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CN100583624C - 一种带隙电路中的宽工作电压范围的运算放大器 - Google Patents

一种带隙电路中的宽工作电压范围的运算放大器 Download PDF

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CN100583624C
CN100583624C CN200610114034A CN200610114034A CN100583624C CN 100583624 C CN100583624 C CN 100583624C CN 200610114034 A CN200610114034 A CN 200610114034A CN 200610114034 A CN200610114034 A CN 200610114034A CN 100583624 C CN100583624 C CN 100583624C
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pmos
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circuit
voltage
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徐凌松
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Zhaoyi Innovation Technology Group Co ltd
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Beijing Xinji Jiayi Microelectronic Science & Tech Co Ltd
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Abstract

本发明为一种带隙电路中的宽工作电压范围的运算放大器，其包括电平位移电路，差分放大电路、第一电流源、第二电流源、输出端。电平位移电路输入管采用PMOS管，使其能在PN结阈值附近工作；使用薄氧栅晶体管与厚氧栅晶体管交替安放，使其工作阈值电压降低，保证有足够的电压余度；与高压电位相接的晶体管仍采用厚氧栅晶体管使整个运算放大器能够承受较高工作电压；因此克服了一般运算放大器工作电压较窄的不足，典型工作电压正负15%的范围内工作，同时在较低的输入信号电压下，运算放大器仍能正常工作。

Description

一种带隙电路中的宽工作电压范围的运算放大器
技术领域
本发明涉及的是一种集成电路放大器，特别涉及一种带隙电路中宽工作电压范围的运算放大器。
背景技术
带隙基准电路由于具有的温度系数的电源电压，可与标准CMOS工艺兼容等优点，获得了广泛地研究和应用。带隙基准电路工作电压范围宽，其中使用的运算放大器必须在较宽的电压范围内工作。
目前，从组成结构上看，通常的运算放大器一般全部采用薄氧栅晶体管或全部采用厚氧栅晶体管，运算放大器第一级采用差分放大电路；
从性能上看，一般运算放大器工作电压较窄，通常在其典型工作电压正负10％的范围内工作，当电压降低时，由于电压余度的损失，使得运算放大器不能正常工作；
为克服上述缺陷，本发明申请人经过长时间研究和试验，终于实现了本发明创作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种带隙电路中宽工作电压范围的运算放大器，克服了一般运算放大器工作电压较窄的不足，典型工作电压在正负15％的范围内工作，同时在较低的输入信号电压下，运算放大器仍能正常工作。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种带隙电路中宽工作电压范围的运算放大器，其结构包括：
电平位移电路，其包括：一个第一PMOS薄氧栅晶体管(P1)和一个第三PMOS薄氧栅晶体管(P3)；
差分放大电路，其包括：一个第六NMOS薄氧栅晶体管(N0)和一个第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)，其中，所述的第六NMOS薄氧栅晶体管(N0)的栅极与所述电平位移电路的同相位输出端相连，所述的第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)的栅极与所述电平位移电路的反相位输出端相连，并且所述的第六NMOS薄氧栅晶体管(N0)的源极与所述的第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)的源极连接点与第二NMOS薄氧栅晶体管(N2)的漏极相连；
第一电流源，由第六PMOS厚氧栅晶体管(P0)和第二PMOS厚氧栅晶体管(P2)组成，对所述的电平位移电路，提供一预定强度的电流；
第二电流源，由第四PMOS厚氧栅晶体管(P4)和第五PMOS厚氧栅晶体管(P5)组成，对所述的差分放大电路提供一预定强度的电流；
输出端，所述电平位移电路第一PMOS薄氧栅晶体管(P1)源极与所述第一电流源第六PMOS厚氧栅晶体管(P0)的漏极的连接点作为电平位移电路的反相位输出端，所述电平位移电路第三PMOS薄氧栅晶体管(P3)源极与所述第一电流源第二PMOS厚氧栅晶体管(P2)的漏极的连接点作为电平位移电路的同相位输出端，且分别作为所述差分放大电路的输入端；
其中，所述的第一PMOS薄氧栅晶体管(P1)的栅极与所述电平位移电路的反相位输入端相连；所述的第三PMOS薄氧栅晶体管(P3)的栅极与所述电平位移电路的同相位输入端相连；
所述的差分放大电路的第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)的漏极与所述第二电流源第五PMOS厚氧栅晶体管(P5)的漏极的连接点作为所述差分放大电路的输出端。
附图说明
图1为本发明的运算放大器结构。
附图标记说明：1-电平位移电路；2-差分放大电路；P0、P2、P4、P5-第六、第二、第四、第五PMOS厚氧栅晶体管；P1、P3-第一、第三PMOS薄氧栅晶体管；N0、N1、N2-第六、第一、第二NMOS薄氧栅晶体管；inp同相位输入端，inm反相位输入端；inp_s电平位移电路同相位输出端，inm_s电平位移电路反相位输出端；vss-接地端；nbias-NMOS偏压控制信号；pbias-PMOS偏压控制信号；vdd-电源端；out-输出端。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，为本发明的运算放大器结构，其由两部分组成，即电平位移电路1和差分放大电路2组成，其中，所述的电平位移电路1是由第一、第三PMOS薄氧栅晶体管P1、P3，第六、第二PMOS厚氧栅P0、P2组成，输入端inp、inm分别为第一、第三PMOS薄氧栅晶体管P1、P3的栅极，所述的第一PMOS薄氧栅晶体管P1的衬底与第六PMOS厚氧栅P0的衬底相连，所述的第三PMOS薄氧栅晶体管P3的衬底与第二PMOS厚氧栅P2的衬底相连，四个衬底同时与电源端vdd相连，接地端vss与第一PMOS薄氧栅晶体管P1的漏极、第三PMOS薄氧栅晶体管P3的漏极相连；所述的第六PMOS厚氧栅晶体管P0的栅极和第二PMOS厚氧栅P2的栅极与PMOS偏压控制信号pbias相连。
所述的差分放大电路2是由第六、第一、第二NMOS薄氧栅晶体管N0、N1、N2，以及第四、第五PMOS厚氧栅晶体管P4、P5组成，且分别以电平位移电路1的第二PMOS厚氧栅晶体管P2的漏极与第三PMOS薄氧栅晶体P3的源极的连接点——电平位移电路同相位输出端inp_s，以及第六PMOS厚氧栅晶体管P0的漏极与第一PMOS薄氧栅晶体P1的源极的连接点——电平位移电路反相位输出端inm_s作为差分放大电路的输入端。其中，inp_s与第六NMOS薄氧栅晶体管N0的栅极相连，inm_s与第一NMOS薄氧栅晶体管N1的栅极相连，所述的第四、第五PMOS厚氧栅晶体管P4、P5的衬底与电源端vdd相连，第六、第一、第二NMOS薄氧栅晶体管N0、N1、N2的衬底以及第二NMOS薄氧栅晶体管N2的源极与接地端vss相连，其中第二NMOS薄氧栅晶体管N2的栅极与NMOS偏压控制信号nbias相连；第六、第一NMOS薄氧栅晶体管N0、N1的源极间的连接点与第二NMOS薄氧栅晶体管N2漏极相连；第六NMOS薄氧栅晶体管N0的漏极与第四PMOS厚氧栅晶体管P4的漏极的连接点与第四PMOS厚氧栅晶体管P4的栅极相连，第一NMOS薄氧栅晶体管N1的漏极与第五PMOS厚氧栅晶体管P5漏极的连接点作为放大器的输出。
输入端inp、inm输入小信号工作电压，经电平位移电路提高电压，输出inp_s、inm_s作为差分放大电路的输入，inp_s、inm_s的电压分别高于第六、第一NMOS薄氧栅晶体管N0，N1的阈值电压Vt1、Vt2，保证第六、第一NMOS薄氧栅晶体管N0、N1都工作在饱和区。使用薄栅晶体管替换厚氧栅晶体管第一、第三PMOS厚氧栅晶体管P1，P3，第六、第一、第二NMOS薄氧栅晶体管N0，N1，N2，使其工作阈值电压降低，保证有足够的电压余度。与高压电位相接的晶体管仍使用第六、第二、第四、第五厚氧栅晶体管P0，P2，P4和P5，使整个运算放大器能够承受较高工作电压。这样使整个运算放大器能在较宽的工作电压范围内工作，同时在较低的输入信号电压下，运算放大器仍能正常工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1、一种带隙电路中的宽工作电压范围的运算放大器，其特征在于，其包括：
电平位移电路，其包括：一个第一PMOS薄氧栅晶体管(P1)和一个第三PMOS薄氧栅晶体管(P3)；
差分放大电路，其包括：一个第六NMOS薄氧栅晶体管(N0)和一个第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)，并且所述的第六NMOS薄氧栅晶体管(N0)的源极与所述的第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)的源极连接点与第二NMOS薄氧栅晶体管(N2)的漏极相连；
第一电流源，由第六PMOS厚氧栅晶体管(P0)和第二PMOS厚氧栅晶体管(P2)组成，对所述的电平位移电路，提供一预定强度的电流；
第二电流源，由第四PMOS厚氧栅晶体管(P4)和第五PMOS厚氧栅晶体管(P5)组成，对所述的差分放大电路提供一预定强度的电流；
输出端，所述电平位移电路第一PMOS薄氧栅晶体管(P1)源极与所述第一电流源第六PMOS厚氧栅晶体管(P0)的漏极的连接点作为电平位移电路的反相位输出端，所述电平位移电路第三PMOS薄氧栅晶体管(P3)源极与所述第一电流源第二PMOS厚氧栅晶体管(P2)的漏极的连接点作为电平位移电路的同相位输出端，且分别作为所述差分放大电路的输入端；其中，所述的第一PMOS薄氧栅晶体管(P1)的栅极与所述电平位移电路的反相位输入端相连；所述的第三PMOS薄氧栅晶体管(P3)的栅极与所述电平位移电路的同相位输入端相连；所述的第六NMOS薄氧栅晶体管(N0)的栅极与所述电平位移电路的同相位输出端相连，所述的第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)的栅极与所述电平位移电路的反相位输出端相连；
所述的差分放大电路的第一NMOS薄氧栅晶体管(N1)的漏极与所述第二电流源第五PMOS厚氧栅晶体管(P5)的漏极的连接点作为所述差分放大电路的输出端。
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