25 2016-01-06 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种低压折叠式共源共栅跨导放大器
CN105322899A (zh) * 2015-09-30 2016-02-10 天津大学 适用于西格玛德尔塔调制器的增益增强型运算放大器
CN105322897A (zh) * 2015-09-30 2016-02-10 天津大学 适用于tft-lcd驱动电路的增益增强型运算放大器
CN110048683A (zh) * 2019-05-16 2019-07-23 重庆市渝沪芯科技有限公司 一种低噪声的斩波电流反馈仪表放大电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101741329A (zh) * 2009-12-16 2010-06-16 清华大学 互补输入的循环折叠增益自举跨导运算放大器
CN101917168A (zh) * 2010-06-30 2010-12-15 西安电子科技大学 用于有源功率因数校正器中的高转换速率跨导放大器
CN101958692A (zh) * 2010-10-19 2011-01-26 杭州电子科技大学 一种低压轨至轨运算放大电路
CN101978598A (zh) * 2008-03-21 2011-02-16 高通股份有限公司 具有差动输入的正交输出低噪声跨导放大器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101978598A (zh) * 2008-03-21 2011-02-16 高通股份有限公司 具有差动输入的正交输出低噪声跨导放大器
CN101741329A (zh) * 2009-12-16 2010-06-16 清华大学 互补输入的循环折叠增益自举跨导运算放大器
CN101917168A (zh) * 2010-06-30 2010-12-15 西安电子科技大学 用于有源功率因数校正器中的高转换速率跨导放大器
CN101958692A (zh) * 2010-10-19 2011-01-26 杭州电子科技大学 一种低压轨至轨运算放大电路

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102331807B (zh) * 2011-09-30 2013-06-12 电子科技大学 一种集成摆率增强电路的低压差线性稳压器
CN102331807A (zh) * 2011-09-30 2012-01-25 电子科技大学 一种集成摆率增强电路的低压差线性稳压器
CN103441737B (zh) * 2013-08-27 2016-06-01 西北工业大学 跨阻前置放大器电路
CN103441737A (zh) * 2013-08-27 2013-12-11 西北工业大学 跨阻前置放大器电路
CN103472880A (zh) * 2013-09-13 2013-12-25 电子科技大学 一种低压差线性稳压器
CN103472880B (zh) * 2013-09-13 2014-12-10 电子科技大学 一种低压差线性稳压器
CN104617889A (zh) * 2015-02-09 2015-05-13 西安电子科技大学 用于ExG信号采集系统的低功耗低噪声CMOS放大器
CN104795093B (zh) * 2015-04-21 2017-07-04 福州大学 基于折叠式比较器的低功耗读取电路及控制方法
CN104795093A (zh) * 2015-04-21 2015-07-22 福州大学 基于折叠式比较器的低功耗读取电路及控制方法
CN104883135A (zh) * 2015-05-05 2015-09-02 电子科技大学 一种电阻反馈式噪声消除宽带低噪声跨导放大器
CN104883135B (zh) * 2015-05-05 2018-01-12 电子科技大学 一种电阻反馈式噪声消除宽带低噪声跨导放大器
CN105227142A (zh) * 2015-09-25 2016-01-06 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种低压折叠式共源共栅跨导放大器
CN105227142B (zh) * 2015-09-25 2017-10-17 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种低压折叠式共源共栅跨导放大器
CN105322899A (zh) * 2015-09-30 2016-02-10 天津大学 适用于西格玛德尔塔调制器的增益增强型运算放大器
CN105322897A (zh) * 2015-09-30 2016-02-10 天津大学 适用于tft-lcd驱动电路的增益增强型运算放大器
CN105322897B (zh) * 2015-09-30 2018-08-17 天津大学 适用于tft-lcd驱动电路的增益增强型运算放大器
CN105322899B (zh) * 2015-09-30 2018-10-16 天津大学 适用于西格玛德尔塔调制器的增益增强型运算放大器
CN110048683A (zh) * 2019-05-16 2019-07-23 重庆市渝沪芯科技有限公司 一种低噪声的斩波电流反馈仪表放大电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN102176659B (zh) 2013-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102176659B (zh) 跨导增强的回收电流折叠mos管共源共栅放大器
CN102176658B (zh) 宽带低功耗对称折叠mos管共源共栅放大器
CN101432967B (zh) 接收机锁存器电路和方法
CN202750074U (zh) 一种高速比较器
CN101958692B (zh) 一种低压轨至轨运算放大电路
CN102158188B (zh) 采用mos器件实现的低功耗带宽倍增运算放大器
CN103762947B (zh) 一种交叉耦合输入的低噪声跨导放大器
CN101741328A (zh) 互补输入的循环折叠跨导运算放大器
CN106230392A (zh) 一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器
CN102385901B (zh) 低功耗apd灵敏放大器
CN110729974A (zh) 超宽带高增益低噪声放大器
CN102158181B (zh) 基于mos器件的低功耗带宽倍增斩波稳定运算放大器
CN101729027B (zh) 高增益放大器电路
CN102176661B (zh) 基于mos器件的宽带低功耗斩波稳定轨到轨放大器
CN102176660B (zh) 采用mos器件实现的宽带低功耗轨到轨放大器
CN101521489A (zh) 放大器和ab类放大器
CN102075151A (zh) 带有预放大器的互补循环折叠增益自举运算放大器电路
CN103888082A (zh) 一种三级运算放大器
CN102142816B (zh) 基于mos器件的宽带低功耗电流回收斩波稳定放大器
CN109861673B (zh) 一种电流比较器
CN201813350U (zh) 低压轨至轨运算放大电路
CN102098014A (zh) 带有预放大器的互补循环折叠增益自举跨导运算放大器
CN206164477U (zh) 电流复用型高频放大器电路
CN101557216A (zh) 比较器及包含该比较器的d类音频功率放大器
CN102035486A (zh) 带有预放大器且互补输入的循环折叠跨导运算放大器

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