一種恒跨導(dǎo)CMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
1．2 輸入級(jí)的設(shè)計(jì)
非恒定跨導(dǎo)是軌對(duì)軌運(yùn)放中存在的主要問(wèn)題之一，實(shí)現(xiàn)恒跨導(dǎo)的方法有多種。其中電平移位法需要及時(shí)調(diào)整，具有電路不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。齊納二極管恒壓法可以節(jié)約芯片面積，降低功耗，但對(duì)跨導(dǎo)控制不是很理想。最大電流選擇法的電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。本文采用電流鏡改變互補(bǔ)差分對(duì)管的尾電流來(lái)實(shí)現(xiàn)恒跨導(dǎo)。
通過(guò)電流鏡改變互補(bǔ)差分對(duì)管的尾電流來(lái)使跨導(dǎo)恒定?；谑?2)，式(3)，可采用3倍電流鏡和電流開關(guān)使2個(gè)差分對(duì)管單獨(dú)工作時(shí)的電流為原來(lái)單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)的4倍，這樣整個(gè)輸入級(jí)的跨導(dǎo)就可以保持恒定。通過(guò)給開關(guān)管加固定偏壓來(lái)控制輸入差分對(duì)管尾電流的變化，進(jìn)行偏壓選取，使尾電流的變化和輸入電壓同步變化。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/187512.htm
運(yùn)算放大器整個(gè)電路組成如圖2所示，在輸入級(jí)中，PMOS差分對(duì)M1，M2和NMOS差分對(duì)M3，M4組成互補(bǔ)差分對(duì)，2個(gè)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(duì)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(shí)，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(duì)提供4倍尾電流；當(dāng)Vcm接近于Vdd時(shí)，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(duì)提供4倍尾電流；當(dāng)Vcm處于中間狀態(tài)時(shí)，開關(guān)管M5，M8均截止，此時(shí)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(jí)
2．1 AB類輸出級(jí)
運(yùn)算放大器的輸出級(jí)可在允許失真范圍內(nèi)將功率傳輸給負(fù)載，對(duì)高性能運(yùn)放來(lái)講，要求輸出級(jí)可以向負(fù)載傳輸正、負(fù)雙向電流，提供盡可能大的輸出電壓擺幅，同時(shí)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(jí)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(jí)。
AB類輸出級(jí)結(jié)合了A類和B類優(yōu)點(diǎn)，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(shí)實(shí)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(dòng)電路放入折疊共源共柵求和電路中去，由于浮動(dòng)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(jí)中采用疊接二極管電路，可以對(duì)AB類控制器產(chǎn)生柵壓偏置。如圖2所示。浮動(dòng)電流源M21，M22對(duì)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(dòng)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(huì)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(duì)軌的輸出范圍，在輸出級(jí)使用共源級(jí)的晶體管是必須的。圖3所示的為該運(yùn)算放大器的AB類輸出級(jí)，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(jí)工作時(shí)M25，M26的柵極電壓差是穩(wěn)定的，并以此來(lái)保證該輸出級(jí)為AB類輸出級(jí)。該輸出級(jí)的缺點(diǎn)是輸出管M25，M26的靜態(tài)電流會(huì)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(lái)提供電路所需電流。
評(píng)論