CN1619947A

CN1619947A - 宽线性动态范围连续共模反馈电路结构

Info

Publication number: CN1619947A
Application number: CN 200310116353
Authority: CN
Inventors: 金湘亮; 陈杰; 仇玉林
Original assignee: MICROELECTRONIC CT CHINESE ACA
Current assignee: MICROELECTRONIC CT CHINESE ACA
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-05-25

Abstract

一种宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，包括：晶体管M9、M10和M11的源极与节点1相连，晶体管M9、M10和M11的栅极相连于节点2；晶体管M1和M4的栅极分别接运算放大器的输出端7和5，晶体管M1和M4的漏极与节点2相连；晶体管M2和M3的栅极相连于节点6，晶体管M2和M3的漏极相连于节点4；晶体管M5、M6、M7和M8的栅极相连于节点12，晶体管M5、M6、M7和M8的漏极分别与节点8、9、10和11相连；晶体管M12和M13的漏极分别与节点13和14相连，节点16和17与地相连；电容C的两端与节点4和6相连，晶体管M14的源极与6相连，晶体管M14的栅极与节点18相连，节点18与地相连，晶体管M14的漏极与节点3相连。

Description

宽线性动态范围连续共模反馈电路结构

技术领域

本发明属于微电子学与固体电子学领域的超大规模集成电路设计，是一种新型的宽线性动态范围连续共模反馈电路结构。

背景技术

全差动放大器电路对于单管放大器相比具有很多优点，一个重要的优势是全差动放大器电路对环境噪声、电源电压噪声具有很强的抗干扰能力；另外差动电路的偏置电路简单，能得到最大的输出摆幅。除了具有更大的输出摆幅，差动运放还避免了镜像极点，因此达到了很高的闭环速度，然而，由于差分对输入管的不匹配的非理想因素引起的电压变化将引起很大的共模输出电压的变化。研究表明，在高增益放大器中，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，必须增加共模反馈网络来检测二个输出端的共模电平，同一个参考电平比较，将比较误差送回放大器的偏置网络。因此高增益差动电路要求共模反馈电路。

共模反馈电路通常用来稳定全差分模拟电路的共模电压。两个差分输出电压的平均电压与共模参考电压相比较产生的差分电流反馈调整共模电压。通常有三种技术：

1)开关电容共模反馈电路；

2)利用MOSFET作为可变电阻的检测技术；

3)电阻检测平均共模反馈电路。

由于遭受时钟反馈噪声，开关电容共模反馈电路一般用在时钟采样的电路中。一些要求连续信号工作的应用，如许多模拟电路的前端输入用到的抗混叠滤波器，高速工作的连续过采样模数转换器等，运算放大器的共模反馈电路必须用连续工作方式的共模反馈电路。利用MOSFET作为可变电阻的检测方法的优点是有效降低了芯片面积，但由于差分对的非线性和输入范围的有限，其线性动态范围受到很大的制约，一般用在小电压摆幅的情况下。电阻检测平均共模反馈电路使用电阻检测两路输出差分平均电压，并与参考共模反馈电压比较，这种技术的优点是动态范围宽，但要求电阻比运放的输出阻抗大很多，所占的硅片面积很大，不利于集成，另外将使输出的负载增大降低了增益。

针对这种情况，发明一种新型的宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，发明的共模反馈电路结合了利用MOSFET作为可变电阻的检测技术和利用电阻检测平均共模电压的优点，克服了两者的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，连续共模反馈电路结合了利用MOSFET作为可变电阻的检测技术和利用电阻检测平均共模电压的优点，克服了两者的缺点。通过引入负反馈晶体管对输入管的漏极电流与过驱动电压之间的平方关系引入额外的非线性来“软化”器件的承受能力。随着差分放大器的输出共模电压的增大，共模反馈电路中的检测共模电压的输入晶体管栅极电压也增大，流过它们的电流随之也增大，从而负反馈晶体管上漏源极上的压降也增大，也就是说输入电压的一部分降落在负反馈晶体管上，而不是作为检测共模电压的输入晶体管栅源的过驱动电压，因此导致检测共模电压的输入晶体管的漏极电流的变化变得平滑，从而增大了检测共模电压的输入晶体管栅极的输入共模电压范围，抑制了电路的非线性。

本发明一种宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，其特征在于，其中包括：

晶体管M9、M10和M11的源极与节点1相连，节点1与电源相连，晶体管M9、M10和M11的栅极相连于节点2，晶体管M9和M11的漏极分别与栅极相连于节点2，晶体管M10的漏极与节点2相连；晶体管M1和M4的栅极分别接运算放大器的输出端7和5，晶体管M1和M4的漏极与节点2相连，晶体管M1和M4的源极分别与节点8和11相连；晶体管M2和M3的栅极相连于节点6，晶体管M2和M3的漏极相连于节点4，晶体管M2和M3的源极分别与节点9和10相连；晶体管M5、M6、M7和M8的栅极相连于节点12，晶体管M5、M6、M7和M8的漏极分别与节点8、9、10和11相连，晶体管M5和M6的源极相连于节点13，晶体管M7和M8的源极相连于节点14；晶体管M12和M13的栅极相连于节点15，晶体管M12和M13的漏极分别与节点13和14相连，晶体管M12和M13的源极分别与节点16和17相连，节点16和17与地相连；电容C的两端与节点4和6相连，晶体管M14的源极与6相连，晶体管M14的栅极与节点18相连，节点18与地相连，晶体管M14的漏极与节点3相连；

通过引入负反馈晶体管对输入管分担一部分差分放大器的输出共模电压，从而增大了检测共模电压的输入晶体管栅极的输入共模电压范围，抑制了电路的非线性。

其中晶体管M1、M2、M3和M4为N型MOS晶体管构成输入端，其中两个与运算放大器的输出相连，另外两个晶体管与共模参考电平相连。

其中晶体管M5、M6、M7和M8为四个负反馈晶体管用N型MOS晶体管构成来提高电路的线性度。

其中晶体管M9、M10和M11为电流源负载用三个P型MOS管。

其中晶体管M16、M17为电流沉，用两个N型MOS管构成提供整个电路的工作电流。

其中晶体管M14为P型MOS晶体管，其和一个电容C构成频率补偿，保持系统的稳定性。

附图说明

为进一步说明本发明的技术特征，以下结合实施例及附图对本发明作一详细的描述，其中：

图1是宽线性动态范围连续共模反馈电路结构。

具体实施方式

参阅图1，图1是宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，本发明一种新型连续共模反馈电路结构，该种结构具有宽线性动态范围的优点，其中包括：输入检测晶体管M1、M2、M3和M4，M1和M4的栅极接全差分放大器的输出端，M2和M3的栅极接共模参考电平；M5、M6、M7和M8作为负反馈晶体管；M9、M10和M11作为有源负载晶体管；M12和M13作为电流沉提供整个共模反馈电路的工作电流；M14和电容C作为频率补偿，稳定电路的工作；M9、M10、M11和M14为P型MOSFET管，其余均为N型MOSFET管。

整个宽线性动态范围连续共模反馈电路的连接关系为：晶体管M9、M10和M11的源极与节点1相连，1与电源相连，晶体管M9、M10和M11的栅极相连于节点2，晶体管M9和M11的漏极分别与栅极相连于节点2，晶体管M10的漏极与节点￥相连；晶体管M1和M4的栅极分别接运算放大器的输出端7和5，晶体管M1和M4的漏极与节点2相连，晶体管M1和M4的源极分别与节点8和11相连；晶体管M2和M3的栅极相连于节点6，晶体管M2和M3的漏极相连于节点4，晶体管M2和M3的源极分别与节点9和10相连；晶体管M5、M6、M7和M8的栅极相连于节点12，晶体管M5、M6、M7和M8的漏极分别与节点8、9、10和11相连，晶体管M5和M6的源极相连于节点13，晶体管M7和M8的源极相连于节点14；晶体管M12和M13的栅极相连于节点15，晶体管M12和M13的漏极分别与节点13和14相连，晶体管M12和M13的源极分别与节点16和17相连，节点16和17与地相连；电容C的两端与节点4和6相连，晶体管M14的源极与6相连，晶体管M14的栅极与节点18相连，节点18与地相连，晶体管M14的漏极与节点3相连。本发明的工作过程为：

晶体管M1和M4检测二个输出端的共模电平，晶体管M2和M3引入共模参考电平进行比较，将比较误差从节点4送回放大器的偏置网络。随着差分放大器的输出共模电压的增大，即M1与M4的栅极5和7的电压增大，流过M1与M4的电流也增大，晶体管M5和M8上的压降也增大，也就是说输入电压的一部分降落在晶体管M5和M8上，而不是作为M1与M4的栅源过驱动电压，因此导致M1与M4漏极电流的变化变得平滑，从而增大了输入的共模电压的范围，抑制了电路的非线性。M14和电容C用来作为频率补偿，保持系统的稳定性。

Claims

1、一种宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，其特征在于，其中包括：

2、根据权利要求1所述的宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，其特征在于，其中晶体管M1、M2、M3和M4为N型MOS晶体管构成输入端，其中两个与运算放大器的输出相连，另外两个晶体管与共模参考电平相连。

3、根据权利要求1所述的宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，其特征在于，其中晶体管M5、M6、M7和M8为四个负反馈晶体管用N型MOS晶体管构成来提高电路的线性度。

4、根据权利要求1所述的宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，其特征在于，其中晶体管M9、M10和M11为电流源负载用三个P型MOS管。

5、根据权利要求1所述的宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，其特征在于，其中晶体管M16、M17为电流沉，用两个N型MOS管构成提供整个电路的工作电流。

6、根据权利要求1所述的宽线性动态范围连续共模反馈电路结构，其特征在于，其中晶体管M14为P型MOS晶体管，其和一个电容C构成频率补偿，保持系统的稳定性。