一種全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，具有第一支路和第二支路。第一支路，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip，包括NMOS管（M31）、NMOS管（M32）、NMOS管（M35）、NMOS管（M314）和NMOS管（M315）；第二支路，為套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip并且輸出差分輸出信號(hào)Von和Vop；包括PMOS管（M38）和PMOS管（M39）；PMOS管（M38）和PMOS管（M39）的源極均連接至電源VDD，柵極均接入偏置電壓Vbp1，PMOS管（M38）的漏極連接于NMOS管（M314）的漏極，PMOS管（M39）的漏極連接于NMOS管（M315）的漏極。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電路開(kāi)發(fā)
，特別涉及一種全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器。
技術(shù)介紹
隨著CMOS工藝的發(fā)展，電源電壓和晶體管本征增益逐漸降低，對(duì)于基于開(kāi)關(guān)電容電路的離散時(shí)間信號(hào)處理電路來(lái)說(shuō)，其性能提高的主要瓶頸之一就是高性能的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)。OTA的設(shè)計(jì)最重要的指標(biāo)是電壓增益(Av)和增益帶寬積(GBW)。其中電壓增益Av為跨導(dǎo)(Gm)與輸出電阻(Rtj)的乘積，表示為=Av=GmRtj,增益帶寬積GBW為跨導(dǎo)(Gm)與輸出電容(C。)之比，表示為:GBW=Gm/C。。現(xiàn)有的OTA結(jié)構(gòu)有多種，單級(jí)OTA主要包括套筒式共源共柵(Telescopic Cascode)結(jié)構(gòu)以及折疊式共源共柵(folded Cascode)結(jié)構(gòu)等。在開(kāi)關(guān)電容等電路的設(shè)計(jì)中，OTA的有限增益會(huì)導(dǎo)致電荷轉(zhuǎn)移不完全，使得輸出出現(xiàn)有限增益誤差，故盡量提高OTA的增益是設(shè)計(jì)的努力方向之一。在一定的功耗(即跨導(dǎo)Gm)下，如何提高輸出電阻％以提高增益，成為設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵之一。此外，在開(kāi)關(guān)電容電路設(shè)計(jì)中，OTA的增益帶寬積GBW決定了閉環(huán)帶寬，即電路的工作速度，故盡量提高OTA的GBW也是設(shè)計(jì)的一個(gè)方向。在相同跨導(dǎo)條件下，OTA的增益帶寬積GBW反比于輸出電容負(fù)載C0.0TA的電容負(fù)載Ctj由有效負(fù)載Q和寄生電容Cp并聯(lián)而成，所以如何盡量減小輸出節(jié)點(diǎn)的寄生電容Cp成為設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要內(nèi)容。圖1是現(xiàn)有的套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)的電路圖，輸入是差分信號(hào)Vin和Vip，輸出是差分信號(hào)Von和Vop，負(fù)載電容是CL.。MOS管Mll和M12是輸入管，MOS管M13和M14是電流源管。輸出是共源共柵結(jié)構(gòu)，共源共柵結(jié)構(gòu)由MOS管M11，M12，M15-M110組成，可以提供較大的輸出電阻以提高增益。Vop和Von通過(guò)共模反饋模塊，輸出Vanfb信號(hào)，并通過(guò)MOS管M14來(lái)控制輸出共模電平。流過(guò)單端支路的偏置電流記為1.該OTA的增益可以表示為:`Avl-Gmll (RdsllGml5Rdsl5//R(Js19Gmi7Rdsl7).假設(shè)有:GmIS^dslS — Rdsl9Gmi7Rdsl7 ~則增益可以表示為:Avl=GmllR0/2.輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)載電容為CL，寄生電容記為Cpl，則該OTA的增益帶寬積為:GBW1 二舞.輸出寄生電容主要由與輸出節(jié)點(diǎn)相連的共柵MOS管M17，M18, M15, M16的漏襯寄生電容(即漏極和襯底之間的電容)Cdb和漏柵寄生電容(即漏極和柵極之間的電容)Cgd構(gòu)成，它與MOS管的寬度W成正比，假設(shè)MOS管單位寬度所對(duì)應(yīng)的寄生電容為k，則有:Cpl=k(ff17+ff15).在高速模擬電路設(shè)計(jì)中,MOS管的尺寸較大，Cpl的大小相對(duì)于Q不可忽略，導(dǎo)致套 筒式共源共柵結(jié)構(gòu)OTA的寄生電容較大，從而導(dǎo)致該OTA的GBW較小。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，能夠同時(shí)獲得大的增益帶寬積，以及大的增益。該全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器具有第一支路和第二支路。所述第一支路，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip，包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體NMOS管M31、NMOS管M32、NMOS管M35、NMOS管M314和NMOS管M315。所述第二支路，為套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip并且輸出差分輸出信號(hào)Von和Vop ;包括P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體PMOS管M38和PMOS管M39 ；PM0S管M38和PMOS管M39的源極均連接至電源VDD，柵極均接入偏置電壓Vbpl，PMOS管M38的漏極連接于NMOS管M314的漏極，PMOS管M39的漏極連接于NMOS管M315的漏極。NMOS管M31的柵極接收差分輸入信號(hào)Vin，源極連接于NMOS管M35的漏極，漏極連接于NMOS管M314的源極。NMOS管M32的柵極接收差分輸入信號(hào)Vip，源極連接于NMOS管M35的漏極，漏極連接于NMOS管M315的源極。NMOS管M35的源極接地，漏極連接于NMOS管M31的源極和NMOS管M32的源極，柵極接入偏置電壓Vbnl。NMOS管M314的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管M31的漏極，漏極連接于PMOS管M38的漏極。NMOS管M315的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管M32的漏極，漏極連接于PMOS管M39的漏極。較佳地，所述第二支路，進(jìn)一步包括NMOS管M36、NM0S管M37、NM0S管M33、NM0S管M34、NMOS 管 M312、NMOS 管 M313、PMOS 管 M310 和 PMOS 管 M311。其中，PMOS管M310的柵極接入偏置電壓Vbp2，源極連接于PMOS管M38的漏極，漏極連接于NMOS管M312的漏極且輸出差分輸出信號(hào)Vop ;PM0S管M311的柵極接入偏置電壓Vbp2,源極連接于PMOS管M39的漏極，漏極連接于NMOS管M313的漏極且輸出差分輸出信號(hào)Von ；NM0S管M312的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管M33的漏極，漏極連接于PMOS管M310的漏極；NM0S管M313的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管M34的漏極，漏極連接于PMOS管M311的漏極；NM0S管M33的柵極接收差分輸入信號(hào)Vin，源極連接于NMOS管M36的漏極，漏極連接于NMOS管M312的源極；NM0S管M34的柵極接收差分輸入信號(hào)Vip，源極連接于NMOS管M37的漏極，漏極連接于NMOS管M313的源極；NM0S管M36的源極接地，漏極接NMOS管M33的源極和NMOS管M37的漏極，柵極接入偏置電壓Vbnl ；NMOS管M37的源極接地，漏極接NMOS管M34的源極和NMOS管M36的漏極，柵極接入偏置電壓 Vcmfb0較佳地，所述第二支路，進(jìn)一步包括共模反饋模塊，共模反饋模塊的輸入信號(hào)分別為差分輸出信號(hào)Von和Vop,輸出為所述偏置電壓Vcmfb。較佳地，所述NMOS管M312的漏極連接至第一電容CL的一端，第一電容CL的另一端接地。所述NMOS管M313的漏極連接至第二電容CL的一端，第二電容CL的另一端接地。本專利技術(shù)提供的另外一種全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，其特征在于，該全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器具有第一支路和第二支路。所述第一支路，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip，包括P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體PMOS管M41、PMOS管M42、PMOS管M45、PMOS管M414和PMOS管M415。所述第二支路，為套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip并且輸出差分輸出信號(hào)Von和Vop ;包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體NMOS管M48和NMOS管M49 ；NM0S管M48和NMOS管M49的源極均接地，柵極均接入偏置電壓Vbnl，NMOS管M48的漏極連接于PMOS管M414的漏極，NMOS管M49的漏極連接于PMOS管M415的漏極。PMOS管M41的柵極接收差分輸入信號(hào)Vin，源極連接于PMOS管M45的漏極，漏極連接于PMOS管M414的源極。PMOS管M42的柵極接收差分輸入信號(hào)Vip，源極連接于PMOS管M45的漏極，漏極連接于PMOS管M415的源極。PMOS管M45的源極接電源VDD，漏極連接于PMOS管M41的源極和P本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，其特征在于，該全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器具有第一支路和第二支路；所述第一支路，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip，包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體NMOS管（M31）、NMOS管（M32）、NMOS管（M35）、NMOS管（M314）和NMOS管（M315）；所述第二支路，為套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip并且輸出差分輸出信號(hào)Von和Vop；包括P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體PMOS管（M38）和PMOS管（M39）；PMOS管（M38）和PMOS管（M39）的源極均連接至電源VDD，柵極均接入偏置電壓Vbp1，PMOS管（M38）的漏極連接于NMOS管（M314）的漏極，PMOS管（M39）的漏極連接于NMOS管（M315）的漏極；NMOS管（M31）的柵極接收差分輸入信號(hào)Vin，源極連接于NMOS管（M35）的漏極，漏極連接于NMOS管（M314）的源極；NMOS管（M32）的柵極接收差分輸入信號(hào)Vip，源極連接于NMOS管（M35）的漏極，漏極連接于NMOS管（M315）的源極；NMOS管（M35）的源極接地，漏極連接于NMOS管（M31）的源極和NMOS管（M32）的源極，柵極接入偏置電壓Vbn1；NMOS管（M314）的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管（M31）的漏極，漏極連接于PMOS管（M38）的漏極；NMOS管（M315）的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管（M32）的漏極，漏極連接于PMOS管（M39）的漏極。...

【技術(shù)特征摘要】
1.種全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，其特征在于，該全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器具有第一支路和第二支路； 所述第一支路，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip，包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體NMOS管(M31)、NM0S 管(M32)、NM0S 管(M35)、NM0S 管(M314)和 NMOS 管(M315)； 所述第二支路，為套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)，接收差分輸入信號(hào)Vin和Vip并且輸出差分輸出信號(hào)Von和Vop ;包括P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體PMOS管(M38)和PMOS管(M39) ；PM0S管(M38)和PMOS管(M39)的源極均連接至電源VDD，柵極均接入偏置電壓Vbpl，PM0S管(M38)的漏極連接于NMOS管(M314)的漏極，PMOS管(M39)的漏極連接于NMOS管(M315)的漏極；NMOS管(M31)的柵極接收差分輸入信號(hào)Vin，源極連接于NMOS管(M35)的漏極，漏極連接于NMOS管(M314)的源極； NMOS管(M32)的柵極接收差分輸入信號(hào)Vip，源極連接于NMOS管(M35)的漏極，漏極連接于NMOS管(M315)的源極； NMOS管(M35)的源極接地，漏極連接于NMOS管(M31)的源極和NMOS管(M32)的源極，柵極接入偏置電壓Vbnl ； NMOS管(M314)的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管(M31)的漏極，漏極連接于PMOS管(M38)的漏極； NMOS管(M315)的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管(M32)的漏極，漏極連接于PMOS管(M39)的漏極。2.據(jù)權(quán)利要求1所述的全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，其特征在于， 所述第二支路，進(jìn)一步包括 NMOS 管(M36)、NM0S 管(M37)、NM0S 管(M33)、NM0S 管(M34)、NMOS 管(M312)、NM0S 管(M313)、PM0S 管(M310)和 PMOS 管(M311)； PMOS管(M310)的柵極接入偏置電壓Vbp2，源極連接于PMOS管(M38)的漏極，漏極連接于NMOS管(M312)的漏極且輸出差分輸出信號(hào)Vop ； PMOS管(M311)的柵極接入偏置電壓Vbp2，源極連接于PMOS管(M39)的漏極，漏極連接于NMOS管(M313)的漏極且輸出差分輸出信號(hào)Von ； NMOS管(M312)的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管(M33)的漏極，漏極連接于PMOS管(M310)的漏極； NMOS管(M313)的柵極接入偏置電壓Vbn2，源極連接于NMOS管(M34)的漏極，漏極連接于PMOS管(M311)的漏極； NMOS管(M33)的柵極接收差分輸入信號(hào)Vin，源極連接于NMOS管(M36)的漏極，漏極連接于NMOS管(M312)的源極； NMOS管(M34)的柵極接收差分輸入信號(hào)Vip，源極連接于NMOS管(M37)的漏極，漏極連接于NMOS管(M313)的源極； NMOS管(M36)的源極接地，漏極接NMOS管(M33)的源極和NMOS管(M37)的漏極，柵極接入偏置電壓Vbnl ； NMOS管(M37)的源極接地，漏極接NMOS管(M34)的源極和NMOS管(M36)的漏極，柵極接入偏置電壓Vcmfb。3.據(jù)權(quán)利要求2所述的全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，其特征在于， 所述第二支路，進(jìn)一步包括共模反饋模塊，共模反饋模塊的輸入信號(hào)分別為差分輸出信號(hào)Von和Vop,輸出為所述偏置電壓Vcmfb。4.據(jù)權(quán)利要求2或3所述的全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，其特征在于， 所述NMOS管(M312)的漏極連接至第一電容CL的一端，第一電容CL的另一端接地； 所述NMOS管(M313)的漏極連接至第二電容CL的一端，第二電容CL的另一端接地。5.種全差分運(yùn)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李福樂(lè)，李瑋韜，楊昌宜，王志華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：