CN107765751B - 共模反馈电路和信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共模反馈电路和信号处理电路，涉及集成电路技术领域。该共模反馈电路包括连接于电源并为共模反馈电路提供偏置电流源的电流源子电路，连接于参考电压和全差分运放电路共模输出电压的比较子电路，连接于所述比较子电路的负载子电路；所述电流源子电路连接于所述比较子电路，所述比较子电路比较所述参考电压和所述共模输出电压，并输出反馈电压以调整稳定所述全差分运放电路的电压。本发明技术方案通过共模反馈电路中的比较子电路比较参考电压以及共模输出电压，输出反馈电压至全差分运放电路以调整尾电流使其匹配负载电流，同时能稳定共模输出电压，提供较宽的摆幅和较高的增益。

Description

共模反馈电路和信号处理电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种共模反馈电路和信号处理电路。

背景技术

随着模拟集成电路技术的发展，高速、高精度的运算放大器得到广泛应用。全差分运算放大器在输出摆幅、输出动态范围、电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，PSRR）等方面，较单端输出运放有很大优势。但全差分运放存在输出共模电平不稳定的问题，差分信号的负反馈并不能够稳定直流工作点。因此需要设计共模反馈电路（Common-mode-feedback，CMFB）来保证运放正常工作，使运放在稳定电路直流工作点的同时提高输出摆幅。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种共模反馈电路和信号处理电路，旨在使运算放大器在稳定电路直流工作点的同时提高输出摆幅。

为实现上述目的，本发明提供一种共模反馈电路，包括连接于电源并为共模反馈电路提供偏置电流源的电流源子电路，连接于参考电压和全差分运放电路共模输出电压的比较子电路，连接于所述比较子电路的负载子电路；所述电流源子电路连接于所述比较子电路，所述比较子电路比较所述参考电压和所述共模输出电压，并输出反馈电压以调整稳定所述全差分运放电路的电压。

优选地，所述电流源子电路包括第一场效应管和第二场效应管，两者的源极均连接于电源、栅极均连接于第一偏置电压；所述第一场效应管的漏极连接于所述比较子电路中的第三场效应管和第四场效应管的源极，所述第二场效应管的漏极连接于所述比较子电路中的第五场效应管和第六场效应管的源极。

优选地，所述第三场效应管的栅极连接于第一共模输出电压，漏极连接于所述负载子电路；所述第四场效应管的栅极与所述第五场效应管的栅极连接于所述参考电压，所述第四场效应管和所述第五场效应管的漏极连接于所述负载子电路；所述第六场效应管的漏极连接于负载子电路，栅极连接于第二共模输出电压。

优选地，所述负载子电路连接于所述共模反馈电路的负载，包括第七场效应管和第八场效应管；所述第七场效应管的漏极与栅极相互连接，同时与所述第三场效应管和第六场效应管的漏极连接，并向所述全差分运放电路输出反馈电压；所述第八场效应管的栅极和漏极相互连接，并连接于所述第四场效应管和所述第五场效应管的漏极；所述第七场效应管和所述第八场效应管的源极接地。

本发明还提供一种信号处理电路，包括全差分运放电路和如上所述的共模反馈电路，所述全差分运放电路包括第一级子电路、通过第一密勒补偿电路与第一级子电路连接的第二级子电路，以及与第一级子电路、第一密勒补偿电路和第二级子电路镜像的镜像子电路；

所述第一级子电路连接于所述共模反馈电路的反馈电压输出端，所述第二级子电路连接于所述比较子电路，用以接收所述共模反馈电路输出的第一共模输出电压。

优选地，所述第一级子电路包括依次连接的第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管和第十二场效应管，所述第九场效应管连接电源，所述第十二场效应管接地；

所述第九场效应管源极接电源，漏极连接于所述第十场效应管的源极；所述第十场效应管的漏极连接于所述第十一场效应管的源极；所述第十二场效应管的源极接地，栅极连接于所述比较子电路，漏极连接于第十一场效应管的漏极；

所述第一级子电路还包括第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管和第十六场效应管；所述第十三场效应管源极连接于电源、栅极连接于第一偏置电压、漏极连接于第十四场效应管的源极；所述第十四场效应管栅极连接于第二偏置电压，漏极分别连接于所述第十五场效应管的漏极、所述第一密勒补偿电路和所述第二级子电路；所述第十五场效应管栅极连接于第三偏置电压，漏极分别连接于所述第十四场效应管的漏极、所述第一密勒补偿电路和所述第二级子电路，源极分别连接于所述第十一场效应管的漏极、第十二场效应管的漏极和第十六场效应管的漏极；所述第十六场效应管栅极连接于第四偏置电压，源极接地。

优选地，所述第二级子电路包括依次连接的第十七场效应管和第十八场效应管；所述第十七场效应管的源极接电源、栅极连接于所述第十四场效应管的漏极和第十五场效应管的漏极；第十八场效应管的栅极连接于第四偏置电压，源极接地；

所述第十七场效应管的漏极和第十八场效应管的漏极相互连接，并连接于所述比较子电路，用以接收所述共模反馈电路输出的第一共模输出电压。

优选地，所述第一密勒补偿电路包括串联的第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端分别连接于所述第十四场效应管的漏极、所述第十五场效应管漏极以及第十七场效应管栅极，所述第一电容的另一端连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接于所述第十七场效应管的漏极和所述第十八场效应管的漏极。

本发明技术方案通过共模反馈电路中的比较子电路比较参考电压以及共模输出电压，输出反馈电压至全差分运放电路以调整尾电流使其匹配负载电流，同时能稳定共模输出电压，提供较宽的摆幅和较高的增益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明共模反馈电路的电路原理图；

图2为本发明全差分运放电路的电路原理图；

图3为本发明信号处理电路的电路原理图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种共模反馈电路和信号处理电路，涉及集成电路领域，共模反馈电路主要用于稳定信号处理电路中全差分运放电路的电流。

如图1所示，在本发明第一实施例中，共模反馈电路包括连接于电源AVDD并为共模反馈电路提供偏置电流源的电流源子电路，连接于参考电压Vcm和全差分运放电路共模输出电压的比较子电路，连接于所述比较子电路的负载子电路；所述电流源子电路连接于所述比较子电路，所述比较子电路比较所述参考电压Vcm和所述共模输出电压，并输出反馈电压Vcmfb以调整稳定所述全差分运放电路的电压。

优选地，所述电流源子电路包括第一场效应管M1和第二场效应管M2，两者的源极均连接于电源AVDD、栅极均连接于第一偏置电压Vbp1；所述第一场效应管M1的漏极连接于所述比较子电路中的第三场效应管M3和第四场效应管M4的源极，所述第二场效应管M2的漏极连接于所述比较子电路中的第五场效应管M5和第六场效应管M6的源极。

优选地，所述第三场效应管M3的栅极连接于第一共模输出电压OUTP，漏极连接于所述负载子电路；所述第四场效应管M4的栅极与所述第五场效应管M5的栅极连接于所述参考电压Vcm，所述第四场效应管M4和所述第五场效应管M5的漏极连接于所述负载子电路；所述第六场效应管M6的漏极连接于负载子电路，栅极连接于第二共模输出电压OUTN。

优选地，所述负载子电路连接于所述共模反馈电路的负载，包括第七场效应管M7和第八场效应管M8；所述第七场效应管M7的漏极与栅极相互连接，同时与所述第三场效应管M3和第六场效应管M6的漏极连接，并向所述全差分运放电路输出反馈电压Vcmfb；所述第八场效应管M8的栅极和漏极相互连接，并连接于所述第四场效应管M4和所述第五场效应管M5的漏极；所述第七场效应管M7和所述第八场效应管M8的源极接地AGND。

如图2、图3所示，在本发明第二实施例中，信号处理电路包括全差分运放电路和第一实施例中的共模反馈电路，所述全差分运放电路包括第一级子电路、通过第一密勒（miller）补偿电路与第一级子电路连接的第二级子电路，以及与第一级子电路、第一密勒补偿电路和第二级子电路镜像的镜像子电路；所述第一级子电路连接于所述共模反馈电路的反馈电压Vcmfb输出端，所述第二级子电路连接于所述比较子电路，用以接收所述共模反馈电路输出的第一共模输出电压OUTP。

优选地，所述第一级子电路包括依次连接的第九场效应管M9、第十场效应管M10、第十一场效应管M11和第十二场效应管M12，所述第九场效应管M9连接电源AVDD，所述第十二场效应管M12接地AGND；

所述第九场效应管M9源极接电源AVDD，漏极连接于所述第十场效应管M10的源极；所述第十场效应管M10的漏极连接于所述第十一场效应管M11的源极；所述第十二场效应管M12的源极接地AGND，栅极连接于所述比较子电路，漏极连接于第十一场效应管M11的漏极；

所述第一级子电路还包括第十三场效应管M13、第十四场效应管M14、第十五场效应管M15和第十六场效应管M16；所述第十三场效应管M13源极连接于电源AVDD、栅极连接于第一偏置电压Vbp1、漏极连接于第十四场效应管M14的源极；所述第十四场效应管M14栅极连接于第二偏置电压Vbn2，漏极分别连接于所述第十五场效应管M15的漏极、所述第一密勒补偿电路和所述第二级子电路；所述第十五场效应管M15栅极连接于第三偏置电压Vbn1，漏极分别连接于所述第十四场效应管M14的漏极、所述第一密勒补偿电路和所述第二级子电路，源极分别连接于所述第十一场效应管M11的漏极、第十二场效应管M12的漏极和第十六场效应管M16的漏极；所述第十六场效应管M16栅极连接于第四偏置电压Vbn2，源极接地AGND。

优选地，所述第二级子电路包括依次连接的第十七场效应管M17和第十八场效应管M18；所述第十七场效应管M17的源极接电源AVDD、栅极连接于所述第十四场效应管M14的漏极和第十五场效应管M15的漏极；第十八场效应管M18的栅极连接于第四偏置电压Vbn2，源极接地AGND；

所述第十七场效应管M17的漏极和第十八场效应管M18的漏极相互连接，并连接于所述比较子电路，用以接收所述共模反馈电路输出的第一共模输出电压OUTP。

优选地，所述第一密勒补偿电路包括串联的第一电容C1和第一电阻R1，所述第一电容C1的一端分别连接于所述第十四场效应管M14的漏极、所述第十五场效应管M15漏极以及第十七场效应管M17栅极，所述第一电容C1的另一端连接于所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接于所述第十七场效应管M17的漏极和所述第十八场效应管M18的漏极。

与第一级子电路、第一密勒补偿电路和第二级子电路镜像的镜像子电路包括：第十九场效应管M19、第二十场效应管M20、第二十一场效应管M21、第二十二场效应管M22、第二十三场效应管M23、第二十四场效应管M24、第二十五场效应管M25、第二十六场效应管M26和第二密勒补偿电路，第二密勒补偿电路包括第二电阻R2和第二电容C2。

第十九场效应管M19的源极连接于电源AVDD，栅极分别连接于第九场效应管M9的栅极和第一偏置电压Vbp1，漏极连接于第二十场效应管M20的源极；第二十场效应管M20的栅极分别连接于第十场效应管M10的栅极和第二偏置电压Vbn2，漏极连接于第二十一场效应管M21的漏极；第二十一场效应管M21的栅极连接于第三偏置电压Vbn1，源极分别连接于第二十二场效应管M22的漏极、第二十三场效应管M23的漏极和第二十四场效应管M24的漏极；第二十二场效应管M22源极接地AGND，栅极连接于第四偏置电压Vbn2；第二十三场效应管M23源极连接于第十场效应管M10漏极和第十一场效应管M11的源极；第二十四场效应管M24的源极接地AGND，第二十四场效应管M24的栅极与第十二场效应管M12的栅极共同连接于共模反馈电路输出的反馈电压Vcmfb，该共模反馈电路输出的反馈电压Vcmfb可调整尾电流管第十二场效应管M12和第二十四场效应管M24，使其匹配负载电流的变化，从而稳定共模输出电压，保证运放的正常工作。

第二十五场效应管M25源极连接于电源AVDD，栅极连接于第二十场效应管M20的漏极以及第二十一场效应管M21的漏极；第二十六场效应管M26的源极接地AGND，栅极连接于第四偏置电压Vbn2。第二十五场效应管M25的漏极和第二十六场效应管M26的漏极相连并连接于第六场效应管M6的栅极，用以接收共模反馈电路输出的第二共模输出电压OUTN。

第二密勒补偿电路的第二电容C2的一端连接于第二十场效应管M20的漏极、第二十一场效应管M21的漏极和第二十五场效应管M25的栅极，第二电容C2的另一端连接于第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接于第二共模输出电压OUTN端。

本发明电路中，第一偏置电压Vbp1为第十九场效应管M19、第九场效应管M9、第十三场效应管M13、第一场效应管M1和第二场效应管M2提供偏置电压；第二偏置电压Vbn2为第二十场效应管M20、第十场效应管M10、第十四场效应管M14提供偏置电压；第三偏置电压Vbn1为第二十一场效应管M21和第十五场效应管M15提供偏置电压；第四偏置电压Vbn2为第二十六场效应管M26、第二十二场效应管M22、第二十四场效应管M24、第十二场效应管M12、第十六场效应管M16、第十八场效应管M18、第七场效应管M7和第八场效应管M8提供偏置电压。

本发明的电路原理为：共模反馈电路包括M1~M8；全差分运放电路包括M9~M26，第一电阻R1和第一电容C1、第二电阻R2和第二电容C2构成全差分运放电路的密勒补偿电路，可保证全差分运放电路的稳定；共模反馈电路通过检测第一共模输出电压OUTP、第二共模输出电压OUTN，并与参考电压Vcm进行比较后，输出反馈电压Vcmfb以调整第十二场效应管M12和第二十四场效应管M24，使其匹配负载电流的变化，从而稳定共模输出电压，保证全差分运放电路的正常工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种信号处理电路，其特征在于，包括全差分运放电路和共模反馈电路，所述全差分运放电路包括第一级子电路、通过第一密勒补偿电路与第一级子电路连接的第二级子电路，以及与第一级子电路、第一密勒补偿电路和第二级子电路镜像的镜像子电路；

所述第一级子电路连接于所述共模反馈电路的反馈电压输出端，所述第二级子电路连接于比较子电路，用以接收所述共模反馈电路输出的第一共模输出电压；

所述共模反馈电路包括连接于电源并为共模反馈电路提供偏置电流源的电流源子电路，连接于参考电压和全差分运放电路共模输出电压的比较子电路，连接于所述比较子电路的负载子电路；所述电流源子电路连接于所述比较子电路，所述比较子电路比较所述参考电压和所述共模输出电压，并输出反馈电压以调整稳定所述全差分运放电路的电压；

所述第一级子电路包括依次连接的第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管和第十二场效应管，所述第九场效应管连接电源，所述第十二场效应管接地；

所述第九场效应管源极接电源，漏极连接于所述第十场效应管的源极；所述第十场效应管的漏极连接于所述第十一场效应管的源极；所述第十二场效应管的源极接地，栅极连接于所述比较子电路，漏极连接于第十一场效应管的漏极；

所述第一级子电路还包括第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管和第十六场效应管；所述第十三场效应管源极连接于电源、栅极连接于第一偏置电压、漏极连接于第十四场效应管的源极；所述第十四场效应管栅极连接于第二偏置电压，漏极分别连接于所述第十五场效应管的漏极、所述第一密勒补偿电路和所述第二级子电路；所述第十五场效应管栅极连接于第三偏置电压，漏极分别连接于所述第十四场效应管的漏极、所述第一密勒补偿电路和所述第二级子电路，源极分别连接于所述第十一场效应管的漏极、第十二场效应管的漏极和第十六场效应管的漏极；所述第十六场效应管栅极连接于第四偏置电压，源极接地；

所述全差分运放电路还包括第十九场效应管、第二十场效应管、第二十一场效应管、第二十二场效应管、第二十三场效应管、第二十四场效应管、第二十五场效应管、第二十六场效应管和第二密勒补偿电路；

第十九场效应管的源极连接于电源，栅极分别连接于第九场效应管的栅极和第一偏置电压，漏极连接于第二十场效应管的源极；第二十场效应管的栅极分别连接于第十场效应管的栅极和第二偏置电压，漏极连接于第二十一场效应管的漏极；第二十一场效应管的栅极连接于第三偏置电压，源极分别连接于第二十二场效应管的漏极、第二十三场效应管的漏极和第二十四场效应管的漏极；第二十二场效应管源极接地，栅极连接于第四偏置电压；第二十三场效应管源极连接于第十场效应管漏极和第十一场效应管的源极；第二十四场效应管的源极接地，第二十四场效应管的栅极与第十二场效应管的栅极共同连接于共模反馈电路输出的反馈电压；

第二十五场效应管源极连接于电源，栅极连接于第二十场效应管的漏极以及第二十一场效应管的漏极；第二十六场效应管的源极接地，栅极连接于第四偏置电压；第二十五场效应管的漏极和第二十六场效应管的漏极相连并连接于第六场效应管的栅极，用以接收共模反馈电路输出的第二共模输出电压。

2.根据权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述第二级子电路包括依次连接的第十七场效应管和第十八场效应管；所述第十七场效应管的源极接电源、栅极连接于所述第十四场效应管的漏极和第十五场效应管的漏极；第十八场效应管的栅极连接于第四偏置电压，源极接地；

所述第十七场效应管的漏极和第十八场效应管的漏极相互连接，并连接于所述比较子电路，用以接收所述共模反馈电路输出的第一共模输出电压。

3.根据权利要求2所述的信号处理电路，其特征在于，所述第一密勒补偿电路包括串联的第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端分别连接于所述第十四场效应管的漏极、所述第十五场效应管漏极以及第十七场效应管栅极，所述第一电容的另一端连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接于所述第十七场效应管的漏极和所述第十八场效应管的漏极。

4.根据权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述电流源子电路包括第一场效应管和第二场效应管，两者的源极均连接于电源、栅极均连接于第一偏置电压；所述第一场效应管的漏极连接于所述比较子电路中的第三场效应管和第四场效应管的源极，所述第二场效应管的漏极连接于所述比较子电路中的第五场效应管和第六场效应管的源极。

5.根据权利要求4所述的信号处理电路，其特征在于，所述第三场效应管的栅极连接于第一共模输出电压，漏极连接于所述负载子电路；所述第四场效应管的栅极与所述第五场效应管的栅极连接于所述参考电压，所述第四场效应管和所述第五场效应管的漏极连接于所述负载子电路；所述第六场效应管的漏极连接于负载子电路，栅极连接于第二共模输出电压。

6.根据权利要求5所述的信号处理电路，其特征在于，所述负载子电路连接于负载，包括第七场效应管和第八场效应管；所述第七场效应管的漏极与栅极相互连接，同时与所述第三场效应管和第六场效应管的漏极连接，并向所述全差分运放电路输出反馈电压；所述第八场效应管的栅极和漏极相互连接，并连接于所述第四场效应管和所述第五场效应管的漏极；所述第七场效应管和所述第八场效应管的源极接地。

7.根据权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述第二密勒补偿电路包括第二电容和第二电阻，所述第二电容的一端连接于第二十场效应管的漏极、第二十一场效应管的漏极和第二十五场效应管的栅极，第二电容的另一端连接于第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接于第二共模输出电压端。