CN107834986B - 单级ab类运算跨导放大器及模拟电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单级AB类运算跨导放大器及模拟电路，涉及放大器技术领域，包括：AB类输入级包括翻转电压跟随器和输入差分对；AB类交叉自偏置输出级包括第一非线性电流镜、第二非线性电流镜和交叉自偏置电路；翻转电压跟随器的两个输出端分别通过第一电压保持节点、第二电压保持节点与输入差分对连接；输入差分对的两个输入端连接输入信号Vin+和Vin‑，与第一非线性电流镜交叉连接；第一非线性电流镜的两个输出端分别与交叉自偏置电路的两个输入端交叉连接；交叉自偏置电路的两个输出端连接放大器输出端Vo+和Vo‑；第二非线性电流镜与交叉自偏置电路连接。本发明可以使放大器压摆率有效增大且最大输出电流不受限制。

Description

单级AB类运算跨导放大器及模拟电路

技术领域

本发明涉及放大器技术领域，尤其是涉及一种单级AB类运算跨导放大器及模拟电路。

背景技术

在低电压低功耗开关电容电路中，尤其是驱动大电容负载时，对高摆率和大带宽的运算跨导放大器的需求越来越多。传统的折叠共源共栅放大器因工作在A类，其电流效率较低。传统的折叠共源共栅放大器的电路结构如图1所示。输入电压从输入差分对管M1和M1N的栅级进入，转化为漏极输出电流，然后在共栅管M4和M4N的源级将输入电流传输到输出端，产生输出电压信号。M5、M6和M5N、M6N分别为电流源负载。为了提高运算跨导放大器的电流效率需要对传统的折叠共源共栅放大器进行改进，从而提出了电流回收技术。

传统的电流回收技术可以提高运放的电流效率，但是电流回收技术的最大输出电流受输入差分对的尾电流限制，导致压摆率只能线性增加。其次，传统输出级结构中，共栅晶体管被恒定电压偏置，因而可实现的最大输出电流受到限制，尤其在低电压应用中。因此，传统的电流回收折叠共源共栅放大器有以下不足：压摆率只能线性增加且可实现的最大输出电流受限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单级AB类运算跨导放大器及模拟电路，以使放大器的压摆率有效增大且最大输出电流不受限制。

第一方面，本发明实施例提供了一种单级AB类运算跨导放大器，包括：AB类输入级和AB类交叉自偏置输出级；AB类输入级包括翻转电压跟随器和输入差分对；AB类交叉自偏置输出级包括第一非线性电流镜、第二非线性电流镜和交叉自偏置电路；翻转电压跟随器的两个输出端分别通过第一电压保持节点、第二电压保持节点与输入差分对连接，用于向输入差分对提供偏置电流；输入差分对的两个输入端分别连接输入信号Vin+和Vin-，并与第一非线性电流镜交叉连接，用于向第一非线性电流镜输入电流；第一非线性电流镜的两个输出端分别与交叉自偏置电路的两个输入端交叉连接，用于向交叉自偏置电路输入放大后的电流；交叉自偏置电路的两个输出端分别连接放大器的两个输出端Vo+和Vo-，用于输出放大后的电流；第二非线性电流镜与交叉自偏置电路连接，用于回收电流。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，翻转电压跟随器包括：晶体管M8、M1c、M9、M8N、M1cN、M9N；晶体管M8的源极连接第一电平信号，漏极连接翻转电压跟随器的第一电压保持节点和晶体管M1c的源极，栅极连接晶体管M1c、M9的漏极；晶体管M1c的源极连接晶体管M8的漏极和翻转电压跟随器的第一电压保持节点，漏极连接晶体管M9的漏极，栅极连接输入信号Vin-；晶体管M9的源极连接第二电平信号，漏极接晶体管M1c的漏极和晶体管M8的栅极，栅极连接晶体管M9N的栅极；晶体管M8N的源极连接第一电平信号，漏极连接翻转电压跟随器的第一电压保持节点和晶体管M1cN的源极，栅极连接晶体管M1cN、M9N的漏极；晶体管M1cN的源极连接晶体管M8N的漏极和翻转电压跟随器的第二电压保持节点，漏极连接晶体管M9N的漏极，栅极连接输入信号Vin+；晶体管M9N的源极连接第二电平信号，漏极接晶体管M1cN的漏极和晶体管M8N的栅极，栅极连接晶体管M9的栅极。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，输入差分对包括：晶体管M1a、M1b、M1aN和M1bN；晶体管M1a的栅极连接输入信号Vin+、晶体管M1b的栅极，漏极连接第一连接点，源极连接第一电压保持节点；晶体管M1b的栅极连接输入信号Vin+、晶体管M1a的栅极，漏极连接第二连接点，源极连接第一电压保持节点，用于通过第二连接点向第一非线性电流镜输入电流；晶体管M1aN的栅极连接输入信号Vin-、晶体管M1bN的栅极，漏极连接第三连接点，源极连接第二电压保持节点；晶体管M1bN的栅极连接输入信号Vin-、晶体管M1aN的栅极，漏极连接第四连接点，源极连接第二电压保持节点，用于通过第四连接点向第一非线性电流镜输入电流。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，第一非线性电流镜包括：晶体管M3a、M3b、M3c、M3aN、M3bN、M3cN、M11；晶体管M3c的漏极连接第四连接点，源极连接晶体管M3a的漏极，栅极连接第一偏置电压节点；晶体管M3a的漏极连接晶体管M3c的源极，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3b的栅极与第四连接点；晶体管M3b的漏极连接交叉自偏置电路的第一输入端，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3a的栅极与第四连接点；晶体管M3cN的漏极连接第二连接点，源极连接晶体管M3aN的漏极，栅极连接第一偏置电压节点；晶体管M3aN的漏极连接晶体管M3cN的源极，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3bN的栅极与第二连接点；晶体管M3bN的漏极连接交叉自偏置电路的第二输入端，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3aN的栅极与第二连接点；晶体管M11的栅极和漏极共同连接第一电平信号和第一偏置电压节点，源极连接第二电平信号。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，交叉自偏置电路包括：晶体管M5、M6、M7、M5N、M6N、M7N；晶体管M5的源极连接第三连接点，栅极连接第二偏置电压节点，漏极连接第三偏置电压节点；晶体管M6的源极连接第一输入端，栅极连接第三偏置电压节点，漏极连接输出端Vo-；晶体管M7的源极连接第二非线性电流镜，栅极连接第四连接点，漏极连接输出端Vo-；晶体管M5N的源极连接第二输入端，栅极连接第二偏置电压节点，漏极连接输出端Vo-；晶体管M6N的源极连接第一输入端，栅极连接第三偏置电压节点，漏极连接第二偏置电压节点；晶体管M7N的源极连接第二非线性电流镜，栅极连接第二连接点，漏极连接输出端Vo-。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，第二非线性电流镜包括：晶体管M4a、M4b、M4c、M4d、M4aN、M4bN、M4cN、M4d N、M10；晶体管M4a的源极连接第一电平信号，栅极连接第三偏置电压节点；漏极连接晶体管M4c的源极；晶体管M4b的源极连接第一电平信号，栅极连接第三偏置电压节点；漏极连接晶体管M7的源极与晶体管M4d的漏极；晶体管M4c的源极连接晶体管M4a的漏极，栅极连接第四偏置电压节点；漏极连接第三偏置电压节点；晶体管M4d的源极连接第一电平信号，栅极连接晶体管M4d N的栅极；漏极连接晶体管M7的源极与晶体管M4b的漏极；晶体管M4aN的源极连接第一电平信号，栅极连接第二偏置电压节点；漏极连接晶体管M4cN的源极；晶体管M4bN的源极连接第一电平信号，栅极连接第二偏置电压节点；漏极连接晶体管M7N的源极与晶体管M4dN的漏极；晶体管M4cN的源极连接晶体管M4aN的漏极，栅极连接第四偏置电压节点；漏极连接第二偏置电压节点；晶体管M4dN的源极连接第一电平信号，栅极连接晶体管M4d的栅极；漏极连接晶体管M7N的源极与晶体管M4bN的漏极；晶体管M10的栅极和漏极共同连接第二电平信号和第四偏置电压节点，源极连接第一电平信号。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，晶体管M8、M1c、M9、M8N、M1cN、M9N；晶体管M4a、M4b、M4c、M4d、M4aN、M4bN、M4cN、M4d N；晶体管M1a、M1b、M1an、M1bN；晶体管M5、M6、M7、M5N、M6N、M7N均为P型MOS管。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，晶体管M3a、M3b、M3c、M3aN、M3bN、M3cN、M10、M11均为N型MOS管。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，晶体管M10的栅极和漏极与第二电平信号之间设置有检流计；晶体管M11的栅极和漏极与第一电平信号之间设置有检流计。

第二方面，本发明实施例还提供一种模拟电路，包括上述第一方面及其各可能实施方式之一提供的单级AB类运算跨导放大器。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器及模拟电路，通过设置翻转电压跟随器使输入电流不受限制；还包括非线性电流镜，相比于普通的电流镜可以根据晶体管的宽长比将电流扩大K倍，非线性电流镜由于有晶体管工作在线性区可以使得电流的放大倍数为K的平方倍；并且交叉自偏置电路使放大器可以可实现输出电流不受限；因此可以使放大器的压摆率有效增大且最大输出电流不受限制。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的折叠共源共栅放大器的电路结构图；

图2为本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器的电路结构图；

图3为本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器与传统折叠共源共栅运算跨导放大器的开环交流响应对比图；

图4为本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器与传统折叠共源共栅运算跨导放大器的大信号瞬态响应对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统的电流回收折叠共源共栅放大器有以下不足：压摆率只能线性增加且可实现的最大输出电流受限。基于此，本发明实施例提供的一种单级AB类运算跨导放大器及模拟电路，以使放大器的压摆率有效增大且最大输出电流不受限制。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种单级AB类运算跨导放大器进行详细介绍。

实施例1

本发明实施例提供了一种单级AB类运算跨导放大器，参见图2所示的本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器的电路结构图。本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器，具有完全对称压摆率和超高电流效率，采用CMOS工艺实现。

如图2所示，该单级AB类运算跨导放大器包括：AB类输入级和AB类交叉自偏置输出级。其中，AB类输入级包括翻转电压跟随器(Flipped Voltage Follower，FVF)和输入差分对；AB类交叉自偏置输出级包括第一非线性电流镜、第二非线性电流镜和交叉自偏置电路。该电路结构是完全对称的，所以压摆率也对称。

翻转电压跟随器的两个输出端分别通过第一电压保持节点、第二电压保持节点与输入差分对连接，用于向输入差分对提供偏置电流；输入差分对的两个输入端分别连接输入信号Vin+和Vin-，并与第一非线性电流镜交叉连接，用于向第一非线性电流镜输入电流；第一非线性电流镜的两个输出端分别与交叉自偏置电路的两个输入端交叉连接，用于向交叉自偏置电路输入放大后的电流；交叉自偏置电路的两个输出端分别连接放大器的两个输出端Vo+和Vo-，用于输出放大后的电流；第二非线性电流镜与交叉自偏置电路连接，用于回收电流。

相对于图1中的折叠共源共栅放大器，输入差分对M1(N)被分成两半以产生M1a，b和M1a，b(N)作为输入级。尾电流源被两个交叉耦合的翻转电压跟随器(FVF)替代,M9、M9N用来产生偏置电流0.5I_B。为了匹配输入晶体管，输入对的偏置电流也被设置为0.5I_B。然后晶体管M1b(N)与M3a(N)、M3b(N)和M3c(N)组成的非线性电流镜交叉连接。M3c(N)的偏置电压由提供，使M3a(N)处于饱和区的边缘。M3b(N)的漏端有两条电流通路，一条通过晶体管M6或M5N直接输出；另一条通过第二个非线性电流镜输出。同时，M4c(N)的偏置电压被设置为V_ptri，让M4a(N)工作在饱和区的边缘。当输入信号较小时，该结构作为传统的共源共栅配置。当大输入发生时，动态偏置将完全打开这些共栅晶体管，而不限制压摆率。

其中，上述翻转电压跟随器包括：晶体管M8、M1c、M9、M8N、M1cN、M9N。晶体管M8的源极连接第一电平信号，漏极连接翻转电压跟随器的第一电压保持节点X和晶体管M1c的源极，栅极连接晶体管M1c、M9的漏极。在本实施例中第一电平信号以VDD为例进行说明，还可以使用时钟信号等。晶体管M1c的源极连接晶体管M8的漏极和翻转电压跟随器的第一电压保持节点X，漏极连接晶体管M9的漏极，栅极连接输入信号Vin-。晶体管M9的源极连接第二电平信号，漏极接晶体管M1c的漏极和晶体管M8的栅极，栅极连接晶体管M9N的栅极。在本实施例中第二电平信号以VSS为例进行说明。晶体管M8N的源极连接第一电平信号，漏极连接翻转电压跟随器的第二电压保持节点Y和晶体管M1cN的源极，栅极连接晶体管M1cN、M9N的漏极。晶体管M1cN的源极连接晶体管M8N的漏极和翻转电压跟随器的第二电压保持节点Y，漏极连接晶体管M9N的漏极，栅极连接输入信号Vin+。晶体管M9N的源极连接第二电平信号，漏极接晶体管M1cN的漏极和晶体管M8N的栅极，栅极连接晶体管M9的栅极。

其中，上述输入差分对包括：晶体管M1a、M1b、M1aN和M1bN。晶体管M1a的栅极连接输入信号Vin+、晶体管M1b的栅极，漏极连接第一连接点A，源极连接第一电压保持节点X；晶体管M1b的栅极连接输入信号Vin+、晶体管M1a的栅极，漏极连接第二连接点B，源极连接第一电压保持节点X，用于通过第二连接点向第一非线性电流镜输入电流；晶体管M1aN的栅极连接输入信号Vin-、晶体管M1bN的栅极，漏极连接第三连接点C，源极连接第二电压保持节点Y。晶体管M1bN的栅极连接输入信号Vin-、晶体管M1aN的栅极，漏极连接第四连接点D，源极连接第二电压保持节点Y，用于通过第四连接点向第一非线性电流镜输入电流。

输入差分对由M1a、M1b和M1aN和M1bN组成，输入信号Vin+和Vin-从这四个晶体管的栅极进入电路；两个翻转电压跟随器(FVF)分别由M8、M1c、M9和M8N、M1cN、M9N组成，M9和M9N产生偏置电流，FVF可以使输入级的偏置电流不受尾电流源的限制。假设当Vin+有一个负的阶跃信号时，M1a和M1b的栅极电压下降，而X点处电位不变，导致这两个晶体管的电流增大，M8N、M1cN、M9N这一路电流不变。由于Vin+的下降，M1cN为了保持电流不变，它的源电压也会下降，导致Y点电位下降，使得M1aN和M1bN电流不断下降直至截止。同样的再分析当Vin-有一个负的阶跃信号时，M1aN和M1bN的栅极电压下降，而Y点处电位不变，这两个晶体管的电流会变大,M8、M1c、M9这一路电流不变，M1c为了保持电流不变，它的源端电压要下降来匹配它栅极Vin-的下降，所以X点的电位下降，会导致M1a和M1b电流下降直至这两个晶体管截止。这样输入电流不受限制，就形成了AB类的输入级。由于翻转电压跟随器(FVF)的作用输入电流不受限制，现在有两端尾电流，输入Vin+下降，晶体管源电压未变，栅压增大，Vgs增大，电流增大，I＝β(Vg-Vs-Vth)²，电流与输入信号Vin+的下降有关。

上述，第一非线性电流镜包括：晶体管M3a、M3b、M3c、M3aN、M3bN、M3cN、M11。晶体管M3c的漏极连接第四连接点D，源极连接晶体管M3a的漏极，栅极连接第一偏置电压节点G。

晶体管M3a的漏极连接晶体管M3c的源极，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3b的栅极与第四连接点D；晶体管M3b的漏极连接交叉自偏置电路的第一输入端E，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3a的栅极与第四连接点D；晶体管M3cN的漏极连接第二连接点B，源极连接晶体管M3aN的漏极，栅极连接第一偏置电压节点G；晶体管M3aN的漏极连接晶体管M3cN的源极，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3bN的栅极与第二连接点B；晶体管M3bN的漏极连接交叉自偏置电路的第二输入端F，源极连接第二电平信号，栅极连接晶体管M3aN的栅极与第二连接点B；晶体管M11的栅极和漏极共同连接第一电平信号和第一偏置电压节点G，源极连接第二电平信号。

上述交叉自偏置电路包括：晶体管M5、M6、M7、M5N、M6N、M7N。

晶体管M5的源极连接第三连接点C，栅极连接第二偏置电压节点H，漏极连接第三偏置电压节点；晶体管M6的源极连接第一输入端E，栅极连接第三偏置电压节点I，漏极连接输出端Vo-；晶体管M7的源极连接第二非线性电流镜，栅极连接第四连接点D，漏极连接输出端Vo-；晶体管M5N的源极连接第二输入端F，栅极连接第二偏置电压节点H，漏极连接输出端Vo-；晶体管M6N的源极连接第一输入端E，栅极连接第三偏置电压节点I，漏极连接第二偏置电压节点H；晶体管M7N的源极连接第二非线性电流镜，栅极连接第二连接点B，漏极连接输出端Vo-。当M3c流大电流时，M4a的栅极即Vbp不流电流，此时Vbp的值上升，导致M6完全打开(因为M6的栅压接近VDD)。虽然M3c的电流很大，但M6的大栅压不会使M3c进入线性区，这样其可以承受大的输出电流。

上述第二非线性电流镜包括：晶体管M4a、M4b、M4c、M4d、M4aN、M4bN、M4cN、M4d N、M10。

晶体管M4a的源极连接第一电平信号，栅极连接第三偏置电压节点I；漏极连接晶体管M4c的源极；晶体管M4b的源极连接第一电平信号，栅极连接第三偏置电压节点I；漏极连接晶体管M7的源极与晶体管M4d的漏极；晶体管M4c的源极连接晶体管M4a的漏极，栅极连接第四偏置电压节点J；漏极连接第三偏置电压节点I；晶体管M4d的源极连接第一电平信号，栅极连接晶体管M4d N的栅极；漏极连接晶体管M7的源极与晶体管M4b的漏极；晶体管M4aN的源极连接第一电平信号，栅极连接第二偏置电压节点H；漏极连接晶体管M4cN的源极；晶体管M4bN的源极连接第一电平信号，栅极连接第二偏置电压节点H；漏极连接晶体管M7N的源极与晶体管M4dN的漏极；晶体管M4cN的源极连接晶体管M4aN的漏极，栅极连接第四偏置电压节点J；漏极连接第二偏置电压节点H；晶体管M4dN的源极连接第一电平信号，栅极连接晶体管M4d的栅极；漏极连接晶体管M7N的源极与晶体管M4bN的漏极；晶体管M10的栅极和漏极共同连接第二电平信号和第四偏置电压节点J，源极连接第一电平信号。

非线性电流镜分别为：M3aN、M3bN、M3cN和M4aN、M4bN、M4cN和M4a、M4b、M4c和M3a、M3b、M3c这两对非线性电流镜，非线性电流镜不同于普通电流镜的地方是：普通的电流镜可以根据晶体管的宽长比将电流扩大K倍，而非线性电流镜由于有晶体管工作在线性区可以使得电流的放大倍数为K的平方倍。如图中M3a和M3aN工作在线性区，M4a和M4aN工作在线性区，这样电流的放大倍数就为K的平方倍。交叉自偏置的器件分别是：M5N、M6N、M7N和M5、M6、M7。M5和M5N被VBN偏置，M6和M6N被VBP偏置，M7和M7N分别被M3a、M3b和M3aN、M3bN的栅极所偏置。它们的交叉自偏置可以使得流过它们的电流不受限。M6、M7和M6N、M7N的漏端为输出端，所以输出电流不受限制，就形成了AB类的输出级。而M5和M5N分别连接了两组非线性电流镜，可以回收利用电流。

假设在Vin+输入一个大的负阶跃信号，电压翻转跟随器(FVF)使得节点Y处的电压迅速下降，迫使输入晶体管M1aN和M1bN截止。M3a的栅级电压降低，使晶体管M3b截止，然后输入晶体管M1a进入三极管区域。由于翻转电压跟随器(FVF)的作用，节点X电压不变。流过M1b的电流流入由M3aN，M3bN和M3cN组成的非线性电流镜，使得M3aN的栅级电压增加，M3aN工作在欧姆区。M3bN的漏级电流一半通过共源共栅晶体管M5N流向Vo+，另一半进入由M4aN，M4bN和M4cN组成的非线性电流镜。而且M3a的栅极电压降低会导通M7，M4b也将饱和，这样可实现的最大输出电流将不会受限。

在上述模块中，晶体管M8、M1c、M9、M8N、M1cN、M9N、晶体管M4a、M4b、M4c、M4d、M4aN、M4bN、M4cN、M4d N、晶体管M1a、M1b、M1an、M1bN、晶体管M5、M6、M7、M5N、M6N、M7N均为P型MOS管。晶体管M3a、M3b、M3c、M3aN、M3bN、M3cN、M10、M11均为N型MOS管。如图2所示在晶体管M10的栅极和漏极与第二电平信号之间设置有检流计，在晶体管M11的栅极和漏极与第一电平信号之间也设置有检流计。

本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器，通过设置翻转电压跟随器使输入电流不受限制；还包括非线性电流镜，相比于普通的电流镜可以根据晶体管的宽长比将电流扩大K倍，非线性电流镜由于有晶体管工作在线性区可以使得电流的放大倍数为K的平方倍；并且交叉自偏置电路使放大器可以可实现输出电流不受限；因此可以使放大器的压摆率有效增大且最大输出电流不受限制。

图3为本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器与传统折叠共源共栅运算跨导放大器的开环交流响应对比图，图4为本发明实施例提供的单级AB类运算跨导放大器与传统折叠共源共栅运算跨导放大器的大信号瞬态响应对比图。本发明的完全对称压摆率的超高电流效率的单级AB类跨导运算放大器的增益带宽积(如图4所示点a与点b)相比传统共源共栅跨导运算放大器提高了近300％，压摆率(如图3中的斜率)几乎是传统共源共栅跨导运算放大器的20倍，且并没有影响到相位裕度。如图4所示，由于跨导的提升，直流增益也增加了20dB以上。

实施例2

本发明实施例提供了一种模拟电路，包括上述实施例提供的单级AB类运算跨导放大器。该单级AB类运算跨导放大器用于在该模拟电路中采集信号并对信号进行处理。该模拟电路可以广泛应用于汽车电子及通信等领域中。

本发明实施例提供的模拟电路，与上述实施例提供的单级AB类运算跨导放大器具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，包括：AB类输入级和AB类交叉自偏置输出级；

所述AB类输入级包括翻转电压跟随器和输入差分对；所述AB类交叉自偏置输出级包括第一非线性电流镜、第二非线性电流镜和交叉自偏置电路；

所述翻转电压跟随器的两个输出端分别通过第一电压保持节点、第二电压保持节点与所述输入差分对连接，用于向所述输入差分对提供偏置电流；

所述输入差分对的两个输入端分别连接输入信号Vin+和Vin-，并与所述第一非线性电流镜交叉连接，用于向所述第一非线性电流镜输入电流；

所述第一非线性电流镜的两个输出端分别与所述交叉自偏置电路的两个输入端交叉连接，用于向所述交叉自偏置电路输入放大后的电流；

所述交叉自偏置电路的两个输出端分别连接放大器的两个输出端Vo+和Vo-，用于输出所述放大后的电流；

所述第二非线性电流镜与所述交叉自偏置电路连接，用于回收电流；

所述交叉自偏置电路包括：晶体管M5、M6、M7、M5N、M6N、M7N；

所述晶体管M5的源极连接第三连接点，栅极连接第二偏置电压节点，漏极连接第三偏置电压节点；

所述晶体管M6的源极连接所述交叉自偏置电路的第一输入端，栅极连接所述第三偏置电压节点，漏极连接所述输出端Vo-；

所述晶体管M7的源极连接所述第二非线性电流镜，栅极连接第四连接点，漏极连接所述输出端Vo-；

所述晶体管M5N的源极连接所述交叉自偏置电路的第二输入端，栅极连接第二偏置电压节点，漏极连接所述输出端Vo+；

所述晶体管M6N的源极连接所述交叉自偏置电路的第一输入端，栅极连接所述第三偏置电压节点，漏极连接所述第二偏置电压节点；

所述晶体管M7N的源极连接所述第二非线性电流镜，栅极连接第二连接点，漏极连接所述输出端Vo+。

2.根据权利要求1所述的单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，所述翻转电压跟随器包括：晶体管M8、M1c、M9、M8N、M1cN、M9N；

所述晶体管M8的源极连接第一电平信号，漏极连接所述翻转电压跟随器的第一电压保持节点和所述晶体管M1c的源极，栅极连接所述晶体管M1c、M9的漏极；

所述晶体管M1c的源极连接所述晶体管M8的漏极和所述翻转电压跟随器的第一电压保持节点，漏极连接所述晶体管M9的漏极，栅极连接输入信号Vin-；

所述晶体管M9的源极连接第二电平信号，漏极接所述晶体管M1c的漏极和所述晶体管M8的栅极，栅极连接所述晶体管M9N的栅极；

所述晶体管M8N的源极连接第一电平信号，漏极连接所述翻转电压跟随器的第二电压保持节点和所述晶体管M1cN的源极，栅极连接所述晶体管M1cN、M9N的漏极；

所述晶体管M1cN的源极连接所述晶体管M8N的漏极和所述翻转电压跟随器的第二电压保持节点，漏极连接所述晶体管M9N的漏极，栅极连接输入信号Vin+；

所述晶体管M9N的源极连接第二电平信号，漏极接所述晶体管M1cN的漏极和所述晶体管M8N的栅极，栅极连接所述晶体管M9的栅极。

3.根据权利要求2所述的单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，所述输入差分对包括：晶体管M1a、M1b、M1aN和M1bN；

所述晶体管M1a的栅极连接输入信号Vin+、晶体管M1b的栅极，漏极连接第一连接点，源极连接所述第一电压保持节点；

所述晶体管M1b的栅极连接输入信号Vin+、晶体管M1a的栅极，漏极连接第二连接点，源极连接所述第一电压保持节点，用于通过所述第二连接点向所述第一非线性电流镜输入电流；

所述晶体管M1aN的栅极连接输入信号Vin-、晶体管M1bN的栅极，漏极连接第三连接点，源极连接所述第二电压保持节点；

所述晶体管M1bN的栅极连接输入信号Vin-、晶体管M1aN的栅极，漏极连接第四连接点，源极连接所述第二电压保持节点，用于通过所述第四连接点向所述第一非线性电流镜输入电流。

4.根据权利要求3所述的单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，所述第一非线性电流镜包括：晶体管M3a、M3b、M3c、M3aN、M3bN、M3cN、M11；

所述晶体管M3c的漏极连接所述第四连接点，源极连接晶体管M3a的漏极，栅极连接第一偏置电压节点；

所述晶体管M3a的漏极连接所述晶体管M3c的源极，源极连接所述第二电平信号，栅极连接所述晶体管M3b的栅极与所述第四连接点；

所述晶体管M3b的漏极连接所述交叉自偏置电路的第一输入端，源极连接所述第二电平信号，栅极连接所述晶体管M3a的栅极与所述第四连接点；

所述晶体管M3cN的漏极连接所述第二连接点，源极连接晶体管M3aN的漏极，栅极连接第一偏置电压节点；

所述晶体管M3aN的漏极连接所述晶体管M3cN的源极，源极连接所述第二电平信号，栅极连接所述晶体管M3bN的栅极与所述第二连接点；

所述晶体管M3bN的漏极连接所述交叉自偏置电路的第二输入端，源极连接所述第二电平信号，栅极连接所述晶体管M3aN的栅极与所述第二连接点；

所述晶体管M11的栅极和漏极共同连接所述第一电平信号和所述第一偏置电压节点，源极连接所述第二电平信号。

5.根据权利要求4所述的单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，所述第二非线性电流镜包括：晶体管M4a、M4b、M4c、M4d、M4aN、M4bN、M4cN、M4d N、M10；

所述晶体管M4a的源极连接所述第一电平信号，栅极连接第三偏置电压节点；漏极连接所述晶体管M4c的源极；

所述晶体管M4b的源极连接所述第一电平信号，栅极连接第三偏置电压节点；漏极连接所述晶体管M7的源极与所述晶体管M4d的漏极；

所述晶体管M4c的源极连接所述晶体管M4a的漏极，栅极连接第四偏置电压节点；漏极连接所述第三偏置电压节点；

所述晶体管M4d的源极连接所述第一电平信号，栅极连接所述晶体管M4d N的栅极；漏极连接所述晶体管M7的源极与所述晶体管M4b的漏极；

所述晶体管M4aN的源极连接所述第一电平信号，栅极连接第二偏置电压节点；漏极连接所述晶体管M4cN的源极；

所述晶体管M4bN的源极连接所述第一电平信号，栅极连接第二偏置电压节点；漏极连接所述晶体管M7N的源极与所述晶体管M4dN的漏极；

所述晶体管M4cN的源极连接所述晶体管M4aN的漏极，栅极连接第四偏置电压节点；漏极连接所述第二偏置电压节点；

所述晶体管M4dN的源极连接所述第一电平信号，栅极连接所述晶体管M4d的栅极；漏极连接所述晶体管M7N的源极与所述晶体管M4bN的漏极；

所述晶体管M10的栅极和漏极共同连接所述第二电平信号和所述第四偏置电压节点，源极连接所述第一电平信号。

6.根据权利要求5所述的单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，所述晶体管M8、M1c、M8N、M1cN；所述晶体管M4a、M4b、M4c、M4d、M4aN、M4bN、M4cN、M4d N；所述晶体管M1a、M1b、M1aN、M1bN；所述晶体管M7、M7N、M10、均为N型MOS管。

7.根据权利要求5所述的单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，所述晶体管M3a、M3b、M3c、M3aN、M3bN、M3cN、M11、M5、M6、M5N、M6N、M9、M9N均为P型MOS管。

8.根据权利要求5所述的单级AB类运算跨导放大器，其特征在于，所述晶体管M10的栅极和漏极与所述第二电平信号之间设置有检流计；所述晶体管M11的栅极和漏极与所述第一电平信号之间设置有检流计。

9.一种模拟电路，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的单级AB类运算跨导放大器。

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