一種寬帶軌對軌運算放大器設(shè)計

　　非恒定跨導(dǎo)是軌對軌運放中存在的主要問題之一，實現(xiàn)恒跨導(dǎo)的方法有多種。其中電平移位法需要及時調(diào)整，具有電路不穩(wěn)定的缺點。齊納二極管恒壓法可以節(jié)約芯片面積，降低功耗，但對跨導(dǎo)控制不是很理想。最大電流選擇法的電路設(shè)計比較復(fù)雜。本文采用電流鏡改變互補差分對管的尾電流來實現(xiàn)恒跨導(dǎo)。

　　通過電流鏡改變互補差分對管的尾電流來使跨導(dǎo)恒定。基于式(2)，式(3)，可采用3倍電流鏡和電流開關(guān)使2個差分對管單獨工作時的電流為原來單獨導(dǎo)通時的4倍，這樣整個輸入級的跨導(dǎo)就可以保持恒定。通過給開關(guān)管加固定偏壓來控制輸入差分對管尾電流的變化，進行偏壓選取，使尾電流的變化和輸入電壓同步變化。

　　運算放大器整個電路組成如圖2所示，在輸入級中，PMOS差分對M1，M2和NMOS差分對M3，M4組成互補差分對，2個開關(guān)管M5，M8分別控制3倍電流鏡M6，M7和M9，M10產(chǎn)生4倍尾電流，控制電路的輸入差分對管尾電流。MOS管M51，M52，M53以及電壓源VB1，VB2，電流源IB1組成偏置電路，給M5提供所需電壓。當(dāng)Vcm接近于Vss時，M1，M2，M3導(dǎo)通，M5截止，則尾電流經(jīng)開關(guān)管M8和3倍電流鏡M9，M10給PMOS差分對提供4倍尾電流;當(dāng)Vcm接近于Vdd時，M3，M4，M5導(dǎo)通，M8截止，則尾電流經(jīng)開關(guān)管M5和3倍電流鏡M6，M7給PMOS差分對提供4倍尾電流;當(dāng)Vcm處于中間狀態(tài)時，開關(guān)管M5，M8均截止，此時僅MOS管MA，MB作為電流源提供尾電流。從而，可以得到恒定的跨導(dǎo)。

　　2 輸出級

　　2.1 AB類輸出級

　　運算放大器的輸出級可在允許失真范圍內(nèi)將功率傳輸給負載，對高性能運放來講，要求輸出級可以向負載傳輸正、負雙向電流，提供盡可能大的輸出電壓擺幅，同時要求擁有高的效率、小的失真及良好的頻率特性。因此，為了最大效率地利用電源，輸出級必須具有大的輸出擺幅和盡可能小的靜態(tài)電流。為此可采用AB類的輸出級。

　　AB類輸出級結(jié)合了A類和B類優(yōu)點，在靜態(tài)功耗及輸出電流方面做出了折衷，大大減小了交越失真，同時實現(xiàn)了較大的輸出電流。為了減少芯片面積，可將AB類驅(qū)動電路放入折疊共源共柵求和電路中去，由于浮動AB類控制器可以產(chǎn)生有別于供電電壓的靜態(tài)電流，在輸出級中采用疊接二極管電路，可以對AB類控制器產(chǎn)生柵壓偏置。如圖2所示。浮動電流源M21，M22對于折疊共源共柵電流求和電路和AB類控制器產(chǎn)生偏置，其與圖3所示的AB類驅(qū)動電路中M19，M20有著相同的結(jié)構(gòu)，這樣，輸出管M27，M28的靜態(tài)電流不會受到輸入共模電壓的影響。

　　由于MOS晶體管的柵源電壓的限制，為了獲得軌對軌的輸出范圍，在輸出級使用共源級的晶體管是必須的。圖3所示的為該運算放大器的AB類輸出級，M21，M22，IB5和M28，M24，IB8分別提供晶體管M20，M19的柵極偏置電壓。M25，M26的靜態(tài)電流分別由M21，M22，M20，IB7，IB6，IB5和M23，M24，M19，IB7，IB6，IB8確定;輸出級工作時M25，M26的柵極電壓差是穩(wěn)定的，并以此來保證該輸出級為AB類輸出級。該輸出級的缺點是輸出管M25，M26的靜態(tài)電流會受到輸入共模電壓的影響。圖2中采用MOS管M31～M35，M26，M27組成的偏置電路來提供電路所需電流。