一種具有高精度和高線性度的跨導運放電路制造技術

本發明專利技術涉及到高精度和高線性的跨導運放電路，包括第一、第二晶體管，它們各自的第一端間連接有一對電阻，一對電阻間的互連節點和電源電壓間連有主電流源。第三晶體管和第三電流源串聯在第一晶體管的第一端和參考電位之間，第一電流輸出晶體管的第一端耦合到第三電流源。第四晶體管和第四電流源串聯在第二晶體管的第一端和參考電位間，第二電流輸出晶體管的第一端耦合到第四電流源。由第一電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第一晶體管的第一和第二端之間的漏源電壓波動，由第二電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第二晶體管的第一和第二端之間的漏源電壓波動。藉由流經第一和第二電流輸出晶體管各自的電流來提供一組差分輸出電流。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術主要涉及工業級的運放電路，確切地說，提出了一種跨導運放電路，至少將差分輸入晶體管的漏極和源極間電壓基本固定，抑制漏極和源極間電壓的二階效應和避免共模噪聲的干擾，藉此實現一種高精度和高線性的跨導運放電路。
技術介紹
精度要求高的傳統跨導電路(Gm-cell)廣泛應用在儀表運放電路中，也還常常應用在跨導濾波器(Gm-Cfilter)之中，現有的跨導運放電路對高精度要求的工業級的儀表運放來說至少存在以下幾個缺陷：當需要實現微伏級別的信號檢測時，傳統的跨導電路因為對共模抑制比(CMRR)的共模噪聲壓制不夠好，導致跨導電路的精度控制不夠。當需要運用儀表運放對微伏級別的各種信號進行放大處理時，傳統的跨導電路的線性度控制不夠而不足以進行線性放大。傳統的跨導電路的經過失配較正后，所含的調制電阻在不同溫度下的漂移太大，導致電阻的精度不夠(例如無法實現16位的精度)。在圖1所示的跨導運放應用電路中，在理想狀態下，分壓器RGAIN和RFB對輸出的一個電壓VOUT進行分壓，產生一個反饋電壓VFB。運放GM1的一個輸入端接收電壓VIN另一個輸入端接地，運放GM1的一對輸出端分別耦合到運放GM_D2S的一對輸入端。同樣運放GM2的一個輸入端接收反饋電壓VFB另一個輸入端接地，運放GM2的一對輸出端分別耦合到GM_D2S的一對輸入端，最終在GM_D2S的輸出端產生電壓VOUT。因為負反饋的作用，VOUT＝(Gm1/Gm2)*(1+RGIAN/RFB)*VIN，需要運放GM1和GM2各自的跨導系數Gm1和Gm2相互匹配，而且運放GM_D2S的的跨導Gain_D2S足夠高，這種儀表運放廣泛用于傳感器信號檢測、電池容量監控和醫療設備中。由此我們可以知道該公式要求跨導系數十分精確才能符合要求，提供高精度的跨導運放是我們的目的之一。
技術實現思路
在一個實施例中，本專利技術披露了一種跨導運放電路：第一晶體管M11和第二晶體管M21作為一對差分/差動輸入對，第一晶體管M11的第一端(如源極)和第二晶體管M21的第一端(如源極)之間連接有一對電阻Re1～Re2，圖中是以PMOS類型的第一晶體管M11和第二晶體管M21為例；該一對電阻Re1～Re2間相連的一個互連節點N1和一個電源電壓VDD之間連有一個主電流源ITO，并且第一晶體管M11的第二端(如漏極)與一個參考電位(如GND)之間連接有一個第一電流源I11，第二晶體管M21的第二端(如漏極)與參考電位之間連接有一個第二電流源I21；一個第三晶體管M12和一個第三電流源I12串聯在第一晶體管M11的第一端和參考電位之間，一個第一電流輸出晶體管M13的第一端(如源極)耦合到第三電流源I12，使流經第三晶體管M12和第一電流輸出晶體管M13各自的電流均匯流到第三電流源I12；圖中是以PMOS類型的第三晶體管M12和NMOS類型的第一電流輸出晶體管M13為例；第三晶體管M12的第一端(例如源極)連到第一晶體管M11的第一端，第三晶體管M12的第二端(例如漏極)和第一電流輸出晶體管M13的第一端相連，第三電流源I12連接在第三晶體管M12的第二端和參考電位之間；一個第四晶體管M22和一個第四電流源I22串聯在第二晶體管M21的第一端和參考電位之間，一個第二電流輸出晶體管M23的第一端(如源極)耦合到第四電流源I22，使流經第四晶體管M22和第二電流輸出晶體管M23各自的電流均匯流到第四電流源I22；圖中是以PMOS類型的第四晶體管M22和NMOS類型的第二電流輸出晶體管M23為例；第四晶體管M22的第一端(例如源極)連到第二晶體管M21的第一端，第四晶體管M22的第二端(例如漏極)和第二電流輸出晶體管M23的第一端相連，第四電流源I22連接在第四晶體管M22的第二端和參考電位之間；一個第一電壓跟隨電路，由第一電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第一晶體管M11的第一端和第二端之間的電壓VDS波動；一個第二電壓跟隨電路，由第二電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第二晶體管M21的第一端和第二端之間的電壓VDS波動；在第一電流輸出晶體管M13的控制端施加偏置電壓VB1，在第二電流輸出晶體管M23的控制端施加偏置電壓VB2，藉由流經第一、第二電流輸出晶體管M13、M23各自的電流來提供一組雙端輸出電流。上述的跨導運放電路，所述第一電壓跟隨電路還包括一個第一運算放大器A1和一個驅動晶體管M14以及一個第一有源負載102電路；第一運算放大器A1的正相端耦合到第一晶體管M11的控制端、第一運算放大器A1的反相端耦合到該驅動晶體管的第一端(如源極)，且該第一有源負載102連接在該驅動晶體管M14的第二端(如漏極)和電源電壓VDD之間；驅動晶體管M14的第一端同時還耦合到第一晶體管M11的第二端(如漏極)，并且該驅動晶體管M14由該第一運算放大器A1輸出的電壓驅動，也即第一運算放大器A1的輸出端連接到驅動晶體管M14的柵極控制端。上述的跨導運放電路，第一運算放大器A1的正相端通過一個電平轉換單元101耦合到第一晶體管M11的控制端(或者說電壓VINP通過電平轉換單元101進行電壓轉換后再輸送到第一運算放大器A1的正相端)，由電平轉換單元101將輸入至第一晶體管的控制端的電壓VINP向上或向下偏移一個預定值后再輸送到第一運算放大器A1的正相端。上述的跨導運放電路，包括用于驅動所述第三晶體管M12的第一級放大電路103，第一級放大電路103具有與第一有源負載102電路構成鏡像電路的負載晶體管(例如晶體管M103a和晶體管M103b)，第一級放大電路103還具有連接在負載晶體管(M103a和M103b)與參考電位(如GND)之間的第五電流源I13；其中第三晶體管M12的控制端如柵極耦合到負載晶體管(M103a和M103b)與該第五電流源I13之間相連的一個節點N2處。上述的跨導運放電路，所述第一有源負載102具有串接在電源電壓VDD和該驅動晶體管M14的第二端(如漏極)之間的多個級聯晶體管(例如M102a和M102b)；而且串接在一起的多個所述級聯晶體管(如M102a和M102b)的數量和多個所述負載晶體管(例如晶體管M103a和M103b)的數量一致，并且一個所述負載晶體管(如M103a)對應和一個所述級聯晶體管(如M102a)以控制端互連的方式設置，一個所述負載晶體管(如M103b)對應和一個所述級聯晶體管(如M102b)以控制端互連的方式設置；以及多個所述級聯晶體管中至少設置一個晶體管(如M102a)的控制端如柵極連接到所述驅動晶體管M14的第二端如漏極，此時負載晶體管M103a和級聯晶體管M102a的柵極互連所以M103a的柵極自然也連到晶體管M14的第二端如漏極，其他的所述級聯晶體管(如M102b)的控制端對應施加有偏壓VB3，此時負載晶體管M103b和級聯晶體管M102b的柵極互連所以M103b的柵極自然也施加有偏壓VB3。上述的跨導運放電路，所述第二電壓跟隨電路還包括一個第二運算放大器A2和一個驅動晶體管M24以及一個第二有源負載202電路；第二運算放大器A2的正相端耦合到第二晶體管M21的控制端、第二運算放大器A2的反相端耦合到該驅動晶體管M24的第一端(如源極)，且該第二有源負載202連接在該驅動晶體管M本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種跨導運放電路，其特征在于，包括：作為差分輸入對的第一、第二晶體管，它們各自的第一端之間連接有一對電阻，并且該一對電阻間的互連節點和一個電源電壓之間連有一個主電流源，以及第一、第二晶體管各自的第二端與一個參考電位之間分別連有第一、第二電流源；一個第三晶體管和一個第三電流源串聯在第一晶體管的第一端和參考電位之間，一個第一電流輸出晶體管的第一端耦合到第三電流源，使第三晶體管和第一電流輸出晶體管各自的電流均匯流到第三電流源；一個第四晶體管和一個第四電流源串聯在第二晶體管的第一端和參考電位之間，一個第二電流輸出晶體管的第一端耦合到第四電流源，使第四晶體管和第二電流輸出晶體管各自的電流均匯流到第四電流源；一個第一電壓跟隨電路，由該第一電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第一晶體管的第一、第二端之間的電壓波動；一個第二電壓跟隨電路，由該第二電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第二晶體管的第一、第二端之間的電壓波動；其中在第一、第二電流輸出晶體管各自的控制端施加偏置電壓，并藉由流經第一、第二電流輸出晶體管各自的電流來提供一組輸出電流。

【技術特征摘要】
1.一種跨導運放電路，其特征在于，包括：作為差分輸入對的第一、第二晶體管，它們各自的第一端之間連接有一對電阻，并且該一對電阻間的互連節點和一個電源電壓之間連有一個主電流源，以及第一、第二晶體管各自的第二端與一個參考電位之間分別連有第一、第二電流源；一個第三晶體管和一個第三電流源串聯在第一晶體管的第一端和參考電位之間，一個第一電流輸出晶體管的第一端耦合到第三電流源，使第三晶體管和第一電流輸出晶體管各自的電流均匯流到第三電流源；一個第四晶體管和一個第四電流源串聯在第二晶體管的第一端和參考電位之間，一個第二電流輸出晶體管的第一端耦合到第四電流源，使第四晶體管和第二電流輸出晶體管各自的電流均匯流到第四電流源；一個第一電壓跟隨電路，由該第一電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第一晶體管的第一、第二端之間的電壓波動；一個第二電壓跟隨電路，由該第二電壓跟隨電路輸出的電壓鉗制第二晶體管的第一、第二端之間的電壓波動；其中在第一、第二電流輸出晶體管各自的控制端施加偏置電壓，并藉由流經第一、第二電流輸出晶體管各自的電流來提供一組輸出電流。2.根據權利要求1所述的跨導運放電路，其特征在于，所述第一電壓跟隨電路還包括一個第一運算放大器和一個驅動晶體管以及一個第一有源負載；第一運算放大器的正相端耦合到第一晶體管的控制端、反相端耦合到該驅動晶體管的第一端，且該第一有源負載連接在該驅動晶體管的第二端和電源電壓之間；該驅動晶體管的第一端同時還耦合到所述第一晶體管的第二端，并且該驅動晶體管由該第一運算放大器輸出的電壓驅動。3.根據權利要求2所述的跨導運放電路，其特征在于，所述第一運算放大器的正相端通過一個電平轉換單元耦合到第一晶體管的控制端，由該電平轉換單元將輸入至第一晶體管的控制端的電壓向上或向下偏移一個預定值后再輸送到第一運算放大器的正相端。4.根據權利要求2所述的跨導運放電路，其特征在于，還包括用于驅動所述第三晶體管的一個第一級放大電路，其具有與所述第一有源負載構成鏡像電路的負載晶體管，和具有連接在負載晶體管與所述參考電位之間的第五電流源；其中所述第三晶體管的控制端耦合到負載晶體管與該...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉慧博，許明偉，
申請(專利權)人：浙江芯邁電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33