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一种宽带轨对轨运算放大器设计
来源:本站整理  作者:佚名  2011-09-10 07:35:46



1.2 输入级的设计

  非恒定跨导是轨对轨运放中存在的主要问题之一,实现恒跨导的方法有多种。其中电平移位法需要及时调整,具有电路不稳定的缺点。齐纳二极管恒压法可以节约芯片面积,降低功耗,但对跨导控制不是很理想。最大电流选择法的电路设计比较复杂。本文采用电流镜改变互补差分对管的尾电流来实现恒跨导。

  通过电流镜改变互补差分对管的尾电流来使跨导恒定。基于式(2),式(3),可采用3倍电流镜和电流开关使2个差分对管单独工作时的电流为原来单独导通时的4倍,这样整个输入级的跨导就可以保持恒定。通过给开关管加固定偏压来控制输入差分对管尾电流的变化,进行偏压选取,使尾电流的变化和输入电压同步变化。

  

轨对轨运算放大器电路

  运算放大器整个电路组成如图2所示,在输入级中,PMOS差分对M1,M2和NMOS差分对M3,M4组成互补差分对,2个开关管M5,M8分别控制3倍电流镜M6,M7和M9,M10产生4倍尾电流,控制电路的输入差分对管尾电流。MOS管M51,M52,M53以及电压源VB1,VB2,电流源IB1组成偏置电路,给M5提供所需电压。当Vcm接近于Vss时,M1,M2,M3导通,M5截止,则尾电流经开关管M8和3倍电流镜M9,M10给PMOS差分对提供4倍尾电流;当Vcm接近于Vdd时,M3,M4,M5导通,M8截止,则尾电流经开关管M5和3倍电流镜M6,M7给PMOS差分对提供4倍尾电流;当Vcm处于中间状态时,开关管M5,M8均截止,此时仅MOS管MA,MB作为电流源提供尾电流。从而,可以得到恒定的跨导。

  2 输出级

  2.1 AB类输出级

  运算放大器的输出级可在允许失真范围内将功率传输给负载,对高性能运放来讲,要求输出级可以向负载传输正、负双向电流,提供尽可能大的输出电压摆幅,同时要求拥有高的效率、小的失真及良好的频率特性。因此,为了最大效率地利用电源,输出级必须具有大的输出摆幅和尽可能小的静态电流。为此可采用AB类的输出级。

  AB类输出级结合了A类和B类优点,在静态功耗及输出电流方面做出了折衷,大大减小了交越失真,同时实现了较大的输出电流。为了减少芯片面积,可将AB类驱动电路放入折叠共源共栅求和电路中去,由于浮动AB类控制器可以产生有别于供电电压的静态电流,在输出级中采用叠接二极管电路,可以对AB类控制器产生栅压偏置。如图2所示。浮动电流源M21,M22对于折叠共源共栅电流求和电路和AB类控制器产生偏置,其与图3所示的AB类驱动电路中M19,M20有着相同的结构,这样,输出管M27,M28的静态电流不会受到输入共模电压的影响。

  

运算放大器的AB类输出级

  由于MOS晶体管的栅源电压的限制,为了获得轨对轨的输出范围,在输出级使用共源级的晶体管是必须的。图3所示的为该运算放大器的AB类输出级,M21,M22,IB5和M28,M24,IB8分别提供晶体管M20,M19的栅极偏置电压。M25,M26的静态电流分别由M21,M22,M20,IB7,IB6,IB5和M23,M24,M19,IB7,IB6,IB8确定;输出级工作时M25,M26的栅极电压差是稳定的,并以此来保证该输出级为AB类输出级。该输出级的缺点是输出管M25,M26的静态电流会受到输入共模电压的影响。图2中采用MOS管M31~M35,M26,M27组成的偏置电路来提供电路所需电流。

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