一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器的制作方法

本发明涉及集成电路设计，特别涉及一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器。

背景技术：

1、高压运算放大器广泛应用于工业控制、功率驱动、汽车电子、传感器接口及高压信号调理等场合。为了充分利用高压电源所提供的动态范围，运算放大器需要在输入共模电压接近两端电源轨时保持正常工作，并要求输出端能够接近两端电源轨，同时还需要在大信号条件下快速完成内部节点和负载电容的充放电。

2、传统单一差分输入级难以覆盖轨对轨输入共模范围，互补输入对结构又容易在p型mos输入对和n型mos输入对的交接区产生跨导变化；传统跨导线性环式class ab结构的动态电流能力有限，高压器件较大的寄生电容会进一步降低压摆率；传统共漏级class ab输出还存在阈值电压压降，限制输出摆幅。因此，需要一种兼具轨对轨输入输出、跨导补偿和高动态电流能力的高压运算放大器。

技术实现思路

1、本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器。

2、本发明的目的采用如下技术方案实现：

3、本发明提供一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器，包括：自偏置电流源、classab p型mos输入级、class ab n型mos输入级、三倍电流镜和共源级输出；

4、所述自偏置电流源向各class ab p型mos输入级、class ab n型mos输入级提供偏置信号；

5、所述class ab p型mos输入级与所述class ab n型mos输入级互补设置，共同接收差分输入信号；

6、所述class ab p型mos输入级和所述class ab n型mos输入级均采用交叉耦合结构构建class ab输入；

7、所述三倍电流镜连接于所述class ab p型mos输入级和所述class ab n型mos输入级的输出端；

8、所述共源级输出连接所述三倍电流镜的输出端。

9、进一步地：所述自偏置电流源包括：p型mos晶体管mp8、mp14以及电阻r1、r3；mp8的源极和r1的一端连接正电源轨，r1的另一端与mp8的栅极以及mp14的源极连接，mp8的漏极与mp14的栅极连接，mp14的漏极作为上侧偏置信号输出节点；r3的一端连接mp8的漏极与mp14的栅极、另一端连接地。

10、进一步地：所述class ab p型mos输入级包括p型mos晶体管mp21、mp24、mp25、mp26，以及n型mos晶体管nm9、nm10、nm11、nm12；

11、mp21和mp26栅极连接至反向输入端vin-，mp24和mp25的栅极连接至同相输入端vin+，构成运算放大器的p型mos输入级对管；

12、mp21的源极连接至mn11的源极，mp24的源极连接至mn9的源极，mp25的源极连接至mn12的源极，mp26的源极连接至mn10的源极，mn9的栅极和漏极与mn10的栅极连接，mn11的栅极和漏极与mn12的栅极连接，构成交叉耦合结构；

13、mp21和mp24的漏极接地，mn6和mn7的漏极作为差分电流的输出端口。

14、进一步地：所述class ab n型mos输入级包括p型mos晶体管mp15、mp16、mp18、mp19，以及n型mos晶体管nm2、nm5、nm6、nm7

15、mn5和mn6栅极连接至反向输入端vin-，mn2和mn7的栅极连接至同相输入端vin+，构成运算放大器的n型mos输入级对管；

16、mn2的源极连接至mp15的源极，mn5的源极连接至mp18的源极，mn6的源极连接至mp16的源极，mn7的源极连接至mp19的源极，mp15的栅极和漏极与mp16的栅极连接，mp18的栅极和漏极与mp19的栅极连接，构成交叉耦合结构；

17、mn2和mn5的漏极接地，mn6和mn7的漏极作为差分电流的输出端口。

18、进一步地：所述三倍电流镜包括上侧p型mos三倍电流镜和下侧n型mos三倍电流镜；

19、所述上侧p型mos三倍电流镜包括mp1-mp2、mp9-mp13、mn1、mn3-mn4、mn8，mp1的栅极和漏极以及mp9的源极连接mp2的栅极，mp9的栅极和漏极连接至mp10的栅极，mp2的漏极和mp10的源极连接，mp1和mp2的源极均接电源；

20、所述下侧n型mos三倍电流镜包括mp17、mp20、mp22-mp23、mn13-mn21；mn19的栅极和漏极以及mn13的源极连接mn20和mn21的栅极，mn13的栅极和漏极连接至mn14和mn15的栅极，mn20的漏极和mn14的源极连接，mn21和mn15的漏极和mn14的源极连接，mn19-mn21的源极均接地。

21、进一步地：所述共源级输出包括p型mos晶体管mp7、n型mos晶体管mn26、电阻r2、r4以及电容c1、c2；

22、mp7的源极连接正电源轨，r2的一端连接mp7的栅极，r2的另一端与c1的一端连接，c1的另一端与mp7的漏极连接；

23、r2的一端以及mp7的栅极连接上拉驱动电流镜，r4的一端以及mn26的栅极连接下拉驱动电流镜；

24、mp7的漏极与mn26的漏极连接并形成输出端vo。

25、综上所述，本发明的有益效果为：

26、1.p型mos输入级和n型mos输入级共同实现轨对轨输入，覆盖轨对轨输入共模范围；

27、2.三倍电流镜在一组输入对管因共模电压变化而截止时启动跨导补偿，抑制输入共模电压对运放整体跨导的影响，减小互补输入级交接区的跨导变化；

28、3.交叉耦合class ab结构相较传统跨导线性环式class ab结构能够提供更大的动态电流和更高的压摆率；

29、4.共源级输出避免共漏级输出的阈值电压损失，实现更大的输出摆幅，输出高、低电平分别能够接近正电源轨和地。

1.一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器，其特征在于，包括：自偏置电流源、classab p型mos输入级、class ab n型mos输入级、三倍电流镜和共源级输出；

2.根据权利要求1所述的一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器，其特征在于，所述自偏置电流源包括：p型mos晶体管mp8、mp14以及电阻r1、r3；mp8的源极和r1的一端连接正电源轨，r1的另一端与mp8的栅极以及mp14的源极连接，mp8的漏极与mp14的栅极连接，mp14的漏极作为上侧偏置信号输出节点；r3的一端连接mp8的漏极与mp14的栅极、另一端连接地。

3.根据权利要求1所述的一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器，其特征在于，所述class ab p型mos输入级包括p型mos晶体管mp21、mp24、mp25、mp26，以及n型mos晶体管nm9、nm10、nm11、nm12；

4.根据权利要求1所述的一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器，其特征在于，所述class ab n型mos输入级包括p型mos晶体管mp15、mp16、mp18、mp19，以及n型mos晶体管mn2、mn5、mn6、mn7；

5.根据权利要求1所述的一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器，其特征在于，所述三倍电流镜包括上侧p型mos三倍电流镜和下侧n型mos三倍电流镜；

6.根据权利要求1所述的一种高压摆率的轨对轨高压运算放大器，其特征在于，所述共源级输出包括p型mos晶体管mp7、n型mos晶体管mn26、电阻r2、r4以及电容c1、c2；