專利名稱：一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路
(一) 技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型涉及一種運(yùn)算放大器電路，尤其是一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路。
(二) 背景技術(shù) 在一般的運(yùn)算放大器中，要想獲得較高的驅(qū)動(dòng)功率，就需要提高靜態(tài)功耗，二者存 在一定的折中關(guān)系；如通常使用的甲類輸出運(yùn)放的正向驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，但負(fù)向驅(qū)動(dòng)較弱，只 有提高負(fù)向靜態(tài)偏置電流，才能提高其負(fù)向驅(qū)動(dòng)能力，這就增大了功耗。
(三) 實(shí)用新型內(nèi)容 本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，它可以克服現(xiàn)有 技術(shù)的不足，在保持低功耗的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)較高的驅(qū)動(dòng)效率，以及較寬的輸出電壓擺幅。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，包括輸入信號(hào)VP端 子、輸入信號(hào)VN端子、電源電壓VDD端子、輸出電壓V0UT端子，其特征在于它包括差分放大 單元、共源放大單元、源隨單元和補(bǔ)償單元；其中，所說的差分放大單元的輸入端連接輸入 信號(hào)VP端子、輸入信號(hào)VN端子、電源電壓VDD端子及地，其輸出端分別與共源放大單元的 輸入端、源隨單元的輸入端及補(bǔ)償單元連接；所說的共源放大單元的輸入端連接電源電壓 VDD端子及地，其輸出端與源隨單元的輸入端連接；所說的源隨單元的輸入端連接電源電 壓VDD端子及地，其輸出端連接輸出電壓V0UT端子；所說的補(bǔ)償單元的一端與差分放大單 元的輸出端連接，另一端與源隨單元的輸出端連接。 上述所說的差分放大單元由PM0S管M1、PM0S管M2、NM0S管M3、NM0S管M4和電流 源Il構(gòu)成；其中，所說的電流源Il的輸入端與電源電壓VDD端子連接，其輸出端與PMOS管 Ml的源極以及PM0S管M2的源極連接；所說的PM0S管Ml的柵極與輸入信號(hào)VN端子連接， 其漏極與NM0S管M3的漏極、柵極以及NM0S管M4的柵極連接，其源極接地；所說的PM0S管 M2的柵極與輸入信號(hào)VP端子連接，其漏極與NM0S管M4的漏極、共源放大單元的輸入端、源 隨單元的輸入端以及補(bǔ)償單元連接，其源極接地。 上述所說的共源放大單元由NM0S管M5與電流源12構(gòu)成；其中，電流源12的輸入 端與電源電壓VDD端子連接，其輸出端與NM0S管M5的漏極和源隨單元的輸入端連接；所說 的NM0S管M5的柵極與PM0S管M2的漏極、NM0S管M4的漏極、源隨單元的輸入端和補(bǔ)償單 元連接，其源極接地。 上述所說的源隨單元由NM0S管M6與NM0S管M7構(gòu)成；其中，所說的NM0S管M6的 漏極與電源電壓VDD端子連接，其柵極與電流源12的輸出端和NM0S管M5的漏極連接，其 源極與NM0S管M7的漏極、輸出電壓V0UT端子以及補(bǔ)償單元連接；所說的NM0S管M7柵極 與PM0S管M2的漏極、NM0S管M4的漏極、NM0S管M5的柵極以及補(bǔ)償單元連接，其源極接 地。 上述所說的補(bǔ)償單元由電容Cl構(gòu)成；且電容Cl的一端與PM0S管M2的漏極、NM0S管M4的漏極、NM0S管M5的柵極及NMOS管M7柵極連接，其另一端則與NMOS管M6的源極、 NMOS管M7的漏極以及輸出電壓VOUT端子連接。 —種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，其特征在于它可以應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)大功率、寬擺 幅的負(fù)載。 —種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，其特征在于它可以適用于緩沖器、放大器電 路。 本實(shí)用新型的工作方法 ①輸入信號(hào)端子VP、 VN采集待放大的差動(dòng)輸入電壓信號(hào)，經(jīng)過差分放大單元的 PM0S管Ml、 M2進(jìn)行差分放大，NM0S管M3與M4構(gòu)成電流鏡負(fù)載，將差分放大后的雙端信號(hào) 變成單端信號(hào)輸出；電流源II為差分放大單元提供偏置電流； ②共源放大單元將差分放大單元的輸出信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)放大，該級(jí)采用共源放大 結(jié)構(gòu)，以電電流源12作為共源放大的負(fù)載； ③源隨單元將共源放大單元的輸出信號(hào)進(jìn)行源隨輸出，提高輸出正向驅(qū)動(dòng)能力， NM0S管M7作為共源放大器，用來提高輸出負(fù)向的驅(qū)動(dòng)能力； ④當(dāng)輸入信號(hào)VP比VN高時(shí)，差分放大單元輸出降低，導(dǎo)致共源放大單元輸出升 高，然后經(jīng)源隨單元將VOUT拉高，從而實(shí)現(xiàn)正向的高驅(qū)動(dòng)能力；當(dāng)輸入信號(hào)VP比VN低時(shí)， 差分放大單元輸出升高，導(dǎo)致共源放大單元輸出降低，將源隨單元的NMOS管M6柵極拉低， M6截止，由于M7柵極電壓升高，從而將VOUT拉低，實(shí)現(xiàn)了負(fù)向的高驅(qū)動(dòng)能力。 本實(shí)用新型的優(yōu)越性①將源隨輸出與共源放大結(jié)合起來，提高了輸出的雙向驅(qū) 動(dòng)能力；②輸出端沒有大功耗電流源，從而降低了靜態(tài)功耗；③驅(qū)動(dòng)功率大，輸出電壓擺幅 寬；④電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。
(四)
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的普通甲類輸出運(yùn)放電路圖(其中，圖l-a為普通甲類輸出運(yùn)放 電路結(jié)構(gòu)圖；圖l-b為運(yùn)放電路在作為5倍增益緩沖器應(yīng)用時(shí)的電路圖；圖l-c為普通甲類 輸出運(yùn)放電路在作為5倍增益緩沖器應(yīng)用時(shí)的結(jié)果曲線)。 圖2為本實(shí)用新型所涉一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路的電路圖(其中，圖2-a 為低功耗高效率運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2-b為本實(shí)用新型電路在作為5倍增益緩沖器應(yīng)用 時(shí)的結(jié)果曲線)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路(見圖2-a)，包括輸入信號(hào)VP端子、 輸入信號(hào)VN端子、電源電壓VDD端子、輸出電壓VOUT端子，其特征在于它包括差分放大單 元、共源放大單元、源隨單元和補(bǔ)償單元；其中，所說的差分放大單元的輸入端連接輸入信 號(hào)VP端子、輸入信號(hào)VN端子、電源電壓VDD端子及地，其輸出端分別與共源放大單元的 輸入端、源隨單元的輸入端及補(bǔ)償單元連接；所說的共源放大單元的輸入端連接電源電壓 VDD端子及地，其輸出端與源隨單元的輸入端連接；所說的源隨單元的輸入端連接電源電 壓VDD端子及地，其輸出端連接輸出電壓VOUT端子；所說的補(bǔ)償單元的一端與差分放大單 元的輸出端連接，另一端與源隨單元的輸出端連接。
4[0020] 上述所說的差分放大單元(見圖2-a)由PM0S管M1、PM0S管M2、NM0S管M3、NM0S 管M4和電流源11構(gòu)成；其中，所說的電流源11的輸入端與電源電壓VDD端子連接，其輸出 端與PMOS管Ml的源極以及PMOS管M2的源極連接；所說的PMOS管Ml的柵極與輸入信號(hào) VN端子連接，其漏極與NMOS管M3的漏極、柵極以及NMOS管M4的柵極連接，其源極接地； 所說的PMOS管M2的柵極與輸入信號(hào)VP端子連接，其漏極與NMOS管M4的漏極、共源放大 單元的輸入端、源隨單元的輸入端以及補(bǔ)償單元連接，其源極接地。 上述所說的共源放大單元(見圖2-a)由NMOS管M5與電流源12構(gòu)成；其中，電流 源12的輸入端與電源電壓VDD端子連接，其輸出端與NM0S管M5的漏極和源隨單元的輸入 端連接；所說的NMOS管M5的柵極與PMOS管M2的漏極、醒OS管M4的漏極、源隨單元的輸 入端和補(bǔ)償單元連接，其源極接地。 上述所說的源隨單元(見圖2-a)由NMOS管M6與NMOS管M7構(gòu)成；其中，所說的 NMOS管M6的漏極與電源電壓VDD端子連接，其柵極與電流源12的輸出端和NMOS管M5的 漏極連接，其源極與NM0S管M7的漏極、輸出電壓VOUT端子以及補(bǔ)償單元連接；所說的NMOS 管M7柵極與PMOS管M2的漏極、NMOS管M4的漏極、NMOS管M5的柵極以及補(bǔ)償單元連接， 其源極接地。 上述所說的補(bǔ)償單元(見圖2-a)由電容Cl構(gòu)成；且電容Cl的一端與PMOS管M2 的漏極、NMOS管M4的漏極、NMOS管M5的柵極及NMOS管M7柵極連接，其另一端則與NMOS 管M6的源極、NMOS管M7的漏極以及輸出電壓VOUT端子連接。 下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明 由圖l-c "普通甲類輸出運(yùn)放電路在作為5倍增益緩沖器應(yīng)用時(shí)的結(jié)果曲線"可 以看出，在輸入信號(hào)Vpulse上升時(shí)，輸出電壓VOUT能夠穩(wěn)定放大5倍，過沖及失真均很??； 在Vpulse下降時(shí)，VOUT下降很慢，且存在較大過沖。這是因?yàn)榧最愝敵鲞\(yùn)放只能提供單向 低阻抗輸出，負(fù)向是靠電流阱13 (見圖l-a)來實(shí)現(xiàn)的，這樣要想向下也是低阻抗，就得增大 電流阱13，導(dǎo)致了靜態(tài)功耗的增大。 而使用本實(shí)用新型電路后，結(jié)果曲線如圖2-b所示，V0UT在Vpulse上升與下降時(shí)， 均能穩(wěn)定放大5倍，且跟隨特性很好。這是因?yàn)橛霉苍捶糯驧7管(見圖2-a)來代替普通 甲類輸出運(yùn)放的電流阱I3(見圖l-a)，在Vpulse下降時(shí)，M7工作在共源放大狀態(tài)，其柵級(jí) 電壓升高，從而為源漏提供大電流驅(qū)動(dòng)能力；在Vpulse上升時(shí)，輸出靠M6驅(qū)動(dòng)，等同于甲類 輸出；在靜態(tài)時(shí)，M7等同于甲類輸出運(yùn)放的電流阱13，具有較低的功耗。
權(quán)利要求一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，包括輸入信號(hào)VP端子、輸入信號(hào)VN端子、電源電壓VDD端子、輸出電壓VOUT端子，其特征在于它包括差分放大單元、共源放大單元、源隨單元和補(bǔ)償單元；其中，所說的差分放大單元的輸入端連接輸入信號(hào)VP端子、輸入信號(hào)VN端子、電源電壓VDD端子及地，其輸出端分別與共源放大單元的輸入端、源隨單元的輸入端及補(bǔ)償單元連接；所說的共源放大單元的輸入端連接電源電壓VDD端子及地，其輸出端與源隨單元的輸入端連接；所說的源隨單元的輸入端連接電源電壓VDD端子及地，其輸出端連接輸出電壓VOUT端子；所說的補(bǔ)償單元的一端與差分放大單元的輸出端連接，另一端與源隨單元的輸出端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，其特征在于所說的差分放大單元由PM0S管M1、PM0S管M2、NM0S管M3、NM0S管M4和電流源II構(gòu)成；其中，所說的電流源Il的輸入端與電源電壓VDD端子連接，其輸出端與PM0S管M1的源極以及PMOS管M2的源極連接；所說的PM0S管Ml的柵極與輸入信號(hào)VN端子連接，其漏極與NM0S管M3的漏極、柵極以及NM0S管M4的柵極連接，其源極接地；所說的PM0S管M2的柵極與輸入信號(hào)VP端子連接，其漏極與NM0S管M4的漏極、共源放大單元的輸入端、源隨單元的輸入端以及補(bǔ)償單元連接，其源極接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，其特征在于所說的共源放大單元由NM0S管M5與電流源12構(gòu)成；其中，電流源12的輸入端與電源電壓VDD端子連接，其輸出端與NM0S管M5的漏極和源隨單元的輸入端連接；所說的NM0S管M5的柵極與PM0S管M2的漏極、NM0S管M4的漏極、源隨單元的輸入端和補(bǔ)償單元連接，其源極接地。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，其特征在于所說的源隨單元由NM0S管M6與NM0S管M7構(gòu)成；其中，所說的NM0S管M6的漏極與電源電壓VDD端子連接，其柵極與電流源12的輸出端和NM0S管M5的漏極連接，其源極與NM0S管M7的漏極、輸出電壓V0UT端子以及補(bǔ)償單元連接；所說的NM0S管M7柵極與PM0S管M2的漏極、NM0S管M4的漏極、NM0S管M5的柵極以及補(bǔ)償單元連接，其源極接地。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，其特征在于所說的補(bǔ)償單元由電容Cl構(gòu)成；且電容Cl的一端與PM0S管M2的漏極、NM0S管M4的漏極、NM0S管M5的柵極及NM0S管M7柵極連接，其另一端則與NM0S管M6的源極、NM0S管M7的漏極以及輸出電壓V0UT端子連接。
專利摘要一種光電信號(hào)處理運(yùn)算放大器電路，它包括差分放大單元、共源放大單元、源隨單元和補(bǔ)償單元；其優(yōu)越性①將源隨輸出與共源放大結(jié)合起來，提高了輸出的雙向驅(qū)動(dòng)能力；②輸出端沒有大功耗電流源，從而降低了靜態(tài)功耗；③驅(qū)動(dòng)功率大，輸出電壓擺幅寬；④電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H03F3/45GK201541242SQ200920250860
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者呂英杰, 張小興, 戴宇杰, 林鵬程 申請(qǐng)人:天津南大強(qiáng)芯半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)有限公司