本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是涉及一種具有高增益特性的推挽放大器。

背景技術(shù)：

運(yùn)算放大器作為模擬系統(tǒng)和混合信號(hào)系統(tǒng)中的基本模塊，對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)的性能而言至關(guān)重要。電路設(shè)計(jì)者根據(jù)應(yīng)用需求選取不同的運(yùn)放結(jié)構(gòu)來(lái)突出所關(guān)注的性能指標(biāo)，以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

具體而言，為了實(shí)現(xiàn)輸出端具有較大的抽灌電流能力，運(yùn)放輸出級(jí)通常采用推挽式功率放大電路來(lái)提升擺率。然而，傳統(tǒng)功率放大電路輸出阻抗較低，犧牲了電壓增益來(lái)獲取高的電流增益。與此相對(duì)的，要獲得高的電壓增益，輸出阻抗必定不能太低，因此對(duì)于兩級(jí)放大器而言，輸出極點(diǎn)將會(huì)嚴(yán)重限制放大器的帶寬，同時(shí)電流抽灌能力相對(duì)功率放大器而言也更弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是為了解決傳統(tǒng)推挽功率放大器增益較低的問(wèn)題，本發(fā)明基于bicmos工藝，提出一種兼顧電流增益和電壓增益的放大器，該放大器還具有高帶寬，易于補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有高增益特性的推挽放大器；其特征在于，包括第一pmos管m2、第二pmos管m3、第三pmos管m4、第四pmos管m5、第五pmos管m6、第一nmos管m1、第二nmos管m7、第三nmos管m8、第四nmos管m9、第五nmos管m10、第一三極管q1、第二三極管q2、第三三極管q3、電容和電阻；其中，

第一三極管q1的基極為放大器的反相輸入端，第一三極管q1的集電極接第一pmos管m2的漏極，第一三極管q1的發(fā)射極接第一nmos管m1的漏極；第二三極管q2的基極為放大器的同相輸入端，集電極接第二pmos管m3的漏極，第二三極管q2的發(fā)射極接第一nmos管m1的漏極；第一nmos管m1的柵極接vb1，第一nmos管m1的源極接地；

第一pmos管m2的源極接電源，其柵極接vb2；第四pmos管m5的源極接第一pmos管m2的漏極，第四pmos管m5的柵極接vb2；第二nmos管m7的漏極接第四pmos管m5的源極，第二nmos管m7的柵極與漏極互連，第二nmos管m7的源極接地；

第三pmos管m4的源極接電源，其柵極接vb2；第五pmos管m6的源極接第三pmos管m4的漏極，第五pmos管m6的柵極接vb2；第三nmos管m8的漏極接第五pmos管m6的漏極，第三nmos管m8的柵極接第四pmos管m5的源極，第三nmos管m8的源極接地；

第三pmos管m4的源極接電源，其柵極接vb2；第四nmos管m9的漏極接第三pmos管m4的漏極，第四nmos管m9的柵極接第五pmos管m6的漏極，第四nmos管m9的源極接地；

第三三極管q3的集電極接電源，其基極接第三pmos管m4的漏極，第三三極管q3的發(fā)射極接第五nmos管m10的漏極；第五nmos管m10的柵極接第五pmos管m6的漏極，第五nmos管m10的源極接地；

第五pmos管m6源極與第三nmos管m8漏極的連接點(diǎn)依次通過(guò)電容和電阻后接第三三極管q3發(fā)射極與第五nmos管m10漏極的連接點(diǎn)；

第三三極管q3發(fā)射極、第五nmos管m10漏極和電阻的連接點(diǎn)為放大器的輸出端。

本發(fā)明的總的技術(shù)方案，將第一級(jí)出來(lái)的信號(hào)拆分開(kāi)來(lái)，下拉電流由共源級(jí)nmos管替代pmosfollower，上拉電流由共源級(jí)nmos輸出接npn管的follower提供，形成輸出級(jí)。同時(shí)，加入rz和cc分離主極點(diǎn)和輸出極點(diǎn)，通過(guò)將輸出極點(diǎn)推向高頻來(lái)實(shí)現(xiàn)高帶寬。第一級(jí)通過(guò)折疊式cascode提供高輸出阻抗以形成主極點(diǎn)

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的放大器實(shí)現(xiàn)了高增益，高帶寬，高sr，解決了傳統(tǒng)功率放大電路無(wú)法兼顧電流增益和電壓增益的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1放大器電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2放大器輸出阻抗示意圖；

圖3放大器ac響應(yīng)曲線；

圖4放大器sr仿真曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

如圖1所示，本發(fā)明的放大器包括：第一級(jí)折疊式cascode放大電路—輸入對(duì)管q1～q2，尾電流源m1，共源共柵級(jí)m2～m3，m5～m8；第二級(jí)高增益推挽放大器—偏置m4，放大管m9～m10，q3；密勒補(bǔ)償電容cc，補(bǔ)償電阻rz。

本發(fā)明提出的第一級(jí)為輸入對(duì)管為npn的折疊式cascode放大器，npn做對(duì)管相較mos管有更大的跨導(dǎo)，且第一級(jí)的增益為gmiro8，若im1與im3成比例，該增益將不隨偏置電流而改變。第二級(jí)由m4管偏置，令(w/l)9＝k(w/l)10，則整個(gè)放大器的dc增益為：

aol＝gmiro8×[k(β+1)+1]gm10rout

可以看到，第二級(jí)通過(guò)npn實(shí)現(xiàn)了gmboosting，其輸出阻抗可以根據(jù)圖2所示的第二級(jí)小信號(hào)等效電路來(lái)計(jì)算，可表示為：

所以整個(gè)放大器的dc增益可重寫(xiě)為：

m4，m9，m10取長(zhǎng)溝道可保證一定輸出阻抗，該阻抗遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)功率放大電路的gmn^-1||gmp^-1，從而確保了較高的電壓增益。較大的電流增益可通過(guò)增大gm10和k來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于第二級(jí)具有可觀的增益，可以通過(guò)第二級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)密勒補(bǔ)償。該放大器的零極點(diǎn)分布為：

可以看到，由于第二級(jí)實(shí)現(xiàn)了gmboosting，次級(jí)點(diǎn)被推到了相當(dāng)高的位置，而主極點(diǎn)的位置被鎖定在低頻，從而實(shí)現(xiàn)了極點(diǎn)分離。零點(diǎn)可以通過(guò)設(shè)置更小的rz來(lái)補(bǔ)償次級(jí)點(diǎn)，確保了寄生極點(diǎn)不會(huì)靠近低頻。因此該放大器的gbw可以確定為：

由于第二級(jí)通過(guò)gmboosting將放大器零極點(diǎn)的位置擺放得更為理想，密勒電容cc可以相應(yīng)做小一些，從而增大了gbw；另一方面，采用npn管作為輸入對(duì)管，本身具有較高的gm，進(jìn)一步增大了gbw，從而實(shí)現(xiàn)了放大器的高帶寬。

放大器第二級(jí)實(shí)際上通過(guò)q3和m10實(shí)現(xiàn)了推挽，輸出上拉和下拉電流最大可以達(dá)到：

ioh＝(1+β)im4

可以看到，由于npn管的加入，上拉電流可以做到很大。

采用上述方案實(shí)施的放大器仿真波形如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，放大器的dc增益達(dá)到了95db，相位裕度80°，增益裕度11db，gbw5.7mhz，sr為1.6v/μs。從性能指標(biāo)上看，該放大器實(shí)現(xiàn)了高增益，高帶寬，高sr，解決了傳統(tǒng)功率放大電路無(wú)法兼顧電流增益和電壓增益的問(wèn)題。