CN104917469B - 一种轨到轨输入固定跨导放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种轨到轨输入固定跨导放大器，由输入差分电路、电流放大器、镜像晶体管Nsc和共模电平判决跨导放大器相接构成，其中输入差分电路由NMOS管NSA、NSB和耗尽管NVA、NVB组成，且两组差分对的跨导匹配，NMOS管NSA和耗尽管NVA共栅连接Vin‑电位点，镜像晶体管Nsc为由NMOS管NSA、NSB镜像生成，共模电平判决跨导放大器接入并判断Vin‑电平与镜像晶体管NSC的栅端压高低，若Vin‑电平大于栅端压，电流经电流放大器向NMOS管NSA、NSB供电；若Vin‑电平小于或等于栅端压，电流经电流放大器向耗尽管NVA和NVB供电。本发明的有益效果：采用NMOS管和耗尽管组成的差分对实现轨到轨输入跨导放大器，能在低电源电压下稳定工作，更适合低功耗需要，轨到轨共模电平范围内消耗的电流恒定，耗能低。

Description

一种轨到轨输入固定跨导放大器
技术领域
本发明涉及一种轨到轨输入固定跨导放大器，尤其涉及一种适于低电源电压的轨到轨输入固定跨导放大器。
背景技术
运算放大器的带宽决定着其动态特性，但由于带宽由跨导电容比决定，而跨导会随温度、共模输入电平变化，因此需要补偿电路保证跨导不随上述条件变化。另一方面，工业领域信号的输入共模电平变化较大，需要放大器能接受轨到轨输入。传统的PMOS差分电路需要在一定电源电压下才能工作，不能满足低电流低压的需求。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种轨到轨输入固定跨导放大器。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种轨到轨输入固定跨导放大器，特别地，由输入差分电路、电流放大器、镜像晶体管Nsc和共模电平判决跨导放大器相接构成，其中输入差分电路由NMOS管NSA、NSB和耗尽管NVA、NVB组成，且两组差分对的跨导匹配，
NMOS管NSA和耗尽管NVA共栅连接Vin-电位点，
NMOS管NSB和耗尽管NVB共栅连接Vin+电位点，
所述镜像晶体管Nsc为由NMOS管NSA、NSB镜像生成，
所述共模电平判决跨导放大器接入并判断Vin-电平与镜像晶体管NSC的栅端压高低，若Vin-电平大于栅端压，电流经电流放大器向NMOS管NSA、NSB供电；若Vin-电平小于或等于栅端压，电流经电流放大器向耗尽管NVA和NVB供电。
进一步地，所述共模电平判决跨导放大器为与镜像晶体管NSC共栅相连的场效应管NSD，所述场效应管NSD接入电流放大器。
进一步地，所述电流放大器由场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1A和场效应管N1B相接组成并分别接入两组差分对，
Vin-电平大于栅端压，电流经场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1B向NSA和NSB供电，
Vin-电平小于或等于栅端压，电流经场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1A向NVA和NVB供电。
进一步地，所述共模电平判决跨导放大器由场效应管N3A、场效应管N3B和场效应管N5A相接组成，所述场效应管N3B的栅极连接电平Vin-，所述场效应管N3A与镜像晶体管NSC共栅相连，所述场效应管N5A的漏极与场效应管N3A和场效应管N3B的共源极相连，所述共模电平判决跨导放大器接入电流放大器。
进一步地，所述电流放大器为由场效应管P3A、场效应管P3B、场效应管P2A、场效应管P2B、场效应管N2A、场效应管N2B、场效应管N1A、场效应管N1B组成的双路式放大器，
Vin-电平大于栅端压，电流经过共模电平判决跨导放大器、场效应管P3B、场效应管P2A、场效应管N2A、场效应管N1B向NSA和NSB供电，
Vin-电平小于或等于栅端压，电流经过共模电平判决跨导放大器、场效应管P3A、场效应管P2B、场效应管N2B、场效应管N1A向NVA和NVB供电。
进一步地，所述耗尽管NVA的漏极接设有钳制输出阻抗的场效应管NLA，所述耗尽管NVB的漏极接设有钳制输出阻抗的场效应管NLB。
本发明的有益效果：采用NMOS和NativeMOS组成的差分对实现轨到轨输入跨导放大器，能在低电源电压下稳定工作，更适合低功耗需要，轨到轨共模电平范围内消耗的电流恒定，耗能低。
附图说明
图1是本发明第一实施例的结构示意图。
图2是本发明第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种轨到轨输入固定跨导放大器，由输入差分电路、电流放大器、镜像晶体管Nsc和共模电平判决跨导放大器相接构成，其中输入差分电路由NMOS管NSA、NSB和耗尽管NVA、NVB组成，且两组差分对的跨导匹配，NMOS管NSA和耗尽管NVA共栅连接Vin-电位点，NMOS管NSB和耗尽管NVB共栅连接Vin+电位点，镜像晶体管Nsc为由NMOS管NSA、NSB镜像生成，共模电平判决跨导放大器接入并判断Vin-电平与镜像晶体管NSC的栅端压高低，若Vin-电平大于栅端压，电流经电流放大器向NMOS管NSA、NSB供电；若Vin-电平小于或等于栅端压，电流经电流放大器向耗尽管NVA和NVB供电。
为优化本发明，耗尽管NVA的漏极接设有钳制输出阻抗的场效应管NLA，耗尽管NVB的漏极接设有钳制输出阻抗的场效应管NLB。随着输入电平上升，NVA和NVB的漏极电平也随之上升，接近电源时会由于负载电流源将NVA和NVB压入线性区，导致NVA和NVB的输出阻抗变小，降低整个跨导放大器的增益，因此引入NLA和NLB在高共模输入时隔断NVA和NVB。此时该路输出阻抗为NLA和NLB的输出阻抗，保证了跨导放大器的增益。
实施例一，如图1所示为本发明第一实施例的结构示意图，共模电平判决跨导放大器由场效应管N3A、场效应管N3B和场效应管N5A相接组成，场效应管N3B的栅极连接电平Vin-，场效应管N3A与镜像晶体管NSC共栅相连，场效应管N5A的漏极与场效应管N3A和场效应管N3B的共源极相连，共模电平判决跨导放大器接入电流放大器。电流放大器为由场效应管P3A、场效应管P3B、场效应管P2A、场效应管P2B、场效应管N2A、场效应管N2B、场效应管N1A、场效应管N1B组成的双路式放大器，Vin-电平大于栅端压，电流经过共模电平判决跨导放大器、场效应管P3B、场效应管P2A、场效应管你N2A、场效应管N1B向NSA和NSB供电，Vin-电平小于或等于栅端压，电流经过共模电平判决跨导放大器、场效应管P3A、场效应管P2B、场效应管N2B、场效应管N1A向NVA和NVB供电。该结构能在1VGS+2Vdsat的低电源电压下工作，同时在整个轨到轨共模电平范围内消耗的电流恒定。
实施例二，如图2所示为本发明第二实施例的结构示意图，共模电平判决跨导放大器为与镜像晶体管NSC共栅相连的场效应管NSD，所述场效应管NSD接入电流放大器。电流放大器由场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1A和场效应管N1B相接组成并分别接入两组差分对，Vin-电平大于栅端压，电流经场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1B向NSA和NSB供电，Vin-电平小于或等于栅端压，电流经场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1A向NVA和NVB供电。该结构亦能在1VGS+2Vdsat的低电源电压下工作，同时在整个轨到轨共模电平范围内消耗的电流恒定。且电路精简，成本得到有效控制。唯一的缺点是，NVA和NVB工作时整个电路所耗费的电流比NSA和NSB工作时要高近一倍。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种轨到轨输入固定跨导放大器，其特征在于：由输入差分电路、电流放大器、镜像晶体管Nsc和共模电平判决跨导放大器相接构成，其中输入差分电路由NMOS管NSA、NSB和耗尽管NVA、NVB组成，且两组差分对的跨导匹配，
NMOS管NSA和耗尽管NVA共栅连接Vin-电位点，
NMOS管NSB和耗尽管NVB共栅连接Vin+电位点，
所述镜像晶体管Nsc为由NMOS管NSA、NSB镜像生成，
所述共模电平判决跨导放大器接入并判断Vin-电平与镜像晶体管NSC的栅端压高低，若Vin-电平大于栅端压，电流经电流放大器向NMOS管NSA、NSB供电；若Vin-电平小于或等于栅端压，电流经电流放大器向耗尽管NVA和NVB供电。
2.根据权利要求1所述的一种轨到轨输入固定跨导放大器，其特征在于：所述共模电平判决跨导放大器为与镜像晶体管NSC共栅相连的场效应管NSD，所述场效应管NSD接入电流放大器。
3.根据权利要求1或2所述的一种轨到轨输入固定跨导放大器，其特征在于：所述电流放大器由场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1A和场效应管N1B相接组成并分别接入两组差分对，
Vin-电平大于栅端压，电流经场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1B向NSA和NSB供电，
Vin-电平小于或等于栅端压，电流经场效应管P2B、场效应管P2A、场效应管N2B、场效应管N1A向NVA和NVB供电。
4.根据权利要求1所述的轨到轨输入固定跨导放大器，其特征在于：所述共模电平判决跨导放大器由场效应管N3A、场效应管N3B和场效应管N5A相接组成，所述场效应管N3B的栅极连接电平Vin-，所述场效应管N3A与镜像晶体管NSC共栅相连，所述场效应管N5A的漏极与场效应管N3A和场效应管N3B的共源极相连，所述共模电平判决跨导放大器接入电流放大器。
5.根据权利要求1或4所述的轨到轨输入固定跨导放大器，其特征在于：所述电流放大器为由场效应管P3A、场效应管P3B、场效应管P2A、场效应管P2B、场效应管N2A、场效应管N2B、场效应管N1A、场效应管N1B组成的双路式放大器，
Vin-电平大于栅端压，电流经过共模电平判决跨导放大器、场效应管P3B、场效应管P2A、场效应管N2A、场效应管N1B向NSA和NSB供电，
Vin-电平小于或等于栅端压，电流经过共模电平判决跨导放大器、场效应管P3A、场效应管P2B、场效应管N2B、场效应管N1A向NVA和NVB供电。
6.根据权利要求1所述的轨到轨输入固定跨导放大器，其特征在于：所述耗尽管NVA的漏极接设有钳制输出阻抗的场效应管NLA，所述耗尽管NVB的漏极接设有钳制输出阻抗的场效应管NLB。
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