CN115085678A - 一种减小系统失调的放大器 - Google Patents
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Abstract
一种减小系统失调的放大器，通过在电流镜做负载的五管放大器电路基础上增加由第四NMOS管Mn4和第五NMOS管Mn5构成的钳位电路，Mn4和Mn5的钳位作用能够使得放大器中NMOS差分对的第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn2漏源电压均在放大器的正常工作范围内保持相等，当输出电压Vout变化时，Mn1和Mn2的漏源电压跟随变化且可以保持相等，从而减小Mn1和Mn2的系统失调。
Description
技术领域
本发明涉及放大器技术，特别是一种减小系统失调的放大器，通过在电流镜做负载的五管放大器电路基础上增加由第四NMOS管Mn4和第五NMOS管Mn5构成的钳位电路，Mn4和Mn5的钳位作用能够使得放大器中NMOS差分对的第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn2漏源电压均在放大器的正常工作范围内保持相等，当输出电压Vout变化时，Mn1和Mn2的漏源电压跟随变化且可以保持相等，从而减小Mn1和Mn2的系统失调。
背景技术
电流镜做负载的五管放大器的输出电压变化时，负输入端MOS的Vds(漏源电压)会随输出变化，正输入端MOS的Vds几乎不变。这样输入差分对的系统失调会比较大，而且还会随输出电压的变化而改变。例如图2，图2是现有技术中五管放大器电路示意图。图2中包括栅极互连的第一PMOS管Mp1和第二PMOS管Mp2，Mp1的源极和Mp2的源极分别连接电源电压端VDD，Mp2的漏极分别连接输出电压端Vout和第二NMOS管Mn2的漏极，Mn2的栅极连接负向输入电压端Vin-，Mp1栅漏互连后连接第一NMOS管Mn1的漏极，Mn1的栅极连接正向输入电压端Vin+，Mn1的源极和Mn2的源极均连接第三NMOS管Mn3的漏极，Mn3的栅极连接第一偏置电压端Vbn，Mn3的源极接地。如图2所示的传统五管放大器电路，其中Mn1、Mn2构成NMOS差分对，Mp1、Mp2构成PMOS电流镜负载，Mn3作为差分对的尾电流。当输入共模电压确定时，由于Mp1是二极管连接方法，Mp1的漏极电压在放大器正常工作范围内几乎不变，使得Mn1的漏源电压Vds保持不变，但是Mp2、Mn2的漏极作为放大器的输出端，Mn2的漏源电压Vds会随输出电压的变化而改变。这造成了输入差分对Mn1、Mn2的系统失调比较大且随输出电压的变化而改变。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种减小系统失调的放大器，通过在电流镜做负载的五管放大器电路基础上增加由第四NMOS管Mn4和第五NMOS管Mn5构成的钳位电路，Mn4和Mn5的钳位作用能够使得放大器中NMOS差分对的第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn2漏源电压均在放大器的正常工作范围内保持相等，当输出电压Vout变化时，Mn1和Mn2的漏源电压跟随变化且可以保持相等，从而减小Mn1和Mn2的系统失调。
本发明的技术解决方案如下：
一种减小系统失调的放大器，其特征在于，包括设置在电流镜负载与NMOS差分对之间的钳位电路，所述钳位电路的钳位作用使得所述NMOS差分对的第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn2漏源电压均在放大器的正常工作范围内保持相等，当输出电压Vout变化时，Mn1和Mn2的漏源电压跟随变化且保持相等，从而减小Mn1和Mn2的系统失调。
所述钳位电路包括栅极互连的第四NMOS管Mn4和第五NMOS管Mn5，Mn5的源极分别连接输出电压端Vout和Mn2的漏极，Mn2和Mn1源极互连后通过尾电流源MOS管接地，Mn4的源极连接Mn1的漏极，Mn1的栅极连接正向输入电压端Vin+，Mn2的栅极连接负向输入电压端Vin-，Mn5栅漏互连，Mn4的漏极和Mn5的漏极分别通过所述电流镜连接电源电压端VDD。
所述尾电流源MOS管为第三NMOS管Mn3，Mn3的漏极连接Mn1的源极，Mn3的源极接地，Mn3的栅极连接第一偏置电压端Vbn。
所述电流镜包括栅极互连的第一PMOS管Mp1和第二PMOS管Mp2，Mp1的源极和Mp2的源极分别连接电源电压端VDD，Mp1栅漏互连后连接Mn4的漏极，Mp2的漏极连接Mn5的漏极。
包括摆幅恢复电路，所述摆幅恢复电路包括第三PMOS管Mp3，Mp3的漏极连接Mn5的源极，Mp3的源极连接Mn5的漏极，Mp3的栅极连接第二偏置电压端Vbp。
包括瞬态响应加快电路，所述瞬态响应加快电路包括第四PMOS管Mp4，Mp4的源极连接电源电压端VDD，Mp4的漏极连接输出电压端Vout，Mp4的栅极连接Mp2的栅极。
本发明的技术效果如下：本发明一种减小系统失调的放大器，在传统电路的基础上做了改进，增加一个钳位电路使得输入差分对的Vds近似相等，增加一个摆幅恢复电路可以达到传统电路的摆幅水平，增加一个瞬态响应加快电路有利于使电路的瞬态响应加快。
本发明相比于现有技术的优势在于：电路结构简单，构思巧妙，输入差分对的系统失调小。
附图说明
图1是实施本发明一种减小系统失调的放大器电路原理示意图。
图2是现有技术中五管放大器电路示意图。
图3是在五管放大器电路基础上增加钳位电路以减小系统失调的放大器电路示意图。
图4是在图3基础上增加摆幅恢复电路的放大器电路示意图。
附图标记列示如下：VDD-电源电压端；Mn1～Mn5-第一NMOS管至第五NMOS管；Mp1～Mp4-第一PMOS管至第四PMOS管；Vin+-正向输入电压端；Vin--负向输入电压端；Vout-输出电压端；Vbn-第一偏置电压端；Vbp-第二偏置电压端。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图4)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种减小系统失调的放大器电路原理示意图。图2是现有技术中五管放大器电路示意图。图3是在五管放大器电路基础上增加钳位电路以减小系统失调的放大器电路示意图。图4是在图3基础上增加摆幅恢复电路的放大器电路示意图。参考图1至图4所示，一种减小系统失调的放大器，包括设置在电流镜负载与NMOS差分对之间的钳位电路，所述钳位电路的钳位作用使得所述NMOS差分对的第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn2漏源电压均在放大器的正常工作范围内保持相等，当输出电压Vout变化时，Mn1和Mn2的漏源电压跟随变化且保持相等，从而减小Mn1和Mn2的系统失调。
所述钳位电路包括栅极互连的第四NMOS管Mn4和第五NMOS管Mn5，Mn5的源极分别连接输出电压端Vout和Mn2的漏极，Mn2和Mn1源极互连后通过尾电流源MOS管接地，Mn4的源极连接Mn1的漏极，Mn1的栅极连接正向输入电压端Vin+，Mn2的栅极连接负向输入电压端Vin-，Mn5栅漏互连，Mn4的漏极和Mn5的漏极分别通过所述电流镜连接电源电压端VDD。所述尾电流源MOS管为第三NMOS管Mn3，Mn3的漏极连接Mn1的源极，Mn3的源极接地，Mn3的栅极连接第一偏置电压端Vbn。所述电流镜包括栅极互连的第一PMOS管Mp1和第二PMOS管Mp2，Mp1的源极和Mp2的源极分别连接电源电压端VDD，Mp1栅漏互连后连接Mn4的漏极，Mp2的漏极连接Mn5的漏极。包括摆幅恢复电路，所述摆幅恢复电路包括第三PMOS管Mp3，Mp3的漏极连接Mn5的源极，Mp3的源极连接Mn5的漏极，Mp3的栅极连接第二偏置电压端Vbp。包括瞬态响应加快电路，所述瞬态响应加快电路包括第四PMOS管Mp4，Mp4的源极连接电源电压端VDD，Mp4的漏极连接输出电压端Vout，Mp4的栅极连接Mp2的栅极。
电流镜做负载的五管放大器是最常用的放大器，当输出电压变化时，负输入端MOS的Vds会随输出变化，正输入端MOS的Vds几乎不变。这样输入差分对的系统失调会比较大，而且还会随输出电压的变化而改变。为此，本发明提出一种改进电路，在传统电路的基础上，增加一个钳位电路使得输入差分对的Vds近似相等，减小了输入差分对的系统失调。钳位电路会限制输出摆幅，为此增加了摆幅恢复电路使电路的输出摆幅和传统电路保持一致。
图3所示是本设计基于图2改进的放大器电路，在传统电路如图2的基础上增加Mn4、Mn5构成钳位电路。由于Mn4、Mn5的钳位作用，输入差分对Mn1、Mn2的漏源电压在放大器的正常工作范围内保持相等。输出电压变化时，Mn1、Mn2的漏源电压同时跟随变化并且可以保持相等。这样就可以减小Mn1、Mn2的系统失调。
图4所示是在图3的基础上增加摆幅恢复电路。由于增加了钳位电路，放大器的输出最大值为Vdd-Vgs-Vdsat(电源电压-栅源电压-漏端饱和电压)，而传统电路的输出最大值为Vdd-Vdsat。本设计通过增加Mp3来使输出摆幅恢复到传统放大器的水平。当输出电压高于Vdd-Vgs-Vdsat时，Mn5关闭，Mp3打开，Mp2的电流通过Mp3流向输出端，此时放大器的输出最大值也可接近Vdd-Vdsat。
对于图4中的电路，当输出电压略大于Vdd-Vgs-Vdsat时，电路会经过Mn5关闭和Mp3打开的一个过程，不利于电路的瞬态响应，在此基础上增加Mp4来加快电路瞬态响应，如图1所示。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (6)
1.一种减小系统失调的放大器，其特征在于，包括设置在电流镜负载与NMOS差分对之间的钳位电路，所述钳位电路的钳位作用使得所述NMOS差分对的第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn2漏源电压均在放大器的正常工作范围内保持相等，当输出电压Vout变化时，Mn1和Mn2的漏源电压跟随变化且保持相等，从而减小Mn1和Mn2的系统失调。
2.根据权利要求1所述的减小系统失调的放大器，其特征在于，所述钳位电路包括栅极互连的第四NMOS管Mn4和第五NMOS管Mn5，Mn5的源极分别连接输出电压端Vout和Mn2的漏极，Mn2和Mn1源极互连后通过尾电流源MOS管接地，Mn4的源极连接Mn1的漏极，Mn1的栅极连接正向输入电压端Vin+，Mn2的栅极连接负向输入电压端Vin-，Mn5栅漏互连，Mn4的漏极和Mn5的漏极分别通过所述电流镜连接电源电压端VDD。
3.根据权利要求2所述的减小系统失调的放大器，其特征在于，所述尾电流源MOS管为第三NMOS管Mn3，Mn3的漏极连接Mn1的源极，Mn3的源极接地，Mn3的栅极连接第一偏置电压端Vbn。
4.根据权利要求2所述的减小系统失调的放大器，其特征在于，所述电流镜包括栅极互连的第一PMOS管Mp1和第二PMOS管Mp2，Mp1的源极和Mp2的源极分别连接电源电压端VDD，Mp1栅漏互连后连接Mn4的漏极，Mp2的漏极连接Mn5的漏极。
5.根据权利要求2所述的减小系统失调的放大器，其特征在于，包括摆幅恢复电路，所述摆幅恢复电路包括第三PMOS管Mp3，Mp3的漏极连接Mn5的源极，Mp3的源极连接Mn5的漏极，Mp3的栅极连接第二偏置电压端Vbp。
6.根据权利要求2所述的减小系统失调的放大器，其特征在于，包括瞬态响应加快电路，所述瞬态响应加快电路包括第四PMOS管Mp4，Mp4的源极连接电源电压端VDD，Mp4的漏极连接输出电压端Vout，Mp4的栅极连接Mp2的栅极。
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