專利名稱:高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明型涉及一種高輸入范圍、高增益的互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器,特別適合在對(duì)單位增益帶寬要求不是很高的場合,如可以應(yīng)用在基準(zhǔn)電壓源等電路中,屬于運(yùn)算放大器制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
運(yùn)算放大器是一種非常重要的單元電路,在模擬集成電路以及數(shù)?;旌霞呻娐分?,運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵,運(yùn)算放大器的性能往往直接影響整個(gè)集成電路系統(tǒng)的總體性能,因此,運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一直是集成電路系統(tǒng)中熱門方向之一。傳統(tǒng)型CMOS二級(jí)運(yùn)算放大器的輸入范圍小;特別是CMOS工藝朝小尺寸方向發(fā)展,管子的尺寸減小,將導(dǎo)致輸出電阻降低,因此增益做不高;且在頻率補(bǔ)償中必須串聯(lián)電阻,用來消去零點(diǎn)。
為提高輸入范圍,通過在CMOS放大器的源級(jí)串上電阻,然而這樣將進(jìn)一步降低運(yùn)算放大器增益。
發(fā)明內(nèi)容
1、技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種高增益、幅頻特性好、輸入范圍大,同時(shí)所用管子數(shù)目少的高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器。
2、技術(shù)方案本發(fā)明的高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器,由制備在基片上的晶體管和電阻所組成,在放大管的源極分別通過晶體管及電阻與地相接,在放大管的輸出極串接兩只阻性晶體管,阻性晶體管的輸出端通過恒流源接電源,放大管的輸出端通過恒流源接電源,阻性晶體管的柵極接一個(gè)偏置電壓,接地的恒流源的柵極接另一個(gè)偏置電壓。在放大管的源極分別接有一只電阻,電阻的另一端接晶體管。
要提高增益,一個(gè)有效的辦法就是增大輸出電阻。在運(yùn)算放大器中其輸出電阻可以看作放大管的阻抗和負(fù)載阻抗的并聯(lián),若負(fù)載電阻的阻值遠(yuǎn)比放大管的電阻大得多,可以認(rèn)為輸出電阻近似等于放大管的阻抗。此時(shí)增加放大管的電阻,即所指在放大管的輸出級(jí)增加兩個(gè)管子,相當(dāng)于放大管串聯(lián)了一個(gè)電阻成為一種提高輸出電阻有效的方法。在和負(fù)載并聯(lián)時(shí),其負(fù)載比管子的電阻小的很多,此時(shí)增加放大管的電阻,即所指在放大管的輸出級(jí)增加兩個(gè)管子,這樣放大管的電阻就可以得到提高,放大管的電阻和負(fù)載電阻并聯(lián)時(shí),總的輸出電阻值得到提高。同時(shí),增加的兩個(gè)管子中有一個(gè)管子將起著頻率補(bǔ)償作用,這樣可以省去頻率補(bǔ)償用的電阻,可以減小面積。同時(shí),在放大管子的源極串聯(lián)一個(gè)電阻將有效的提高輸入范圍。
3、有益效果高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器是一種適合在5v電源電壓下工作的CMOS運(yùn)算放大器,其動(dòng)態(tài)工作范圍為3V,在整個(gè)工作范圍內(nèi),其增益可達(dá)到100db;在放大管的源極串聯(lián)電阻提高了輸入范圍,增加兩個(gè)管子有效提高放大器的增益,其中有一個(gè)管子同時(shí)起頻率補(bǔ)償作用;同時(shí)幅頻特性好。
本發(fā)明運(yùn)算放大器的增益高、幅頻特性好、輸入范圍大同時(shí)要求所用管子數(shù)目少,在增加兩個(gè)管子時(shí),通過仿真可以看到運(yùn)算放大器的增益可以達(dá)到100db以上,對(duì)帶寬的影響基本沒有;同時(shí)在放大管子的源極串聯(lián)一個(gè)阻值較小的電阻,可以有效的提高輸入范圍,本放大器在5v單電源下工作,其輸出范圍在3V;并且對(duì)運(yùn)算放大器的建立時(shí)間沒有影響。由于沒有電阻,版圖的面積沒有增加,同時(shí)減小由于電阻在工藝上的偏差所造成的影響。
四
圖1是本發(fā)明的電路原理圖,其中有放大管M1、M2、恒流源M3、恒流源M4、晶體管M5、晶體管M6、晶體管M7、偏置電壓Vbias1、Vbias2、阻性晶體管M8、M9,電阻R1、R2五具體實(shí)施方式
本發(fā)明的高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器,由制備在基片上的晶體管和電阻所組成,在放大管M1、M2的源極分別通過電阻R1、R2及晶體管M7與地相接,在放大管M1的輸出極串接兩只阻性晶體管M8、M9,阻性晶體管M9的輸出端通過恒流源M4接電源,放大管M2的輸出端通過恒流源M3接電源,偏置電壓Vbias1為晶體管M6、M7柵極提供偏置,偏置電壓Vbias2為晶體管M8、M9柵極提供偏置。在放大管M1、M2的源極分別設(shè)有一只電阻R1、R2,電阻R1、R2的另一端接晶體管M7。
運(yùn)算放大器的兩個(gè)偏置電壓,Vbias2偏置提供晶體管M8、M9的柵極電壓,Vbias1偏置提供晶體管M7、M6的柵電壓。恒流源M3、M4,在恒流源作為運(yùn)算放大器負(fù)載時(shí),把其看作一個(gè)電阻值很大的負(fù)載,在運(yùn)算放大器中其輸出電阻可以看作放大管的阻抗和負(fù)載阻抗的并聯(lián)。在放大管的輸出級(jí)增加兩個(gè)管子即阻性晶體管M8、M9,把阻性晶體管M8、M9接成電阻,相當(dāng)于放大管串聯(lián)了一個(gè)電阻。因而,放大管的電阻就得到一定的增加,在和負(fù)載并聯(lián)時(shí),其運(yùn)算放大器的輸出電阻阻值得到一定的提高。同時(shí),增加的阻性晶體管M8管子將起著頻率補(bǔ)償作用,這樣不僅可以省去電阻,還可以減小面積。另外,在放大管的源極串聯(lián)電阻R1、R2將有效提高輸入范圍。由偏置電壓Vbias1、M7、M6構(gòu)成恒流源,其中恒流源M7為第一級(jí)放大器的提供偏置電流,恒流源M6為第二級(jí)放大器的有源負(fù)載。恒流源M5、M6一起構(gòu)成第二級(jí)放大器,晶體管M5是放大管。
權(quán)利要求
1.一種高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器,由制備在基片上的晶體管和電阻所組成,其特征在于,在放大管(M1、M2)的源極分別通過晶體管(M7)與電源相接,在放大管(M1)的輸出極串接兩只阻性晶體管(M8、M9),阻性晶體管(M9)的輸出端通過恒流源(M4)接電源,放大管(M2)的輸出端通過恒流源(M3)接電源,有兩個(gè)偏置電壓,一個(gè)偏置電壓(Vbias2)提供給晶體管(M8、M9)的柵極;另一個(gè)偏置電壓(Vbias1)提供給晶體管(M6、M7)的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器,其特征在于在放大管(M1、M2)的源極分別設(shè)有一只電阻(R1、R2),電阻(R1、R2)的另一端接晶體管(M7)。
全文摘要
高增益互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器涉及一種高輸入范圍、高增益的互補(bǔ)金屬氧化物運(yùn)算放大器,特別適合在對(duì)單位增益帶寬要求不是很高的場合,如可以應(yīng)用在基準(zhǔn)電壓源等電路中,該放大器由制備在基片上的晶體管和電阻所組成,在放大管M1、M2的源極分別通過晶體管M7與地相接,在放大管M1的輸出極串接兩只阻性晶體管M8、M9,阻性晶體管M9的輸出端通過恒流源M4接電源,放大管M2的輸出端通過恒流源M3接電源,偏置電壓Vbias1、Vbias2,其中偏置電壓Vbias2提供晶體管M8、M9的柵極電壓。其動(dòng)態(tài)工作范圍為3V,在整個(gè)工作范圍內(nèi),其增益可達(dá)到100db;在放大管的源極串聯(lián)電阻提高了輸入范圍,增加兩個(gè)管子有效提高放大器的增益,同時(shí)幅頻特性好。
文檔編號(hào)H03F3/18GK1453931SQ0313156
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2003年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者吳建輝, 袁文師, 陸生禮, 時(shí)龍興 申請(qǐng)人:東南大學(xué)