CN109687832B - 带有启动电路的全差分运算放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有启动电路的全差分运算放大器，包括输入对管和启动电路，在启动电路中：第一PMOS管的源极与电源电压电连接，栅极与第一偏置电压电连接，漏极分别与第二和第三PMOS管的源极电连接；第二和第三PMOS管的栅极分别与差分输入端电连接，第二和第三PMOS管的漏极、第四和第五PMOS管的栅极以及第一NMOS管的漏极均电连接；第一NMOS管的栅极与第二偏置电压电连接；第四和第五PMOS管的漏极分别与输入对管的漏极电连接，第四和第五PMOS管的源极均与输入对管的源极电连接。与现有技术相比，本发明提供的全差分运算放大器通过设置启动电路，保证了全差分运算放大器始终都能够工作在正常的状态。

Description

带有启动电路的全差分运算放大器
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种带有启动电路的全差分运算放大器。
背景技术
中频电路是集成电路系统的重要模块，有源滤波器和可变增益放大器(PGA，programmable gain amplifier)广泛地应用在各种收发系统中。其中，运放作为有源滤波器和PGA的重要组成部分，其稳定性决定了有源滤波器和PGA能否正常工作。
随着工艺的发展，电源电压越来越低，在比较复杂的中频电路中，电路启动以后，运放可能会形成不同的稳定态，比较常见的是输入对管处在亚阈值区，电流极低。图1为传统的全差分折叠式共源共栅运算放大器，差分输入端为inp和inn，差分输出端为outp和outn，vbp1、vbp2、vbn2分别为偏置电路输出给运放的偏置电压，cmfb为共模反馈电路输出给运放的偏置电压。在图1运算放大器启动的过程中，如果出现了不正常状态，即尾电流管Mbp0处于线性区，电流远低于期望值，此时inp和inn的电压比较高，输入对管M1和M2电流极低。这种情况下，中频电路的各种特性就会与设计指标相差比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中当运算放大器在启动过程中出现不正常状态时输入对管电流低的缺陷，提供一种低功耗且面积小的带有启动电路的全差分运算放大器。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种带有启动电路的全差分运算放大器，所述全差分运算放大器中包括输入对管和启动电路，所述启动电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管以及第一NMOS管；
第一PMOS管的源极与电源电压电连接，栅极与第一偏置电压电连接，漏极分别与第二PMOS管的源极和第三PMOS管的源极电连接；
第二PMOS管的栅极和第三PMOS管的栅极分别与两个差分输入端电连接，第二PMOS管的漏极、第三PMOS管的漏极、第四PMOS管的栅极、第五PMOS管的栅极以及第一NMOS管的漏极均电连接；
第一NMOS管的栅极与第二偏置电压电连接，源极与接地端电连接；
第四PMOS管的漏极和第五PMOS管的漏极分别与所述输入对管的漏极电连接，第四PMOS管的源极和第五PMOS管的源极均与所述输入对管的源极电连接。
可选地，所述输入对管包括第六PMOS管和第七PMOS管，其中，第四PMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极电连接，第五PMOS管的漏极与第七PMOS管的漏极电连接。
可选地，所述全差分运算放大器还包括第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管以及第五NMOS管；
第八PMOS管的源极、第九PMOS管的源极以及第十PMOS管的源极均与电源电压电连接，第八PMOS管的栅极、第九PMOS管的栅极以及第十PMOS管的栅极均与第一偏置电压电连接，第八PMOS管的漏极分别与第六PMOS管的源极以及第七PMOS管的源极电连接；
第九PMOS管的漏极与第十一PMOS管的源极电连接，第十PMOS管的漏极与第十二PMOS管的源极电连接，第十一PMOS管的栅极和第十二PMOS管的栅极均与第三偏置电压电连接；
第十一PMOS管的漏极与第二NMOS管的漏极电连接，以及第十二PMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极电连接，分别形成两个差分输出端；
第二NMOS管的栅极与第三NMOS管的栅极均与第四偏置电压电连接；
第二NMOS管的源极、第四NMOS管的漏极以及第六PMOS管的漏极电连接；
第三NMOS管的源极、第五NMOS管的漏极以及第七PMOS管的漏极电连接；
第四NMOS管的栅极与第五NMOS管的栅极均与第五偏置电压电连接，第四NMOS管的源极与第五NMOS管的源极均与接地端电连接。
本发明的积极进步效果在于：与现有技术相比，本发明提供的全差分运算放大器通过设置启动电路，保证了全差分运算放大器始终都能够工作在正常的状态。
附图说明
图1为传统的一种全差分折叠式共源共栅运算放大器的电路图。
图2为本发明实施例提供的一种带有启动电路的全差分运算放大器的电路图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例提供一种带有启动电路的全差分运算放大器，电路图如图2所示，包括输入对管以及启动电路，所述启动电路如图2中的虚线框部分，包括第一PMOS管Mbp、第二PMOS管M3、第三PMOS管M4、第四PMOS管M5、第五PMOS管M6以及第一NMOS管Mbn。
第一PMOS管Mbp的源极与电源电压vdd电连接，栅极与第一偏置电压vbp1电连接，漏极分别与第二PMOS管M3的源极和第三PMOS管M4的源极电连接。
第二PMOS管M3的栅极和第三PMOS管M4的栅极分别与两个差分输入端inp和inn电连接，第二PMOS管M3的漏极、第三PMOS管M4的漏极、第四PMOS管M5的栅极、第五PMOS管M6的栅极以及第一NMOS管Mbn的漏极均电连接(参见图2中的vg端)。
第一NMOS管Mbn的栅极与第二偏置电压vbn1电连接，源极与接地端vss电连接。
第四PMOS管M5的漏极和第五PMOS管M6的漏极分别与所述输入对管的漏极电连接，第四PMOS管M5的源极和第五PMOS管M6的源极均与所述输入对管的源极电连接。
在可选的一种实施方式中，所述输入对管包括第六PMOS管M1和第七PMOS管M2，其中，第四PMOS管M5的漏极与第六PMOS管M1的漏极电连接，第五PMOS管M6的漏极与第七PMOS管M2的漏极电连接。
在可选的一种实施方式中，所述全差分运算放大器还包括第八PMOS管Mbp0、第九PMOS管P1、第十PMOS管P2、第十一PMOS管P3、第十二PMOS管P4、第二NMOS管N1、第三NMOS管N2、第四NMOS管N3以及第五NMOS管N4。
其中，第八PMOS管Mbp0的源极、第九PMOS管P1的源极以及第十PMOS管P2的源极均与电源电压vdd电连接，第八PMOS管Mbp0的栅极、第九PMOS管P1的栅极以及第十PMOS管P2的栅极均与第一偏置电压vbp1电连接，第八PMOS管Mbp0的漏极分别与第六PMOS管M1的源极以及第七PMOS管M2的源极电连接；
第九PMOS管P1的漏极与第十一PMOS管P3的源极电连接，第十PMOS管P2的漏极与第十二PMOS管P4的源极电连接，第十一PMOS管P3的栅极和第十二PMOS管P4的栅极均与第三偏置电压vbp2电连接；
第十一PMOS管P3的漏极与第二NMOS管N1的漏极电连接，以及第十二PMOS管P4的漏极与第三NMOS管N2的漏极电连接，分别形成两个差分输出端outp和outn；
第二NMOS管N1的栅极与第三NMOS管N2的栅极均与第四偏置电压vbn2电连接；第二NMOS管N1的源极、第四NMOS管N3的漏极以及第六PMOS管M1的漏极电连接；第三NMOS管N2的源极、第五NMOS管N4的漏极以及第七PMOS管M2的漏极电连接；
第四NMOS管N3的栅极与第五NMOS管N4的栅极均与第五偏置电压cmfb电连接，第四NMOS管N3的源极与第五NMOS管N4的源极均与接地端vss电连接。
本发明实施例提供的带有启动电路的全差分运算放大器的工作原理如下：
通过设置第一PMOS管Mbp与第一NMOS管Mbn的尺寸使得第一PMOS管Mbp工作于饱和区的电流大于第一NMOS管Mbn工作于饱和区的电流。当全差分运算放大器正常工作时，第八PMOS管Mbp0工作在饱和区，差分输入端inp和inn的电压在正常工作范围内，第二PMOS管M3和第三PMOS管M4在导通状态下，所以此时vg端的电压为高电平，第三PMOS管M5和第五PMOS管M6关断，不影响全差分运算放大器的正常工作。在全差分运算放大器启动过程中，如果出现了不正常状态，即第八PMOS管Mbp0处于线性区，电流远低于期望值，此时差分输入端inp和inn的电压比较高，输入对管M1和M2的电流极低，net0端的电压接近电源电压vdd。此时第二PMOS管M3和第三PMOS管M4导通电阻很高，vg端电平比较低，则第四PMOS管M5和第五PMOS管M6打开，代替输入对管M1和M2通过比较大的电流，拉低net0段的电压值，使得环路进入正常的工作模式，差分输出端outn和outp以及差分输入端inp和inn的电压变为正常值，vg端的电压升高，第四PMOS管M5和第五PMOS管M6关断，全差分运算放大器进入正常工作状态。
与现有技术相比，本发明实施例提供的全差分运算放大器通过设置启动电路，保证了全差分运算放大器始终都能够工作在正常的状态，进而也使得包含本发明全差分运算放大器的有源滤波器和PGA也能正常工作。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种带有启动电路的全差分运算放大器，所述全差分运算放大器中包括输入对管，其特征在于，所述全差分运算放大器中还包括启动电路，所述启动电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管以及第一NMOS管；
第一PMOS管的源极与电源电压电连接，栅极与第一偏置电压电连接，漏极分别与第二PMOS管的源极和第三PMOS管的源极电连接；
第二PMOS管的栅极和第三PMOS管的栅极分别与两个差分输入端电连接，第二PMOS管的漏极、第三PMOS管的漏极、第四PMOS管的栅极、第五PMOS管的栅极以及第一NMOS管的漏极均电连接；
第一NMOS管的栅极与第二偏置电压电连接，源极与接地端电连接；
第四PMOS管的漏极和第五PMOS管的漏极分别与所述输入对管的漏极电连接；
所述输入对管包括第六PMOS管和第七PMOS管，
其中，第四PMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极电连接，第五PMOS管的漏极与第七PMOS管的漏极电连接；
所述第六PMOS管的源极和所述第七PMOS管的源极电连接；
第四PMOS管的源极和第五PMOS管的源极均与所述第六PMOS管的源极或所述第七PMOS管的源极电连接。
2.如权利要求1所述的全差分运算放大器，其特征在于，所述全差分运算放大器还包括第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管以及第五NMOS管；
第八PMOS管的源极、第九PMOS管的源极以及第十PMOS管的源极均与电源电压电连接，第八PMOS管的栅极、第九PMOS管的栅极以及第十PMOS管的栅极均与第一偏置电压电连接，第八PMOS管的漏极分别与第六PMOS管的源极以及第七PMOS管的源极电连接；
第九PMOS管的漏极与第十一PMOS管的源极电连接，第十PMOS管的漏极与第十二PMOS管的源极电连接，第十一PMOS管的栅极和第十二PMOS管的栅极均与第三偏置电压电连接；
第十一PMOS管的漏极与第二NMOS管的漏极电连接，以及第十二PMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极电连接，分别形成两个差分输出端；
第二NMOS管的栅极与第三NMOS管的栅极均与第四偏置电压电连接；
第二NMOS管的源极、第四NMOS管的漏极以及第六PMOS管的漏极电连接；
第三NMOS管的源极、第五NMOS管的漏极以及第七PMOS管的漏极电连接；
第四NMOS管的栅极与第五NMOS管的栅极均与第五偏置电压电连接，第四NMOS管的源极与第五NMOS管的源极均与接地端电连接。
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