CN112865723A - 高性能双通路运算放大器 - Google Patents

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陈涛
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Chengdu Huanyuxin Technology Co ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

高性能双通路运算放大器，涉及电子技术，特别涉及集成电路技术。本发明包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，所述第一级放大电路包括第一级初始信号输入对管，第二级放大电路包括前级输入对管和第二级初始信号输入对管，第一级放大电路包括两个电流源，其特征在于，前级输入对管的跨导小于第二级初始信号输入对管跨导的十分之一。本发明减弱了多级放大电路中多个增益级跨导间的正比关系，从而在保持电路性能不变的前提下，降低电路功耗，可以应用在仪表放大器、滤波器、电源管理等多种电路中。运算放大器在实现高带宽、高增益、低噪声、低失调的同时，功耗更低。

Description

高性能双通路运算放大器
技术领域
本发明涉及电子技术，特别涉及集成电路技术。
背景技术
在模拟电子器件中，仪表放大器是一种精密差分信号放大器，广泛应用于数据采集、传感器、高速信号调节、医疗仪器等系统。仪表放大器的核心电路是运算放大器。在低功耗、高精度仪表放大器设计中，低功耗、高带宽、高增益、低噪声运算放大器必不可少。然而随着半导体集成电路的发展，CMOS工艺的特征尺寸已经到纳米量级，使得CMOS器件的本征增益降低。传统的两级运算放大器难以获得较高增益。三级运算放大器能够获得较高增益，但是需要使用两级密勒补偿才能使满足一定相位裕度，并且功耗较高。因此，传统的两级或三级运算放大器难以满足低功耗、高精度仪表放大器设计要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种低功耗的高性能双通路运算放大器。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高性能双通路运算放大器，包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，所述第一级放大电路包括第一级初始信号输入对管，第二级放大电路包括前级输入对管和第二级初始信号输入对管，第一级放大电路包括两个电流源，其特征在于，前级输入对管的跨导小于第二级初始信号输入对管跨导的十分之一。
进一步的，第一级放大电路的电流源通过电阻接地。
本发明在双通路运算放大器中仅使用一级密勒补偿，通过将低频信号通路的主极点设置在第二增益级，且高度隔离低频信号通路和高频信号通路以保证环路稳定。和传统电路相比，本发明减弱了多级放大电路中多个增益级跨导间的正比关系，从而在保持电路性能不变的前提下，降低电路功耗，可以应用在仪表放大器、滤波器、电源管理等多种电路中。运算放大器在实现高带宽、高增益、低噪声、低失调的同时，功耗更低。
附图说明
图1是现有技术的电路图。
图2是本发明的电路图。
具体实施方式
参见图2，
晶体管M1～M11构成折叠式共源共栅放大器，记为A11；
晶体管M15～M25构成折叠式共源共栅放大器(图1中的Q2和Q3部分)，记为A12，其中，M16和M17用于接收初始信号V1P和V1N，故称为第二级初始信号输入对管；
晶体管M12～M14和M18～M25构成折叠式共源共栅放大器(图1中的Q1 和Q3部分)，记为A2；在A2中，由于M13和M14的输入信号来自前级放大器 A11，故将M13和M14称为前级输入对管；
晶体管M26、M27构成共源放大器，记为A3；
所有输入对管工作在亚阈值区，使得输入对管在跨导一定前提下，偏置电流最小。
其中，A11、A2、A3构成三级放大电路，为低频信号通路；
A12、A3构成两级放大电路，为高频信号通路。
当信号频率较低时，低频信号通路占主导地位，以提供高开环增益。当信号频率较高时，高频信号通路占主导地位，以提供高带宽。当信号为中等频率时，高、低频信号通路同时起作用。
在现有技术中，低频信号通路需要两级密勒补偿(图1中电容CM、CM1)，且A11、A2、A3的输入对管跨导关系为：gm2,3<gm13,14<gm26,27。因为跨导与偏置电流正相关，运算放大器的失调电压和噪声与gm2,3成反比。为了减小失调电压和噪声，必须增大gm2,3，进而使整个运算放大器功耗等比例增加。
本发明可以通过减小晶体管M12、M13、M14的宽长比使前级输入对管的跨导gm13,14小于第二级初始信号输入对管gm16,17的1/10，将低频通路和高频通路进行隔离，电路仅使用一级密勒补偿，使得在增大跨导gm2,3时，gm13,14、gm26,27保持不变。从而在降低运算放大器的失调电压和噪声时，仅增加少量功耗。另外，在晶体管M4、M5的源端增加了电阻，可降低其等效跨导gm4,5，进一步降低失调电压和噪声。

Claims (2)

1.高性能双通路运算放大器，包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，所述第一级放大电路包括第一级初始信号输入对管，第二级放大电路包括前级输入对管和第二级初始信号输入对管，第一级放大电路包括两个电流源，其特征在于，前级输入对管的跨导小于第二级初始信号输入对管跨导的十分之一。
2.如权利要求1所述的高性能双通路运算放大器，其特征在于，第一级放大电路的电流源通过电阻接地。
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