專利名稱：自偏置運(yùn)算放大電路及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)算放大電路及系統(tǒng)，尤指一種具有精確輸出擺幅的自偏置運(yùn)算放大電路及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參閱圖1，圖1為現(xiàn)有的運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)，假設(shè)Rll=R22=Rdd，為了得到精確的輸出擺幅Vppl= (V0UT1+)- (V0UT1-)，必須首先產(chǎn)生一個(gè)精確的電流Idl=Vppl/Rdd，為了產(chǎn)生這個(gè)電流，一般需要使用一個(gè)基準(zhǔn)電壓VREFl除以一個(gè)電阻，即得到電流Ibl=VREFl/R33，然后通過鏡像得到Idl=N*Ibl，其中N代表鏡像比。該基準(zhǔn)電壓VREFl通過比較器CMPl強(qiáng)制電壓VFB與其相等，從而得到流過電阻R33的電流值為I33=VREF1/R33=lbl，即流過場(chǎng)效應(yīng)管MP的電流為Ib，假設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管MPl與場(chǎng)效應(yīng)管MP2的鏡像比為N，則可以得到Idl=N襯bl。為了保證電流HdI精確，通常需要使用片外電阻，這樣將導(dǎo)致浪費(fèi)很大的面積，同時(shí)由于電阻Rll與電阻R22存在工藝角偏差，會(huì)導(dǎo)致輸出擺幅Vppl最大有士20%的偏差，當(dāng)然，也可將電阻R33和電阻R11、電阻R22在版圖上進(jìn)行匹配，從而消除此偏差，但是電阻R33和電阻R11、電阻R22的精確匹配會(huì)增大版圖設(shè)計(jì)的難度且浪費(fèi)面積，同時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管MPl和場(chǎng)效應(yīng)管MP2鏡像也會(huì)產(chǎn)生偏差。由以上分析可知，現(xiàn)有的運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)通常需要產(chǎn)生一個(gè)精確的恒溫偏置電流，以得到精確的輸出擺幅，而產(chǎn)生一個(gè)精確的恒溫偏置電流，會(huì)增大版圖設(shè)計(jì)的難度，浪費(fèi)很大的面積。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種具有精確輸出擺幅的自偏置運(yùn)算放大電路及系統(tǒng)。一種自偏置運(yùn)算放大電路，所述自偏置運(yùn)算放大電路包括一控制子電路及一與所述控制子電路相連的偏置子電路，所述控制子電路包括一第一輸入端、一第二輸入端、一與所述偏置子電路相連的第一場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第一輸入端相連的第二場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第二輸入端相連的第三場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第二場(chǎng)效應(yīng)管相連的第一輸出端、一與所述第三場(chǎng)效應(yīng)管相連的第二輸出端、一與所述第一輸出端相連的第一電阻及一與所述第二輸出端相連的第二電阻，所述偏置子電路包括一參考電壓端、一連接于所述參考電壓端與所述控制子電路之間的比較器、一連接于所述比較器與所述第二輸出端之間的第三電阻及一連接于所述比較器與所述第一輸出端之間的第四電阻?！N自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)，所述自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)包括一控制子電路及一與所述控制子電路相連的偏置子電路，所述偏置子電路包括一參考電壓端、一連接于所述參考電壓端與所述控制子電路之間的比較器、一連接于所述比較器與所述第二輸出端之間的第三電阻及一連接于所述比較器與所述第一輸出端之間的第四電阻。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明自偏置運(yùn)算放大電路及系統(tǒng)不受工藝和溫度的影響，無需額外提供精確的恒溫偏置電流，通過調(diào)節(jié)參考電壓端的參考電壓便可精確地確定輸出擺幅，設(shè)計(jì)成本大大降低。


圖1為現(xiàn)有的運(yùn)算放大器的電路圖。圖2為本發(fā)明自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)較佳實(shí)施方式的系統(tǒng)框圖。圖3為本發(fā)明自偏置運(yùn)算放大電路較佳實(shí)施方式的電路圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)較佳實(shí)施方式包括一控制子電路及一與該控制子電路相連的偏置子電路，該控制子電路用于將輸入的差分信號(hào)放大后輸出，該偏置子電路用于給該控制子電路提供合適的工作電流。請(qǐng)同時(shí)參閱圖3所示的自偏置運(yùn)算放大電路，其中，該控制子電路包括一第一輸入端VIN+、一第二輸入端VIN-、一與該偏置子電路相連的第一場(chǎng)效應(yīng)管Ml、一與該第一輸入端VIN+相連的第二場(chǎng)效應(yīng)管M2、一與該第二輸入端VIN-相連的第三場(chǎng)效應(yīng)管M3、一第一輸出端V0UT+、一第二輸出端V0UT-、一與該第一輸出端VOUT+相連的第一電阻Rl及一與該第二輸出端VOUT-相連的第二電阻R2。該偏置子電路包括一參考電壓端VREF、一與該參考電壓端VREF及該第一場(chǎng)效應(yīng)管Ml相連的比較器CMP、一與該比較器CMP及該第二輸出端VOUT-相連的第三電阻R3及一與該比較器CMP及該第一輸出端VOUT+相連的第四電阻R4。該第一輸入端VIN+與該第二輸入端VIN-共同接收一對(duì)差分信號(hào)，該第一輸出端VOUT+與該第二輸出端VOUT-共同輸出放大后的一對(duì)差分信號(hào)。本發(fā)明自偏置運(yùn)算放大電路較佳實(shí)施方式的具體電路連接關(guān)系如下該比較器CMP的一正相輸入端與該第三電阻R3的一端及該第四電阻R4的一端相連，該比較器CMP的一反相輸入端與該參考電壓端VREF相連，該比較器CMP的一輸出端與該第一場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極相連，并輸出電壓VB至該第一場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極。該第一場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源級(jí)與一電源端VDD相連，該第一場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極與該第二場(chǎng)效應(yīng)管M2的源級(jí)及該第三場(chǎng)效應(yīng)管M3的源級(jí)相連。該第二場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極與該第一輸入端VIN+相連，該第二場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極與該第三電阻R3的另一端、該第二電阻R2的一端及該第二輸出端VOUT-相連。該第三場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極與該第二輸入端VIN-相連，該第三場(chǎng)效應(yīng)管M3的漏極與該第四電阻R4的另一端、該第一電阻Rl的一端及該第一輸出端VOUT+相連。該第一電阻Rl與該第二電阻R2的另一端共同連接一接地端GND。本發(fā)明自偏置運(yùn)算放大電路較佳實(shí)施方式的工作原理分析如下該第一輸入端VIN+與該第二輸入端VIN-共同接收一對(duì)差分信號(hào)，該第三電阻R3的一端與該第四電阻R4的一端檢測(cè)出該第一輸入端VIN+與該第二輸入端VIN-接收的差分信號(hào)的共模信號(hào)VCM，并將共模信號(hào)VCM輸出至該比較器CMP的正相輸入端，該參考電壓端VREF輸入一參考電壓至該比較器CMP的反相輸入端，該比較器CMP將共模信號(hào)VCM與參考電壓進(jìn)行比較，并通過輸出電壓VB來對(duì)該運(yùn)算放大器的尾電流，即流過該第一場(chǎng)效應(yīng)管Ml的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到共模信號(hào)VCM與參考電壓相等時(shí)，整個(gè)環(huán)路處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于參考電壓端VREF的參考電壓與共模電壓VCM相等，且共模電壓VCM= (IA)^Vpp,其中Vpp為輸出擺幅，故只需調(diào)節(jié)參考電壓端VREF的參考電壓即可調(diào)節(jié)輸出擺幅Vpp，即可以得到精確輸出擺幅。
由以上分析可以得出，本發(fā)明自偏置運(yùn)算放大電路及系統(tǒng)不受工藝和溫度的影響，無需額外提供精確的恒溫偏置電流，通過調(diào)節(jié)參考電壓端VREF的參考電壓便可精確地確定輸出擺幅，設(shè)計(jì)成本大大降低。
權(quán)利要求
1.一種自偏置運(yùn)算放大電路，其特征在于所述自偏置運(yùn)算放大電路包括一控制子電路及一與所述控制子電路相連的偏置子電路，所述控制子電路包括一第一輸入端、一第二輸入端、一與所述偏置子電路相連的第一場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第一輸入端相連的第二場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第二輸入端相連的第三場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第二場(chǎng)效應(yīng)管相連的第一輸出端、一與所述第三場(chǎng)效應(yīng)管相連的第二輸出端、一與所述第一輸出端相連的第一電阻及一與所述第二輸出端相連的第二電阻，所述偏置子電路包括一參考電壓端、一連接于所述參考電壓端與所述控制子電路之間的比較器、一連接于所述比較器與所述第二輸出端之間的第三電阻及一連接于所述比較器與所述第一輸出端之間的第四電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的自偏置運(yùn)算放大電路，其特征在于所述比較器的一正相輸入端與所述第三電阻的一端及所述第四電阻的一端相連，所述比較器的一反相輸入端與所述參考電壓端相連，所述比較器的一輸出端與所述第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相連。
3.如權(quán)利要求2所述的自偏置運(yùn)算放大電路，其特征在于所述第一場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)與所述電源端相連，所述第一場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與所述第二場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)及所述第三場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)相連。
4.如權(quán)利要求3所述的自偏置運(yùn)算放大電路，其特征在于所述第二場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與所述第一輸入端相連，所述第二場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與所述第三電阻的另一端、所述第二電阻的一端及所述第二輸出端相連。
5.如權(quán)利要求4所述的自偏置運(yùn)算放大電路，其特征在于所述第三場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與所述第二輸入端相連，所述第三場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與所述第四電阻的另一端、所述第一電阻的一端及所述第一輸出端相連。
6.如權(quán)利要求5所述的自偏置運(yùn)算放大電路，其特征在于所述第一電阻與所述第二電阻的另一端共同連接一接地端。
7.一種自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)，其特征在于所述自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)包括一控制子電路及一與所述控制子電路相連的偏置子電路，所述偏置子電路包括一參考電壓端、一連接于所述參考電壓端與所述控制子電路之間的比較器、一連接于所述比較器與所述第二輸出端之間的第三電阻及一連接于所述比較器與所述第一輸出端之間的第四電阻。
8.如權(quán)利要求7所述的自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)，其特征在于所述控制子電路包括一第一輸入端、一第二輸入端、一與所述偏置子電路相連的第一場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第一輸入端相連的第二場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第二輸入端相連的第三場(chǎng)效應(yīng)管、一與所述第二場(chǎng)效應(yīng)管相連的第一輸出端、一與所述第三場(chǎng)效應(yīng)管相連的第二輸出端、一與所述第一輸出端相連的第一電阻及一與所述第二輸出端相連的第二電阻。
9.如權(quán)利要求8所述的自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)，其特征在于所述比較器的一正相輸入 端與所述第三電阻的一端及所述第四電阻的一端相連，所述比較器的一反相輸入端與所述參考電壓端相連，所述比較器的一輸出端與所述第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相連，所述第一場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)與所述電源端相連，所述第一場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與所述第二場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)及所述第三場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)相連。
10.如權(quán)利要求9所述的自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)，其特征在于所述第二場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與所述第一輸入端相連，所述第二場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與所述第三電阻的另一端、所述第二電阻的一端及所述第二輸出端相連，所述第三場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與所述第二輸入端相連，所述第三場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與所述第四電阻的另一端、所述第一電阻的一端及所述第一輸出端相連，所述第一電阻與所述第二電阻的另一端共同連接一接地端。
全文摘要
一種自偏置運(yùn)算放大電路，包括一控制子電路及一與所述控制子電路相連的偏置子電路，所述控制子電路包括一第一輸入端、一第二輸入端、一與偏置子電路相連的第一場(chǎng)效應(yīng)管、一與第一輸入端相連的第二場(chǎng)效應(yīng)管、一與第二輸入端相連的第三場(chǎng)效應(yīng)管、一與第二場(chǎng)效應(yīng)管相連的第一輸出端、一與第三場(chǎng)效應(yīng)管相連的第二輸出端、一與第一輸出端相連的第一電阻及一與第二輸出端相連的第二電阻，所述偏置子電路包括一參考電壓端、一連接于參考電壓端與控制子電路之間的比較器、一連接于比較器與第二輸出端之間的第三電阻及一連接于比較器與第一輸出端之間的第四電阻。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種自偏置運(yùn)算放大系統(tǒng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且設(shè)計(jì)成本大大降低。
文檔編號(hào)H03F3/45GK102386864SQ20111028205
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者范方平 申請(qǐng)人:四川和芯微電子股份有限公司