高性能双通路运算放大器的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术，特别涉及集成电路技术。


背景技术：

2.在模拟电子器件中，仪表放大器是一种精密差分信号放大器，广泛应用于数据采集、传感器、高速信号调节、医疗仪器等系统。仪表放大器的核心电路是运算放大器。在低功耗、高精度仪表放大器设计中，低功耗、高带宽、高增益、低噪声运算放大器必不可少。然而随着半导体集成电路的发展，cmos工艺的特征尺寸已经到纳米量级，使得cmos器件的本征增益降低。传统的两级运算放大器难以获得较高增益。三级运算放大器能够获得较高增益，但是需要使用两级密勒补偿才能使满足一定相位裕度，并且功耗较高。因此，传统的两级或三级运算放大器难以满足低功耗、高精度仪表放大器设计要求。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种低功耗的高性能双通路运算放大器。
4.本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，高性能双通路运算放大器，包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，所述第一级放大电路包括第一级初始信号输入对管，第二级放大电路包括前级输入对管和第二级初始信号输入对管，第一级放大电路包括两个电流源，其特征在于，第一级放大电路的电流源通过电阻接地。
5.进一步的，前级输入对管的跨导小于第二级初始信号输入对管跨导的十分之一 。
6.本实用新型在双通路运算放大器中仅使用一级密勒补偿，通过将低频信号通路的主极点设置在第二增益级，且高度隔离低频信号通路和高频信号通路以保证环路稳定。和传统电路相比，本实用新型减弱了多级放大电路中多个增益级跨导间的正比关系，从而在保持电路性能不变的前提下，降低电路功耗，可以应用在仪表放大器、滤波器、电源管理等多种电路中。运算放大器在实现高带宽、高增益、低噪声、低失调的同时，功耗更低。
附图说明
7.图1是现有技术的电路图。
8.图2是本实用新型的电路图。
具体实施方式
9.参见图2，
10.晶体管m1~m11构成折叠式共源共栅放大器，记为a
11
；
11.晶体管m15~m25构成折叠式共源共栅放大器（图1中的q2和q3部分），记为a
12
，其中，m16和m17用于接收初始信号v
1p
和v
1n
，故称为第二级初始信号输入对管；
12.晶体管m12~m14和m18~m25构成折叠式共源共栅放大器（图1中的q1和q3部分），记
为a2；在a2中，由于m13和m14的输入信号来自前级放大器a
11
，故将m13和m14称为前级输入对管；
13.晶体管m26、m27构成共源放大器，记为a3；
14.所有输入对管工作在亚阈值区，使得输入对管在跨导一定前提下，偏置电流最小。
15.其中，a
11
、a2、a3构成三级放大电路，为低频信号通路；
16.a
12
、a3构成两级放大电路，为高频信号通路。
17.当信号频率较低时，低频信号通路占主导地位，以提供高开环增益。当信号频率较高时，高频信号通路占主导地位，以提供高带宽。当信号为中等频率时，高、低频信号通路同时起作用。
18.在现有技术中，低频信号通路需要两级密勒补偿（图1中电容c
m
、c
m1
），且a
11
、a2、a3的输入对管跨导关系为：g
m2,3
< g
m13,14
< g
m26,27
。因为跨导与偏置电流正相关，运算放大器的失调电压和噪声与g
m2,3
成反比。为了减小失调电压和噪声，必须增大g
m2,3
，进而使整个运算放大器功耗等比例增加。
19.本实用新型可以通过减小晶体管m12、m13、m14的宽长比使前级输入对管的跨导g
m13,14
小于第二级初始信号输入对管g
m16,17
的1/10，将低频通路和高频通路进行隔离，电路仅使用一级密勒补偿，使得在增大跨导g
m2,3
时，g
m13,14
、g
m26,27
保持不变。从而在降低运算放大器的失调电压和噪声时，仅增加少量功耗。另外，在晶体管m4、m5的源端增加了电阻，可降低其等效跨导g
m4,5
，进一步降低失调电压和噪声。


技术特征：
1.高性能双通路运算放大器，包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，所述第一级放大电路包括第一级初始信号输入对管，第二级放大电路包括前级输入对管和第二级初始信号输入对管，第一级放大电路包括两个电流源，其特征在于，第一级放大电路的电流源通过电阻接地。2.如权利要求1所述的高性能双通路运算放大器，其特征在于，前级输入对管的跨导小于第二级初始信号输入对管跨导的十分之一。

技术总结
高性能双通路运算放大器，本实用新型涉及电子技术，特别涉及集成电路技术。本实用新型包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，所述第一级放大电路包括第一级初始信号输入对管，第二级放大电路包括前级输入对管和第二级初始信号输入对管，第一级放大电路包括两个电流源，其特征在于，第一级放大电路的电流源通过电阻接地。本实用新型减弱了多级放大电路中多个增益级跨导间的正比关系，从而在保持电路性能不变的前提下，降低电路功耗，可以应用在仪表放大器、滤波器、电源管理等多种电路中。运算放大器在实现高带宽、高增益、低噪声、低失调的同时，功耗更低。功耗更低。功耗更低。


技术研发人员：陈涛
受保护的技术使用者：成都环宇芯科技有限公司
技术研发日：2021.01.11
技术公布日：2021/9/28