高压轨到轨运算放大器的制作方法

本技术涉及电子电路，具体涉及一种高压轨到轨运算放大器。

背景技术：

1、随着电力电子系统向高电压、大功率方向快速发展，高压集成电路在工业控制、新能源转换及汽车电子等领域的应用需求呈现指数级增长。运算放大器作为模拟电路的核心构建模块，其性能直接决定了整个系统的动态范围与可靠性。但现有传统运算放大器输入信号的工作范围（也可称摆幅）通常仅为电源电压的60%-80%，难以满足高压域电路对输入信号全摆幅处理的需求。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种高压轨到轨运算放大器，能够实现对输入信号的全摆幅处理。

2、为达上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一种高压轨到轨运算放大器，包括：依次耦接的输入级电路、中间级电路和输出级电路，所述输入级电路、中间级电路和输出级电路均耦接于电源正电压端和电源负电压端之间，所述电源正电压端的电源电压为电源正值，所述电源负电压端的电源电压为电源负值；

4、所述输入级电路包括信号输入模块和电流补偿模块，所述信号输入模块用于接收输入信号，并生成输出电流输出给所述中间级电路，所述电流补偿模块用于在所述输入信号的实际值邻近电源正值或电源负值时，对所述信号输入模块的输出电流提供补偿电流；

5、所述中间级电路用于在所述输出电流作用下进行增益放大，输出中间电压给所述输出级电路，并将所述中间电压钳位至预设范围；

6、所述输出级电路用于在所述中间电压控制下，输出目标电压。

7、在一实施例中，所述信号输入模块包括：第一偏置单元、第二偏置单元、第一输入单元以及第二输入单元；

8、所述第一偏置单元耦接于所述第一输入单元与所述电源正电压端之间，用于作为第一电流源提供第一输入电流；

9、所述第二偏置单元耦接于所述第二输入单元与所述电源负电压端之间，用于作为第二电流源提供第二输入电流；

10、所述第一输入单元耦接于所述电流补偿模块，并基于所述第一输入电流以及所述电流补偿模块提供的第一补偿电流，向所述中间级电路输出第一输出电流；

11、所述第二输入单元耦接于所述电流补偿模块，并基于所述第二输入电流以及所述电流补偿模块提供的第二补偿电流，向所述中间级电路输出第二输出电流。

12、在一实施例中，所述第一输入单元包括第一p管以及第二p管，所述第二输入单元包括第一n管以及第二n管，所述第一偏置单元包括第三p管，所述第二偏置单元包括第三n管；

13、所述第一p管的栅端和所述第一n管的栅端耦接为第一信号输入端，所述第二p管的栅端和所述第二n管的栅端耦接为第二信号输入端；

14、所述第一p管的源端和所述第二p管的源端耦接至所述第三p管的漏端，所述第三p管的源端耦接所述电源正电压端，所述第三p管的栅端耦接p管工作电压，所述第一p管的漏端和所述第二p管的漏端分别耦接至所述中间级电路；

15、所述第一n管的源端和所述第二n管的源端耦接至所述第三n管的漏端，所述第三n管的源端耦接所述电源负电压端，所述第三n管的栅端耦接n管工作电压，所述第一n管的漏端和所述第二n管的漏端分别耦接至所述中间级电路。

16、在一实施例中，所述电流补偿模块包括：第一补偿单元和第二补偿单元；

17、所述第一补偿单元与所述第一输入单元耦接，用于在所述输入信号的实际值邻近电源负值时，对所述第一输入单元提供所述第一补偿电流进行电流补偿；

18、所述第二补偿单元与所述第二输入单元耦接，用于在所述输入信号的实际值邻近电源正值时，对所述第二输入单元提供所述第二补偿电流进行电流补偿。

19、在一实施例中，所述第一补偿单元包括第四p管、第五p管和第六n管，所述第二补偿单元包括第六p管、第四n管以及第五n管；

20、所述第四p管的源端和所述第五p管的源端耦接至所述电源正电压端，所述第四p管的栅端和所述第五p管的栅端耦接至所述第四p管的漏端，所述第五p管的漏端耦接所述第一偏置单元和所述第一输入单元的耦接点，所述第四p管的漏端耦接至所述第六n管的漏端，所述第六n管的源端耦接所述第二偏置单元和所述第二输入单元的耦接点，所述第六n管的栅端耦接n管工作电压；

21、所述第四n管的源端和所述第五n管的源端耦接至所述电源负电压端，所述第四n管的栅端和所述第五n管的栅端耦接至所述第四n管的漏端，所述第五n管的漏端耦接所述第二偏置单元和所述第二输入单元的耦接点，所述第四n管的漏端耦接至所述第六p管的漏端，所述第六p管的源端耦接所述第一偏置单元和所述第一输入单元的耦接点，所述第六p管的栅端耦接p管工作电压。

22、在一实施例中，所述中间级电路包括增益放大单元以及耦接的电压钳位结构；

23、所述增益放大单元用于在所述输入级电路提供的输出电流作用下进行增益放大，输出中间电压；

24、所述电压钳位结构用于将所述增益放大单元输出的中间电压钳位至预设范围。

25、在一实施例中，所述增益放大单元包括第七p管、第八p管、第十p管、第十一p管、第七n管、第八n管、第十n管、第十一n管、第一电阻、第二电阻；所述电压钳位结构包括第九p管、第十二p管、第九n管以及第十二n管；

26、所述第七p管、所述第十p管的源端耦接所述电源正电压端，所述第八p管的源端耦接所述第七p管的漏端，所述第九p管的源端耦接所述第八p管的漏端，所述第九p管的漏端耦接所述第一电阻的第一端，所述第十一p管的源端耦接所述第十p管的漏端，所述第十二p管的源端耦接所述第十一p管的漏端，所述第十二p管的漏端耦接所述第二电阻的第一端，所述第七p管的栅端和所述第十p管的栅端耦接至所述第八p管的漏端，所述第八p管的栅端和所述第十一p管的栅端耦接所述p管工作电压，所述第九p管的栅端和所述第十二p管的栅端耦接p管钳位控制电压，所述第七p管的漏端和所述第十p管的漏端还耦接所述信号输入模块的输出端；

27、所述第七n管、所述第十n管的源端耦接所述电源负电压端，所述第八n管的源端耦接所述第七n管的漏端，所述第九n管的源端耦接所述第八n管的漏端，所述第九n管的漏端耦接所述第一电阻的第二端，所述第十一n管的源端耦接所述第十n管的漏端，所述第十二n管的源端耦接所述第十一n管的漏端，所述第十二n管的漏端耦接所述第二电阻的第二端，所述第七n管的栅端和所述第十n管的栅端耦接至所述第八n管的漏端，所述第八n管的栅端和所述第十一n管的栅端耦接所述n管工作电压，所述第九n管的栅端和所述第十二n管的栅端耦接n管钳位控制电压，所述第七n管的漏端和所述第十n管的漏端还耦接所述信号输入模块的输出端；所述第十一p管的漏端和所述第十一n管的漏端分别作为所述中间级电路的第一输出端和第二输出端，以耦接至所述输出级电路。

28、在一实施例中，所述输出级电路包括：第十三p管、第十三n管；

29、所述第十三p管的源端耦接所述电源正电压端，所述第十三n管的源端耦接所述电源负电压端，所述第十三p管的栅端和所述第十三n管的栅端分别耦接所述中间级电路的输出端，所述第十三p管的漏端和所述第十三n管的漏端耦接为信号输出端。

30、在一实施例中，所述高压轨到轨运算放大器还包括：耦接于所述中间级电路与输出级电路之间的补偿电容电路，所述补偿电容电路包括第一电容和第二电容；

31、所述第一电容和所述第二电容的一端分别耦接所述中间级电路，所述第一电容和所述第二电容的另一端耦接至所述输出级电路的输出端。

32、在一实施例中，所述高压轨到轨运算放大器还包括：第十四p管、第十五p管、第十四n管、第十五n管和电流源；

33、所述第十四p管的源端耦接所述电源正电压端，所述第十四p管的栅端耦接所述第十四p管的漏端，所述第十四p管的漏端耦接所述第十五p管的源端，所述第十五p管的栅端耦接所述第十五p管的漏端，所述第十五p管的漏端耦接所述电流源的第一端；

34、所述第十四n管的源端耦接所述电源负电压端，所述第十四n管的栅端耦接所述第十四n管的漏端，所述第十四n管的漏端耦接所述第十五n管的源端，所述第十五n管的栅端耦接所述第十五n管的漏端，所述第十五n管的漏端耦接所述电流源的第二端；

35、所述第十五p管的漏端输出p管钳位控制电压，所述第十五n管的漏端输出n管钳位控制电压。

36、与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益效果：

37、本技术高压轨到轨运算放大器，输入级电路中设有电流补偿模块，在输入信号的实际值邻近电源正值或电源负值时对输入级电路输出给中间级电路的输出电流进行补偿，输入级电路的跨导可以保持恒定，所以整个电源电压的全部范围均可以作为输入信号的工作范围，本技术可以实现完全的轨到轨，可以对输入信号全摆幅处理，实现全摆幅工作。

38、本技术高压轨到轨运算放大器，中间级电路设有电压钳位结构，使中间级电路输出给输出级电路的中间电压钳位在预设范围，可以避免输出级电路的损坏。

39、本技术高压轨到轨运算放大器，中间级电路与输出级电路之间设有补偿电容电路，利用‌密勒效应，使得在环路增益幅频相频仿真图中出现次极点，如果没有补偿电容电路则只有主极点，本技术通过主极点和次极点的配合可以扩大相位裕度，从而增强系统稳定性。