專利名稱：一個放大的高增益、很寬共模范圍、自偏置運算放大器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的實施例涉及模擬電路，并且更特別地涉及運算放大器。
背景技術(shù)：
許多現(xiàn)有技術(shù)的CMOS(互補金屬氧化物半導體)運算放大器依賴外部偏置以便在飽和區(qū)中對在運算放大器中擔任電流源(或有源負載)的各個FET(場效應晶體管)進行偏置。可是，外部偏置可能對加工技術(shù)、電源電壓以及溫度很敏感。此外，因為運算放大器的總增益和輸出電阻二者可能都很高并難以精確模擬，所以零差動輸入電壓的輸出節(jié)點電壓很難預知。一般來說，這些節(jié)點電壓對于零差動輸入電壓應該為或者接近Vcc/2，在此，Vcc是電源電壓。
其它現(xiàn)有技術(shù)運算放大器已經(jīng)利用具有負反饋的自偏置的各種方法，所以輸出節(jié)點電壓名義上地在Vcc/2處。可是，對于一些現(xiàn)有技術(shù)運算放大器，外部偏置沒有被完全消除，另外一些運算放大器，用作為電流源的一些或所有的FET在它們的線性區(qū)域中被偏置，而不是在它們的飽和區(qū)中被偏置，這導致較小的電壓增益。本發(fā)明要克服這些問題。


圖1是在本發(fā)明實施例中被使用作為一個結(jié)構(gòu)模塊的放大器電路。
圖2是包括了圖1電路的本發(fā)明實施例的一個電路。
最佳實施方式在描述本發(fā)明完整的實施例之前，考慮圖1的第一電路從教育學上講是有用的。這樣的目的是兩方面的。首先，圖1的電路為本發(fā)明一些(但是不是全部)實施例提供一個結(jié)構(gòu)模塊。第二，它有助于理解本發(fā)明實施例的一些電路原理。
圖1是一個自偏置運算放大器的電路，并且是本申請的發(fā)明者所發(fā)明的序列號為XXXXXX、申請日為XXXX標題為″A High Gain，VeryWide Common Mode Range，Self-Biased Operational Amplifier″(一個高增益、很寬共模范圍、自偏置運算放大器)的美國專利申請的主題，并且被受讓給本申請相同的受讓人。圖1的運算放大器可以被認為是一個跨導放大器，其中，響應于輸入節(jié)點102和104處的一個差動電壓，一個小信號電流被提供給一個負載。圖1中的負載可以被采用作為與晶體管6B平行的晶體管5B的輸出電阻。圖1的運算放大器是自偏置，因為不需要外部偏置。
晶體管1A和1B是源極彼此相連的晶體管第一差動對的pMOSFET(p溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管)，而晶體管2A和2B源極彼此相連的第二差動對的nMOSFET。兩個差動對彼此互補，因為它們包括具有互補載流子類型的晶體管，即，晶體管1A和1B是P載流子類型而晶體管2A和2B是n載流子類型。晶體管1A和2A的柵極被連接到輸入節(jié)點102，而晶體管1B和2B的柵極被連接到輸入節(jié)點104。
晶體管3發(fā)出偏置電流給差動對1A和1B。晶體管8A和8B包括一個電流鏡。晶體管8A吸收來自晶體管1A和6A中的偏置電流，并且晶體管8B吸收來自晶體管1B和6B中的偏置電流。由晶體管3發(fā)出的偏置電流在幅度上相等被晶體管1A和1B吸收的偏置電流和。當節(jié)點102和104之間的差動電壓為零時，晶體管8A和8B吸收相等的偏置電流。
同樣地，晶體管7A和7B包括一個電流鏡。晶體管7A發(fā)出偏置電流給晶體管2A和5A，而晶體管7B發(fā)出偏置電流給晶體管2B和5B。晶體管4吸收來自差動對2A和2B中的偏置電流。被晶體管4吸收的偏置電流在幅度上等于被晶體管2A和2B發(fā)出的偏置電流和。當節(jié)點102和104之間的差動電壓為零時，晶體管7A和7B發(fā)出相等的偏置電流。
晶體管7A的柵極被連接到它的漏極，而且連接到晶體管3和7B的柵極。因為晶體管7A的柵極被連接到它的漏極，所以只要它的柵源電壓VGS負于VTP(pMOSFET門限電壓)則它在它的飽和區(qū)中被偏置。因此，在VTP的裕度之內(nèi)，晶體管3和7B也在它們的飽和區(qū)中被偏置。同樣地，晶體管8A的柵極被連接到它的漏極，而且還被連接到晶體管4和8B的柵極。因為晶體管8A的柵極被連接到它的漏極，所以只要它的柵源電壓VGS比VTN(nMOSFET門限電壓)正，則它在它的飽和區(qū)中被偏置。因此，在VTN的裕度之內(nèi)，晶體管4和8B也在它們的飽和區(qū)中被偏置。
晶體管2B和5B被安排作為一個疊加共射共基放大器對(folded-cascode pair)。晶體管5B是一個pMOSFET，所以疊加共射共基放大器對2B和5B由具有互補載流子類型的晶體管組成。共射共基放大器晶體管5B提供阻抗轉(zhuǎn)換。也就是說，節(jié)點112處的阻抗比節(jié)點106處的阻抗小很多。同樣地，晶體管1B和6B被安排作為具有互補載流子類型的一個疊加共射共基放大器對，在此，節(jié)點114處的阻抗比節(jié)點106處的阻抗小許多。共射共基放大器晶體管5B和6B的使用提供一個高的輸出阻抗，它幫助提供一個高的放大器增益，因為增益由輸入跨導和輸出阻抗的乘積來確定。
晶體管5A和2A，和晶體管6A和1A被安排作為具有互補載流子類型的疊加共射共基放大器對。晶體管5A的柵極與其漏極相連，而晶體管6A的柵極與其漏極相連，因此；晶體管5A和6A在它們的飽和區(qū)中被偏置。在同一電勢上的晶體管5A和6A的柵極和漏極被連接到晶體管5B和6B的柵極，從而偏置晶體管5B和6B。
圖1放大器的互補配置提供了一個非常寬的共模操作范圍，原因如下。如果共模輸入電壓為低如此以致晶體管2A和2B位于切斷狀態(tài)，那么晶體管1A和1B將仍然在開啟并且將繼續(xù)放大。反過來，如果共模輸入電壓為高如此以致晶體管1A和1B位于切斷狀態(tài)，那么晶體管2A和2B將仍然在開啟并且將繼續(xù)放大。用這種方式，圖1的放大器將提供在一個寬共模輸入電壓范圍上的放大系數(shù)。
圖1放大器的自偏置配置引起穩(wěn)定各個偏壓的負反饋環(huán)路。在處理參數(shù)或操作條件中的把偏壓偏離它們標稱值的那些變化導致偏壓中的一個偏移使得自動修正。
此外，圖1實施例的自偏置配置也有助于它的差動增益，現(xiàn)在逐步說明如下。假定輸入節(jié)點102達到高(HIGH)而輸入節(jié)點104達到低(LOW)。小信號電流由晶體管2A和1A分別從節(jié)點108和110被引出，并且小信號電流由晶體管2B和1B分別引入節(jié)點112和114。隨著小信號電流被引入節(jié)點112和114，更多電流將被發(fā)到晶體管5B中，并且更少的電流將從晶體管6B中被吸收，結(jié)果，節(jié)點106將達到高(HIGH)。另外，因為小信號電流從節(jié)點108和110中被引出，所以這些節(jié)點達到低(LOW)。因為晶體管3和7B的柵極被連接到節(jié)點108，所以它們傳導更強，從而引起節(jié)點106處的電壓甚至達到更高。此外，因為晶體管4和8B的柵極被連接到節(jié)點110，這些晶體管傳導更弱，從而也引起節(jié)點106處的電壓仍然達到甚至更高。
現(xiàn)在考慮圖2的電路，它是本發(fā)明的一個實施例。正如從圖1和2的檢查中是清楚的，圖2的電路與圖1電路具有許多相似性。因此，圖2中的組件用與圖1中它們相應組件相同的方式被標記?？墒牵⒁鈭D2中，晶體管5B和6B的柵極不被晶體管5A和6A的柵極偏置，而是圖1是這種情況。而是在圖2中，晶體管5B的柵極被放大器202的輸出所偏置，并且晶體管6B的柵極被放大器204的輸出所偏置。
放大器202和204為高增益、具有高輸入阻抗的電壓放大器(例如，運算放大器)，電壓增益表示為av。放大器202使非倒相輸入節(jié)點206連接到晶體管7B的柵極，并且使倒相輸入節(jié)點208連接到節(jié)點112。放大器204使非倒相輸入節(jié)點210連接到晶體管8B的柵極，并且使倒相輸入節(jié)點212連接到節(jié)點114。在圖2的實施例中，放大器202和204具有相同的增益av，雖然這對于其它實施例來說并不需要。
在圖1的電路中，圖2的電路具有包括晶體管1A和1B的第一差動對和包括晶體管2A和2B的第二差動對；晶體管1B和6B、2B和5B、1A和6A以及2A和5A的各個對每一個都被安排作為一個疊加共射共基放大器對。晶體管3把電流供給晶體管1A和1B的源極，而晶體管4吸收來自晶體管2A和2B的源極中的電流。晶體管7A、3和7B被自偏置，在此晶體管7A它的飽和區(qū)中被自偏置。同樣地，晶體管8A、4和8B被自偏置，在此晶體管8A在它的飽和區(qū)中被自偏置。晶體管5A和6A在它們的飽和區(qū)中被自偏置。
圖1電路關(guān)于自偏置優(yōu)點的逐步說明以及它對高放大器增益的貢獻對圖2的電路繼續(xù)體現(xiàn)，并將在描述圖2時不被重復?？墒?，依靠放大器202和204，圖2電路的放大器增益可以比圖1的大許多。事實上，下面要說明圖2放大器增益是圖1放大器增益的av倍。也就是說，a表示圖1放大器的小信號增益并且aB表示圖2放大器的小信號增益，表達如下aB＝ava。(1)首先考慮圖1的電路。增益a由a＝gmrout(2)給出，在此gm是放大器跨導而rout是放大器小信號輸出阻抗。放大器輸出電阻等于在晶體管6B為打開電路時節(jié)點106處的小信號輸出阻抗平行于在晶體管5B為打開電路時節(jié)點106處的小信號輸出阻抗的組合。前者和后者的輸出電阻分別地表示為rout5和rout6，放大器輸出電阻可以被表示成rout＝rout5||rout6(3)輸出電阻rout5的一個近似表達式可以如下被導出。在看入放大器的這個方向上，讓vout表示輸出節(jié)點106處的小信號輸出電壓，并且讓iout5表示節(jié)點106處的小信號電流。讓Vs5表示晶體管5B源極(節(jié)點112)處的小信號電壓，讓rds5表示晶體管5B的漏源電阻，并且讓gm5表示晶體管5B的跨導。做出一個近似，自偏置性質(zhì)在晶體管5B柵極處提供了一個幾乎恒定偏壓，晶體管5B的小信號柵源電壓等于負Vs5。用vs5代替晶體管5B小信號柵源電壓的晶體管5B的低頻小信號等效電路產(chǎn)生iout=-gm5vs5+vout-vs5rds5.---(4)]]>讓rds2表示晶體管2B的漏源電阻。因為晶體管7B可以被近似為一個恒流源，所以通過晶體管2B的小信號電流等于iout。利用此近似以及晶體管2B的源電壓為零的這樣一個近似，并且注意節(jié)點104處的電壓被保持恒定以便計算輸出電阻，晶體管2B的低頻小信號等效電路產(chǎn)生iout=vs5rds2.---(5)]]>同時為vout解方程式(4)和(5)，產(chǎn)生vout=vs5rds2(rds5+rds2+gm5rds5rds2).---(6)]]>輸出電阻rout5為rout5＝vout/iout5’(7)把由方程式(5)為iout給出的表達式和由方程式(6)為vout給出的表達式代替方程式(7)產(chǎn)生rout5＝rds5+rds2+gm5rds5rds2≈gm5rds5rds2. (8)對于rout6的一個類似的解析給出
rout6≈gm6rds6rds1’(9)在此，gm6和rds6分別是晶體管6B的跨導和漏源電阻，而rds1是晶體管1B的漏源電阻。
現(xiàn)在考慮圖2的運算放大器。由于在1和2之間的相似性，圖1和圖2的放大器具有本質(zhì)上相同的跨導，因此圖2的方程式(2)現(xiàn)在變成aB＝gm1rout’(10)在此，方程式(10)中的rout現(xiàn)在是圖2放大器的輸出電阻。再一次，將為圖2的放大器保留方程式(3)，其中，現(xiàn)在rout5和rout6分別是當晶體管6B和5B為打開電路時圖2放大器的輸出電阻。
因此，放大器增益按照rout5和rout6放大，并且通過說明圖2放大器的rout5和rout6每個都分別是圖1放大器的rout5和rout6的av倍來執(zhí)行方程式(1)。這很容易執(zhí)行，注意圖2中晶體管5B的柵源電壓Vg5現(xiàn)在通過vgs5＝-avvs5-vs5＝-vs5(1+av). (11)來給出。
把方程式(11)應用于晶體管5B的低頻小信號電路產(chǎn)生方程式(12)等同于方程式(4)--如果方程式(4)中的gm5用gm5(1+av)替換的話。因此，圖2放大器的rout5和rout6通過rout5≈gm5(1+av)rds5rds2≈gm5avrds5rds2(13)和rout6≈gm6avrds6rds1’(14)被分別給出，并且方程式(1)因此執(zhí)行。
在一個實施例中，放大器202和204每一個都在結(jié)構(gòu)上等價于圖1的自偏置運算放大器，因此，方程式(1)變成aB＝a2(15)也就是說，放大器202和204等于圖1的自偏置運算放大器，則圖2的運算放大器增益為圖1中增益的平方。此外，放大器202和204等于圖1的自偏置運算放大器，則圖2的運算放大器被完全自偏置。
圖1放大器的模擬結(jié)果獲得一個91.8dB的增益，而圖2放大器的仿真結(jié)果，由于放大器202和204等于圖1的，則獲得一個181.7dB的，適合方程式(15)。
除了達到很高的增益，圖2的放大器還具有一個非常寬的共模操作范圍。這從按照與參考圖1所描述的大致相同的方式來在圖2中放大器互補結(jié)構(gòu)中執(zhí)行。
不偏離如下所要求的本發(fā)明的范圍可以對所述實施例進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種放大器，包括包括第一和第二晶體管的第一差動對；第一共射共基放大器晶體管，耦合到第一差動對的第一晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；包括第一和第二晶體管的第一電流鏡，用來分別地吸收來自第一差動對的第一和第二晶體管中的電流，其中，第一電流鏡的第一晶體管被耦合來吸收來自第一共射共基放大器中的電流；和第一放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，耦合到第一差動對的第一晶體管；一個非倒相輸入節(jié)點，耦合到第一電流鏡的第一晶體管；和一個輸出節(jié)點，耦合來控制第一共射共基晶體管中的電流流量。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，第一電流鏡的第二晶體管被耦合來在飽和時被偏置，并且被耦合來在一個偏壓處偏置第一電流鏡的第一晶體管和第一放大器的非倒相輸入節(jié)點。
3.如權(quán)利要求1所述的放大器，還包括包括第一和第二晶體管的第二差動對；第二共射共基放大器晶體管，耦合到第二差動對的第一晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；包括第一和第二晶體管的第二電流鏡，用來分別地把電流供給第二差動對的第一和第二晶體管，其中，第二電流鏡的第一晶體管被耦合來把電流供給第二共射共基放大器晶體管；和第二放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，耦合到第二差動對的第一晶體管；一個非倒相輸入節(jié)點，耦合到第二電流鏡的第一晶體管；和一個輸出節(jié)點，耦合來控制第二共射共基晶體管中的電流流量。
4.如權(quán)利要求3所述的放大器，還包括具有一個電壓的第一節(jié)點，其中，被第一差動對的第一晶體管和第一共射共基放大器晶體管供給第一節(jié)點的電流和等于被第一電流鏡的第一晶體管從第一節(jié)點中吸收的電流，其中，第一放大器的倒相輸入節(jié)點響應于第一節(jié)點的電壓；和具有一個電壓的第二節(jié)點，其中，被第二差動對的第一晶體管和第二共射共基放大器晶體管從第二節(jié)點中吸收的電流和大體上等于被第二電流鏡的第一晶體管供給第二節(jié)點的電流，其中，第二放大器的倒相輸入節(jié)點響應于第二節(jié)點的電壓；其中，第一電流鏡的第二晶體管被耦合來在飽和時被偏置，并且被耦合來在一個偏壓處偏置第一電流鏡的第一晶體管和第一放大器的非倒相輸入節(jié)點；和第二電流鏡的第二晶體管被耦合來在飽和時被偏置，并且被耦合來在第二偏壓處偏置第二電流鏡的第一晶體管和第二放大器的非倒相輸入節(jié)點。
5.如權(quán)利要求4所述的放大器，還包括第一偏置晶體管，用來提供偏置電流給第一差動對的第一和第二晶體管，其中，第二電流鏡的第二晶體管被耦合來偏置第一偏置晶體管；和第二偏置晶體管，用來吸收來自第二差動對的第一和第二晶體管中的偏置電流，其中，第一電流鏡的第二晶體管被耦合來偏置第二偏置晶體管。
6.如權(quán)利要求5所述的放大器，還包括第三共射共基放大器晶體管，耦合到第一差動對的第二晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；和第四共射共基放大器晶體管，耦合到第二差動對的第二晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；其中，第三和第四共射共基放大器晶體管被耦合來在飽和時被偏置。
7.一個運算放大器，提供一個輸出電壓作為第一和第二輸入電壓差值的放大輸出，所述運算放大器包括在第一輸入電壓處的第一輸入節(jié)點；在第二輸入電壓處的第二輸入節(jié)點；在輸出電壓處的一個輸出節(jié)點；包括第一和第二晶體管的第一差動對；第一共射共基放大器晶體管，耦合到第一差動對的第一晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；包括第一和第二晶體管的第二差動對；其中第一和第二差動對的第一晶體管被耦合到響應于第一輸入電壓的第一輸入節(jié)點，并且第一和第二差動對的第二晶體管被耦合到響應于第二輸入電壓的第二輸入節(jié)點；第二共射共基放大器晶體管，耦合到第二差動對的第一晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；包括第一和第二晶體管的第一電流鏡，用來分別地吸收來自第一差動對的第一和第二晶體管中的電流，其中，第一電流鏡的第一晶體管被耦合來吸收來自第一共射共基放大器晶體管中的電流；包括第一和第二晶體管的第二電流鏡，用來分別地把電流供給第二差動對的第一和第二晶體管，其中，第二電流鏡的第一晶體管被耦合來把電流供給第二共射共基放大器晶體管；第一運算放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，耦合到第一差動對的第一晶體管；具有一個非倒相輸入，耦合到第一電流鏡的第一晶體管；并且具有一個輸出節(jié)點，耦合來控制第一共射共基運算晶體管中的電流流量；和第二運算放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，耦合到第二差動對的第一晶體管；具有一個非倒相輸入，耦合到第二電流鏡的第一晶體管；并且具有一個輸出節(jié)點，耦合來控制第二共射共基晶體管中的電流流量；其中，第一和第二共射共基放大器晶體管被耦合到提供輸出電壓的輸出節(jié)點。
8.如權(quán)利要求7所述的運算放大器，其中第一差動對的第一和第二晶體管、第二共射共基放大器晶體管以及第二電流鏡的第一和第二晶體管是pFET；和第二差動對的第一和第二晶體管、第一共射共基放大器晶體管以及第一電流鏡的第一和第二晶體管為nFET。
9.如權(quán)利要求7所述的放大器，還包括第一晶體管，把偏置電流供給第一差動對的第一和第二晶體管對；第二偏置晶體管，用來吸收來自第二差動對的第一和第二晶體管中的偏置電流；第三共射共基放大器晶體管，耦合到第一差動對的第二晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；和第四共射共基放大器晶體管，耦合到第二差動對的第二晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對。
10.如權(quán)利要求9所述的運算放大器，其中第一差動對的第一和第二晶體管、第二共射共基放大器晶體管、第二電流鏡的第一和第二晶體管、第一偏置晶體管以及第四共射共基放大器晶體管是pFET；和第二差動對的第一和第二晶體管、第一共射共基放大器晶體管、第一電流鏡的第一和第二晶體管、第二偏置晶體管以及第三共射共基放大器晶體管為nFET。
11.如權(quán)利要求9所述的運算放大器，其中第一和第二電流鏡的第二晶體管以及第三和第四共射共基放大器晶體管在飽和時被耦合；第一電流鏡的第二晶體管被耦合來偏置第二偏置晶體管、第一電流鏡的第一晶體管以及第一運算放大器的非倒相輸入節(jié)點； 和第二電流鏡的第二晶體管被耦合來偏置第一偏置晶體管、第二電流鏡的第一晶體管以及第二運算放大器的非倒相輸入節(jié)點。
12.如權(quán)利要求11所述的運算放大器，還包括具有一個電壓的第一節(jié)點，其中，被第一差動對的第一晶體管和第一共射共基放大器晶體管供給第一節(jié)點的電流和等于被第一電流鏡的第一晶體管從第一節(jié)點中吸收的電流，其中，第一放大器的倒相輸入節(jié)點響應于第一節(jié)點的電壓；和具有一個電壓的第二節(jié)點，其中，被第二差動對的第一晶體管和第二共射共基放大器晶體管從第二節(jié)點中吸收的電流和大體上等于被第二電流鏡的第一晶體管供給第二節(jié)點的電流，其中，第二放大器的倒相輸入節(jié)點響應于第二節(jié)點的電壓；
13.一種運算放大器，包括包括第一載流子類型的第一和第二晶體管的第一差動對，每一個單極晶體管具有一個漏極、一個柵極以及一個源極；與第一載流子類型互補的第二載流子類型的第一共射共基放大器單極晶體管，具有一個柵極，具有一個漏極，并且具有一個連接到第一差動對的第一晶體管漏極上的一個源極；第一電流鏡，包括第二載流子類型的第一和第二晶體管，每一個單極晶體管具有一個柵極、一個漏極以及一個源極，其中，第一電流鏡的第二晶體管的漏極被連接到它的柵極、被連接到第一差動對的第二晶體管的漏極以及被連接到第一電流鏡的第一晶體管的柵極，并且在其中，第一電流鏡的第一晶體管的漏極被連接到第一差動對的第一晶體管的漏極；和第一運算放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，連接到第一共射共基放大器晶體管的源極；具有一個非倒相輸入節(jié)點，連接到第一電流鏡的第一晶體管的柵極；并且具有一個輸出節(jié)點，連接到第一共射共基放大器晶體管的柵極。
14.如權(quán)利要求13所述的運算放大器，還包括包括第二載流子類型的第一和第二晶體管的第二差動對，每一個單極晶體管具有一個漏極、一個柵極以及一個源極；第一載流子類型的第二共射共基放大器單極晶體管，具有一個柵極、具有一個漏極、并且具有連接到第二差動對的第一晶體管漏極上的一個源極；第二電流鏡，包括第一載流子類型的第一和第二晶體管，每一個單極晶體管具有一個柵極、一個漏極和一個源極，其中，第二電流鏡的第二晶體管的漏極被連接到它的柵極、被連接到第二差動對的第二晶體管的漏極以及被連接到第二電流鏡的第一晶體管的柵極，并且在其中，第二電流鏡的第一晶體管的漏極被連接到第二差動對的第一晶體管的漏極；和第二運算放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，連接到第二共射共基放大器晶體管的源極；具有一個非倒相輸入節(jié)點，連接到第二電流鏡的第一晶體管的柵極；并且具有一個輸出節(jié)點，連接到第二共射共基放大器晶體管的柵極。
15.如權(quán)利要求14所述的運算放大器，還包括第一載流子類型的第一偏置單極晶體管，具有連接到第一差動對的第一和第二晶體管源極上的一個漏極，并且具有連接到第二電流鏡的第二晶體管柵極上的一個柵極；第二載流子類型的第二偏置單極晶體管，具有連接到第二差動對的第一和第二晶體管源極上的一個漏極，并且具有連接到第一電流鏡的第二晶體管柵極上的一個柵極；第二載流子類型的第三共射共基放大器單極晶體管，具有連接到第一電流鏡的第二晶體管漏極上的一個源極，并且具有連接到它柵極上的一個漏極；和第一載流子類型的第四共射共基放大器單極晶體管，具有連接到第二電流鏡的第二晶體管漏極上的一個源極，具有連接到第三共射共基放大器柵極上的一個柵極，并且具有連接到它柵極上的一個漏極。
16.如權(quán)利要求15所述的運算放大器，還包括第一輸入節(jié)點，連接到第一和第二差動對的第一晶體管的柵極；第二輸入節(jié)點，連接到第一和第二差動對的第二晶體管的柵極；和一個輸出節(jié)點，連接到第一和第二共射共基放大器晶體管的漏極。
17.一種放大器，包括包括第一和第二晶體管的第一差動對；第一共射共基放大器晶體管，耦合到第一差動對的第一晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對，第一共射共基放大器晶體管具有一個柵極；包括第一和第二晶體管的第一電流鏡，用來分別地吸收來自第一差動對的第一和第二晶體管中的電流，其中，第一電流鏡的第一晶體管被耦合來吸收來自第一共射共基放大器晶體管中的電流；和第一放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，耦合到第一差動對的第一晶體管；一個非倒相輸入節(jié)點，耦合到第一電流鏡的第一晶體管；和一個輸出節(jié)點，連接到第一共射共基放大器晶體管的柵極。
18.如權(quán)利要求17所述的放大器，其中，第一電流鏡的第二晶體管被耦合來在飽和時被偏置，并且被耦合來在一個偏壓處偏置第一電流鏡的第一晶體管和第一放大器的非倒相輸入節(jié)點。
19.如權(quán)利要求17所述的放大器，還包括包括第一和第二晶體管的第二差動對；第二共射共基放大器晶體管，耦合到第二差動對的第一晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對，第二共射共基放大器晶體管具有一個柵極；包括第一和第二晶體管的第二電流鏡，用來分別地把電流供給第二差動對的第一和第二晶體管，其中，第二電流鏡的第一晶體管被耦合來把電流供給第二共射共基放大器晶體管；和第二放大器，具有一個倒相輸入節(jié)點，耦合到第二差動對的第一晶體管；一個非倒相輸入節(jié)點，耦合到第二電流鏡的第一晶體管；和一個輸出節(jié)點，連接到第二共射共基放大器晶體管的柵極。
20.如權(quán)利要求19所述的放大器，還包括第一節(jié)點，其中，被第一差動對的第一晶體管和第一共射共基放大器晶體管供給第一節(jié)點的電流和等于被第一電流鏡的第一晶體管從第一節(jié)點中吸收的電流，其中，第一放大器的倒相輸入節(jié)點被連接到第一節(jié)點；第二節(jié)點，其中，被第二差動對的第一晶體管和第二共射共基放大器晶體管從第二節(jié)點中吸收的電流和大體上等于被第二電流鏡的第一晶體管供給第二節(jié)點的電流，其中，第二放大器的倒相輸入節(jié)點被連接到第二節(jié)點；其中，第一電流鏡的第二晶體管被耦合來在飽和時被偏置，并且被耦合來在一個偏壓處偏置第一電流鏡的第一晶體管和第一放大器的非倒相輸入節(jié)點；和第二電流鏡的第二晶體管被耦合來在飽和時被偏置，并且被耦合來在第二偏壓處偏置第二電流鏡的第一晶體管和第二放大器的非倒相輸入節(jié)點。
21.如權(quán)利要求20所述的放大器，還包括第一偏置晶體管，用來提供偏置電流給第一差動對的第一和第二晶體管，其中，第二電流鏡的第二晶體管被耦合來偏置第一偏置晶體管；和第二偏置晶體管，用來吸收來自第二差動對的第一和第二晶體管中的偏置電流，其中，第一電流鏡的第二晶體管被耦合來偏置第二偏置晶體管。
22.如權(quán)利要求21所述的放大器，還包括第三共射共基放大器晶體管，耦合到第一差動對的第二晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；和第四共射共基放大器晶體管，耦合到第二差動對的第二晶體管以便形成一個疊加共射共基放大器對；其中，第三和第四共射共基放大器晶體管被耦合來在飽和時被偏置。
23.一個運算放大器，提供一個輸出電壓作為第一和第二輸入電壓差值的放大輸出，所述運算放大器包括在第一輸入電壓處的第一輸入節(jié)點；在第二輸入電壓處的第二輸入節(jié)點；在運算放大器的輸出電壓處的一個輸出節(jié)點；第一pFET，包括一個源極、一個漏極和一個柵極，耦合到第一輸入節(jié)點來響應第一輸入電壓；第一nFET，包括一個柵極和一個漏極，耦合到第一pFET的漏極以便吸收來自第一pFET中的電流；第二nFET，包括一個源極、一個漏極和一個柵極，耦合到第二輸入節(jié)點來響應第二輸入電壓；第二pFET，包括一個柵極和一個漏極，耦合到第二nFET的漏極來把電流供給第二nFET，其中，第二pFET的柵極和漏極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓；第三pFET，包括一個柵極和一個漏極，耦合到第一pFET的源極以便把電流供給第一pFET，其中，第三pFET和第二pFET的柵極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓；第三nFET，包括一個源極、一個漏極和一個柵極，耦合到第三輸入節(jié)點來響應第一輸入電壓；第四pFET，包括一個柵極，其中，第四pFET和第二pFET的柵極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓；并且包括一個漏極，耦合到第三nFET漏極來把電流供給第三nFET；第五pFET，包括耦合到第二輸入節(jié)點來響應第二輸入電壓的一個柵極，耦合到第三pFET的漏極來吸收來自第三pFET中的電流的一個源極，以及一個漏極；第四nFET，包括一個柵極和一個漏極，其中，第四nFET的柵極和漏極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓，其中，第四nFET和第一nFET的柵極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓，并且第四nFET的漏極被耦合到第五pFET的漏極以便吸收來自第五pFET中的電流；第五nFET，包括一個柵極，其中，第五nFET和第四nFET的柵極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓；并且包括耦合到第二nFET源極的一個漏極，并且第三nFET用來吸收來自第二nFET和第三nFET中的電流；第六pFET，包括耦合到第二pFET漏極去的一個源極，一個柵極和一個漏極，其中，第六pFET的柵極和漏極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓；第六nFET，包括一個柵極和一個漏極，它們彼此相連以便具有大體上相同的電壓，其中，第六nFET和第六pFET的柵極被彼此相連以便大體上具有相同的電壓，并且包括一個漏極，耦合到第六pFET漏極去以便吸收來自第六pFET中的電流；和一個源極，耦合到第四nFET的漏極以便把電流供給第四nFET；第七pFET，包括一個源極，耦合到第四pFET的漏極以便吸收來自第四pFET中的電流；包括一個柵極；并且包括耦合到運算放大器的輸出節(jié)點上的一個漏極；第七nFET，包括一個柵極；包括一個漏極，耦合到第七pFET的漏極來吸收來自第七pFET中的電流；和一個源極，耦合到第一nFET的漏極來把電流供給第一nFET；第一放大器，包括響應于第一nFET柵極電壓的一個非倒相輸入節(jié)點；包括響應于第七nFET源極電壓的一個倒相輸入節(jié)點；并且包括一個輸出節(jié)點以使第七nFET柵極電壓響應于第一放大器的輸出節(jié)點電壓；和第二放大器，包括響應于第四nFET柵極電壓的一個非倒相輸入節(jié)點；包括響應于第七nFET源極電壓的一個倒相輸入節(jié)點；并且包括一個輸出節(jié)點以使第七nFET柵極電壓響應于第二放大器的輸出節(jié)點電壓。
全文摘要
一個放大的高增益、很寬共模范圍、自偏置運算放大器包括由偏置晶體管和電流鏡偏置的互補差動晶體管，并且還包括兩個放大器，每個放大器被連接來偏置一個輸出共射共基放大器晶體管以便提供一個很高的放大器輸出阻抗，在其中偏置晶體管和電流鏡經(jīng)過負反饋被全部自偏置。
文檔編號H03F3/45GK1436399SQ01811058
公開日2003年8月13日 申請日期2001年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月12日
發(fā)明者M·巴澤斯 申請人:英特爾公司