一种增益可变的CMOS运算放大器的制作方法

本实用新型涉及一种放大电路，具体地说，尤其是一种增益可变的CMOS运算放大器。

背景技术：

在现代模拟集成电路设计中，运算放大器是搭建更加复杂电路和实现更多功能不可或缺的电路结构。但是，在实际的模拟集成电路设计中CMOS运算放大器的增益在电路结构固定的情况下是不变的，有时候会给需要不同增益的设计师们带来麻烦。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种增益可变的CMOS运算放大器。所述技术方案如下：

一方面，一种增益可变的CMOS运算放大器，包括：

增益控制单元、偏置单元、可变增益单元、电平转换单元、差分转单端单元以及输出单元；

所述增益控制单元为所述增益可变的CMOS运算放大器的输入级；

所述偏置单元，与所述增益控制单元连接，为后级电路提供偏置电压；

所述可变增益单元，与所述偏置单元连接，作为所述增益可变的CMOS运算放大器的差分放大的模块；

所述电平转换单元，与所述偏置单元连接，并与所述差分转单端单元共同构成输入输出的过渡结构；

所述输出单元为固定增益结构，并作为所述增益可变的CMOS运算放大器的输出级。

可选地，所述增益控制单元采用差分结构。

可选地，所述偏置单元通过MOS管串联分压。

可选地，所述可变增益放大单元采用双端输出的形式。

可选地，所述可变增益单元的差分输出级后加一级所述电平转换单元；

所述电平转换单元采用源跟随器结构，以PMOS管作为输入。

可选地，所述电平转换单元与所述输出单元之间设置所述差分转单端单元。

可选地，所述输出单元为固定增益放大电路，采用共源级结构。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

增益可控，使用方便；由于把增益控制单元作为CMOS运算放大器的输入级，可以方便模拟集成电路设计师在设计时候控制调节得到理想大小的增益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的一种增益可变的CMOS运算放大器的模块示意图；

图2是本实用新型实施例的一种增益可变的CMOS运算放大器的电路示意图；

图3是本实用新型实施例的一种增益可变的CMOS运算放大器输入输出增益曲线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型提供了一种增益可变的CMOS运算放大器，参见图1，所述增益可变的CMOS运算放大器10包括：

增益控制单元100、偏置单元200、可变增益单元300、电平转换单元400、差分转单端单元500以及输出单元600；

所述增益控制单元100为所述增益可变的CMOS运算放大器10的输入级；

所述偏置单元200，与所述增益控制单元100连接，为后级电路提供偏置电压；

所述可变增益单元300，与所述偏置单元200连接，作为所述增益可变的CMOS运算放大器的差分放大的模块；

所述电平转换单元400，与所述偏置单元连接300，并与所述差分转单端单元500共同构成输入输出的过渡结构；

所述输出单元600为固定增益结构，并作为所述增益可变的CMOS运算放大器10的输出级。

可选地，所述增益控制单元100采用差分结构。

具体地，考虑到放大器电源电压和共模输入范围，输入级采用差分结构；可变增益差分输入级是通过改变偏置电流来实现的增益可变。

可选地，所述偏置单元200通过MOS管串联分压。

具体地，为了使MOS管工作在饱和区，各级电路都需要合适的偏执电压，偏置单元200通过MOS管串联分压，调节MOS管的尺寸输出一个满足后级电路正常工作的偏置电压。

可选地，所述可变增益放大单元采用双端输出的形式。

具体地，为了减小增益变化时放大器静态工作点的漂移，可变增益放大单元300采用双端输出的形式。采用PMOS管作为输入，优化了放大器的噪声性能。

可选地，所述可变增益单元300的差分输出级后加一级所述电平转换单元400；

所述电平转换单元400采用源跟随器结构，以PMOS管作为输入。

具体地，可变增益输入输出负向共模电平较大，为了使后级输出单元600固定增益放大器的MOS管能够工作在饱和区内，在可变增益单元300差分输出级后加一级电平转换单元400，将输出电位提升。电平转换单元400可采用源跟随器结构，以PMOS管作为输入，优化了放大器的噪声性能。

可选地，所述电平转换单元400与所述输出单元600之间设置所述差分转单端单元500。

具体地，为了使经过增益控制单元100、偏置单元200、可变增益单元300、电平转换单元400放大的双端信号满足后级固定增益的单端输出，需要在电平转换单元400和输出单元600之间加上一个差分转单端单元500电路。采用PMOS管作为输入，优化了放大器的噪声性能。

可选地，所述输出单元600为固定增益放大电路，采用共源级结构。

具体地，所述输出单元600为固定增益放大电路，采用共源级结构以提高增益和输出幅度。

本实施例中，还提供了一种增益可变的CMOS运算放大器的电路图，参见图2，增益控制单元1作为放大器的输入级；偏置单元2为后级电路提供偏置电压；可变增益单元3作为放大器查差分放大的模块；电平转换单元4与差分转单端单元5共同构成输入输出的过渡结构，输出单元6为一个二级放大结构，进行了密勒补偿。

具体地，所述增益控制单元1中，Vcon作为可变输入电压控制M1的漏极电流，此电流随Vcon变化而变化；可变电流分别通过M2、M5和M3、M6两对电流镜对可变增益单元3提供偏置电流；所述增益控制单元1为放大器的输入级。

具体地，所述偏置单元2中，MOS管M20、M21、M22、M23采用二极管接法，通过将M20的栅极和M9的栅极接在一起为所述电平转换单元4提供偏执电压，通过将M22的栅极与M18的栅极接在一起为所述输出单元6提供偏置电压。

具体地，所述可变增益单元3中，M7、M8漏极电流受到所述增益控制单元1的控制，M7、M8为差分对；所述单元3为放大器差分放大模块。

具体地，所述电平转换单元4中，所述可变增益单元3输出的负向共模电平较大，为了使后级输出单元6固定增益放大器和差分转单端单元5的MOS管能够工作在饱和区内，在可变增益单元3差分输出级后加一级电平转换单元4，将输出电位提升；所述电平转换单元4为放大器前后级的过渡结构。

具体的，所述差分转单端单元5将电平转换单元4中提升过的双端共模电位转化成单端输出，输入到输出单元中；

具体的，所述输出单元6为二级放大模块，采用PMOS输出的共源级结构，将差分转单端单元5中输出的有效电平进行二次放大；所述输出单元6为放大器的输出级。

本实施例中，还提供了增益可变的CMOS运算放大器输入输出增益曲线，参见图3，得到该曲线的工作条件是：电源工作电压±5V，共模输入范围±3V，采用0.5um CMOS工艺。可见控制电压Vcon在-500mV～500mV下增益的调节范围在76.5dB～116dB。

综上所述，本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

增益可控，使用方便，由于把增益控制单元作为CMOS运算放大器的输入级，可以方便模拟集成电路设计师在设计时候控制调节得到理想大小的增益。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。