CN209930214U - 一种用于运放的新型共模电平偏移电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于运放的新型共模电平偏移电路，其中，所述共模电平偏移电路包括三输入运算放大器和自适应电流偏置电路。本实用新型通过所述三输入运算放大器控制所述自适应电流偏置电路的输出始终保持着在预先设定的后续主运放的差分输入对的工作电平；所述自适应电流偏置电路通过对输入差分信号取共模电压，控制N/PMOS压控电流源的切换，以使得在宽的共模输入范围内主运放能正常工作。本实用新型与传统技术相比优点在于电路结构简单，具有恒定的输入偏置电流，增加了主运放的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种用于运放的新型共模电平偏移电路。
背景技术
在集成电路领域，随着mos工艺的发展，电源电压随mos尺寸减小而等比例降低，但mos的阈值电压并不会同比例缩小。一般在设计中，共模电压取1/2Vdd，以保证较好的摆幅和小信号最大输入范围。对于标准CMOS工艺而言，阈值电压一般在0.6-0.7V之间，所以传统的运放最小工作电压一般在1.4V左右以上。然而当电源电压随mos尺寸的减小而降低时，会导致共模电压不足以保证运放能够正常工作。在不提高工艺成本采用低阈值电压的mos管条件下，必须对电路结构进行优化设计，使运放具有与Vdd无关的输入共模电平。
常见的解决方法是在运放输入级增加一个电平偏移电路，传统的一种电平偏移电路如图1所示，通过电阻分压，将输入共模电平被抬高/降低RIbias，且两组放大管在不同的共模区间分别工作，利用反馈将输入共模电压进行钳位，以保证后续主运放工作在固定共模电平上。但这种方法很难保证两组放大管的平滑切换，也很难保证两组放大管匹配和偏置电流相同。当电阻上流过的电流很高时，会导致整个电路进入不稳定状态。
有鉴于此，本实用新型针对现有技术的不足提出一种用于运放的新型共模电平偏移电路，以改善上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于运放的新型共模电平偏移电路，与传统技术相比优点在于电路结构简单，具有恒定的输入偏置电流，增加了主运放的稳定性。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种用于运放的新型共模电平偏移电路，其特征在于：所述共模电平偏移电路包括三输入运算放大器和自适应电流偏置电路。其中，所述三输入运算放大器控制所述自适应电流偏置电路的输出始终保持着在预先设定的后续主运放的差分输入对的工作电平；所述自适应电流偏置电路通过对输入差分信号取共模电压，控制N/PMOS压控电流源的切换，以使得在宽的共模输入范围内主运放能正常工作。
在其中一个实施例中，所述三输入运算放大器包括电流源I1-I2、mos管M13-M20；其中，
电流源I1的一端与电流源I2的一端，且均与电源电压Vdd相接；电流源I1的另一端与mos管M13的漏极、所述自适应电流偏置电路相连；mos管M13的栅极与mos管M16的漏极、mos管M18的源极、mos管M19的源极相连；mos管M13的源极与mos管M14的源极、mos管M15的源极相连，且均接地；mos管M14的栅极与mos管M15的栅极、mos管M17的漏极、mos管M20的源极相连；mos管M14的漏极与mos管M16的源极相连；mos管M15的漏极与mos管M17的源极相连；mos管M16的栅极与mos管M17的栅极相连，且接入偏置电压V2；mos管M18的栅极与所述自适应电流偏置电路相连；mos管M18的源极与mos管M19的源极、mos管M20的源极、电流源I2的另一端相连；mos管M19的栅极与所述自适应电流偏置电路相连。
在其中一个实施例中，所述自适应电流偏置电路包括电流源I3、电阻R1-R6、mos管M1-M12以及比较器；其中，
电阻R1的一端与正输入端、电阻R3的一端、电阻R5的一端相连；电阻R1的另一端与mos管M1的源极、电阻R2的一端、比较器的负输入端相连；电阻R2的另一端与负输入端、电阻R4的一端、电阻R6的一端相连；电阻R3的另一端与mos管M2的源极相连；电阻R4的另一端与mos管M3的源极相连；电阻R5的另一端与mos管M4的源极相连；电阻R6的另一端与mos管M5的源极相连；mos管M1的栅极与mos管M1的漏极、电流源I3的一端、mos管M2的栅极、mos管M3的栅极相连；mos管M2的漏极与mos管M4的源极、mos管M7的漏极、mos管M10的漏极相连；mos管M3的漏极与mos管M5的源极、mos管M6的漏极、mos管M9的漏极相连；mos管M4的栅极与比较器的输出端，mos管M5的栅极相连；mos管M6的源极、mos管M7的源极以及mos管M8的源极均与电源电压Vdd相连；mos管M6的栅极与mos管M7的栅极、mos管M8的栅极、mos管M8的漏极相连，且均接入电流源I4；mos管M9的栅极与mos管M10的栅极相连，且均接入偏置电压V1；mos管M9的源极与mos管M11的漏极、所述三输入运算放大器相连；mos管M10的漏极与mos管M12的漏极、所述三输入运算放大器相连；mos管M11的栅极与mos管M12的栅极相连，且均接入所述三输入运算放大器中；mos管M11的源极与mos管M12的源极相连，且均接地。
附图说明：
图1为传统的共模电平偏移电路示意图；
图2为本实用新型一种用于运放的新型共模电平偏移电路示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式进一步的详细说明。
如图2所示，一种用于运放的新型共模电平偏移电路，其中，所述共模电平偏移电路包括三输入运算放大器和自适应电流偏置电路。本实用新型通过所述三输入运算放大器控制所述自适应电流偏置电路的输出始终保持着在预先设定的后续主运放的差分输入对的工作电平；所述自适应电流偏置电路通过对输入差分信号取共模电压，控制N/PMOS压控电流源的切换，以使得在宽的共模输入范围内主运放能正常工作。
在其中一个实施例中，所述的用于运放的新型共模电平偏移电路，其特征在于，所述三输入运算放大器包括电流源I1-I2、mos管M13-M20；其中，
电流源I1的一端与电流源I2的一端，且均与电源电压Vdd相接；电流源I1的另一端与mos管M13的漏极、所述自适应电流偏置电路相连；mos管M13的栅极与mos管M16的漏极、mos管M18的源极、mos管M19的源极相连；mos管M13的源极与mos管M14的源极、mos管M15的源极相连，且均接地；mos管M14的栅极与mos管M15的栅极、mos管M17的漏极、mos管M20的源极相连；mos管M14的漏极与mos管M16的源极相连；mos管M15的漏极与mos管M17的源极相连；mos管M16的栅极与mos管M17的栅极相连，且接入偏置电压V2；mos管M18的栅极与所述自适应电流偏置电路相连；mos管M18的源极与mos管M19的源极、mos管M20的源极、电流源I2的另一端相连；mos管M19的栅极与所述自适应电流偏置电路相连。
mos管M1采用二极管接法，与mos管M1-M3构成一个电流镜，忽略early效应，mos管M2和mos管M3的直流偏置电流等于mos管M1的直流偏置电流I3；电阻R1和电阻R2采用小电阻，并联得到输入信号Vinp和Vinn的共模电压Vcm；为了电路匹配，一般取R3＝R4＝1/2R1＝1/2R2；当输入信号Vinp和Vinn的共模电压Vcm大于Vsg1时，比较器输出低电平，mos管M1-M3导通，mos管M4-M5断开；随着Vcm变化，由于二极管接法的mos管M1-M3源极电位将跟随Vcm变化，电阻R3-R4两端电压保持恒定；因此只要Vcm足够大，就可以保证mos管M1-M3工作在放大区，同时偏置电流恒定；mos管M4-M5组成一对压控电流源，其栅极受比较器的输出信号控制；输入信号Vinp和Vinn与两对电阻R5、R6构成回路，为了减小此回路对输入信号的影响，电阻R5、R6采取大电阻；当输入信号Vinp和Vinn的共模电压小于预定的工作电压Vref时，比较器的输出信号由低电平被拉至Vdd，使得mos管M1-M3断开，mos管M4-M5导通并向电阻R5-R6提供电流，并通过电阻进行分压，将输入的共模电压由低电位移到高电位。以此，通过共模检测和负反馈来控制P/NMOS压控电流源的切换，实现将输入共模电平稳定在预定工作电压附近，由于电流源的交流小信号内阻很高，因此在此过程中小信号几乎不受影响，将调整后的信号输入到主运放中可以避免共模信号对运放造成的各种影响。
在其中一个实施例中，所述自适应电流偏置电路包括电流源I3、电阻R1-R6、mos管M1-M12以及比较器；其中，
电阻R1的一端与正输入端、电阻R3的一端、电阻R5的一端相连；电阻R1的另一端与mos管M1的源极、电阻R2的一端、比较器的负输入端相连；电阻R2的另一端与负输入端、电阻R4的一端、电阻R6的一端相连；电阻R3的另一端与mos管M2的源极相连；电阻R4的另一端与mos管M3的源极相连；电阻R5的另一端与mos管M4的源极相连；电阻R6的另一端与mos管M5的源极相连；mos管M1的栅极与mos管M1的漏极、电流源I3的一端、mos管M2的栅极、mos管M3的栅极相连；mos管M2的漏极与mos管M4的源极、mos管M7的漏极、mos管M10的漏极相连；mos管M3的漏极与mos管M5的源极、mos管M6的漏极、mos管M9的漏极相连；mos管M4的栅极与比较器的输出端，mos管M5的栅极相连；mos管M6的源极、mos管M7的源极以及mos管M8的源极均与电源电压Vdd相连；mos管M6的栅极与mos管M7的栅极、mos管M8的栅极、mos管M8的漏极相连，且均接入电流源I4；mos管M9的栅极与mos管M10的栅极相连，且均接入偏置电压V1；mos管M9的源极与mos管M11的漏极、所述三输入运算放大器相连；mos管M10的漏极与mos管M12的漏极、所述三输入运算放大器相连；mos管M11的栅极与mos管M12的栅极相连，且均接入所述三输入运算放大器中；mos管M11的源极与mos管M12的源极相连，且均接地。
mos管M20为运算放大器的正相输入端，mos管M18-M19相当于运算放大器的负相输入端；为了减小沟道长度调制效应对电路的影响，负载管M14-M17采用cascode连接方式，且mos管M16-M17与mos管M14-M15的宽长比均为1:1，为了实现电路匹配，流过mos管M18-M20的电流比例为1:1:2；利用运放工作在线性放大区的虚短特性，将运算放大器的三个输入端固定在同一电位上，使输入信号的共模电位能够保持在Vref。
以上所述实施例仅为说明本实用新型的技术及特点，但本实用新型并不局限以上所述的实施例，在不脱离本实用新型原理的前提下，凡是本实用新型申请专利范围所作的等效变化和修饰，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于运放的新型共模电平偏移电路，其特征在于，包括依次电连接的三输入运算放大器和自适应电流偏置电路；其中，
三输入运算放大器，用于控制所述自适应电流偏置电路的输出始终保持着在预先设定的后续主运放的差分输入对的工作电平；
自适应电流偏置电路，用于对输入差分信号取共模，控制N/PMOS压控电流源的切换，以使得在宽的共模输入范围内主运放能正常工作。
2.根据权利要求1所述的用于运放的新型共模电平偏移电路，其特征在于，所述三输入运算放大器包括电流源I1-I2、mos管M13-M20；其中，
电流源I1的一端与电流源I2的一端，且均与电源电压Vdd相接；电流源I1的另一端与mos管M13的漏极、所述自适应电流偏置电路相连；mos管M13的栅极与mos管M16的漏极、mos管M18的源极、mos管M19的源极相连；mos管M13的源极与mos管M14的源极、mos管M15的源极相连，且均接地；mos管M14的栅极与mos管M15的栅极、mos管M17的漏极、mos管M20的源极相连；mos管M14的漏极与mos管M16的源极相连；mos管M15的漏极与mos管M17的源极相连；mos管M16的栅极与mos管M17的栅极相连，且接入偏置电压V2；mos管M18的栅极与所述自适应电流偏置电路相连；mos管M18的源极与mos管M19的源极、mos管M20的源极、电流源I2的另一端相连；mos管M19的栅极与所述自适应电流偏置电路相连。
3.根据权利要求1所述的用于运放的新型共模电平偏移电路，其特征在于，所述自适应电流偏置电路包括电流源I3、电阻R1-R6、mos管M1-M12以及比较器；其中，
电阻R1的一端与正输入端、电阻R3的一端、电阻R5的一端相连；电阻R1的另一端与mos管M1的源极、电阻R2的一端、比较器的负输入端相连；电阻R2的另一端与负输入端、电阻R4的一端、电阻R6的一端相连；电阻R3的另一端与mos管M2的源极相连；电阻R4的另一端与mos管M3的源极相连；电阻R5的另一端与mos管M4的源极相连；电阻R6的另一端与mos管M5的源极相连；mos管M1的栅极与mos管M1的漏极、电流源I3的一端、mos管M2的栅极、mos管M3的栅极相连；mos管M2的漏极与mos管M4的源极、mos管M7的漏极、mos管M10的漏极相连；mos管M3的漏极与mos管M5的源极、mos管M6的漏极、mos管M9的漏极相连；mos管M4的栅极与比较器的输出端，mos管M5的栅极相连；mos管M6的源极、mos管M7的源极以及mos管M8的源极均与电源电压Vdd相连；mos管M6的栅极与mos管M7的栅极、mos管M8的栅极、mos管M8的漏极相连，且均接入电流源I4；mos管M9的栅极与mos管M10的栅极相连，且均接入偏置电压V1；mos管M9的源极与mos管M11的漏极、所述三输入运算放大器相连；mos管M10的漏极与mos管M12的漏极、所述三输入运算放大器相连；mos管M11的栅极与mos管M12的栅极相连，且均接入所述三输入运算放大器中；mos管M11的源极与mos管M12的源极相连，且均接地。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111721986A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-09-29 | 广东省大湾区集成电路与***应用研究院 | 一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路 |
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2019
- 2019-06-10 CN CN201920860211.0U patent/CN209930214U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN111721986A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-09-29 | 广东省大湾区集成电路与***应用研究院 | 一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路 |
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