、M12的栅极分别接输入电压Vin-和Vin+端； 第一 PMOS晶体管Ml 1、第一 NMOS晶体管M13的漏极共同接第三NMOS晶体管M15的源极，第 三PMOS晶体管M12、第二NMOS晶体管M14的漏极共同接M16的源极；第一至第二NMOS晶 体管M13、M14的栅极共同接第二偏置电压Vb2,第三至第四NMOS晶体管M15、M16的栅极共 同接第三偏置电压Vb3 ;第六PMOS晶体管M20的栅极接第四NMOS晶体管M16、第五PMOS晶 体管M18的漏极；第四至第五PMOS晶体管M17、M18的栅极共同接第四PMOS晶体管M17、 第三NMOS晶体管M15的漏极；第四NMOS晶体管M16的源极接补偿电容Ca的左端，补偿电 容Ca的右端接输出端V0UT。
[0020] 第五NMOS晶体管M21、第六NMOS晶体管M22的栅极共同接第六PMOS晶体管M20、 第五NMOS晶体管M21的漏极；第七PMOS晶体管M23、第六NMOS晶体管M22的漏极共同接第 八PMOS晶体管M30的栅极；第七PMOS晶体管M23的栅极接第四偏置电压Vb4 ;第七NMOS晶 体管M31、第八NMOS晶体管M32的栅极共同接第八PMOS晶体管M30、第七NMOS晶体管M31 的漏极；第九PMOS晶体管M33、第八NMOS晶体管M32的漏极共同接第九PMOS晶体管M40的 栅极；第九PMOS晶体管M33的栅极接第五偏置电压Vb5。
[0021] 第九NMOS晶体管M40、第十PMOS晶体管M41的漏极、第^^一 PMOS晶体管M411的 源极共同接输出端VOUT ;第十NMOS晶体管M413、第十二PMOS晶体管M412的漏极共同接第 十一 PMOS晶体管M411的栅极；第十NMOS晶体管M413的栅极接第三偏置电压Vb3 ;第十二 PMOS晶体管M412的栅极接第六偏置电压Vb6。
[0022] 第十三PMOS晶体管M50的栅极接第六偏置电压Vb6、漏极接第十四至第十五PMOS 晶体管M51、M52的源极；第十四至第十五PMOS晶体管M51、M52的栅极分别接输入电压 Vin-和Vin+端；第^^一至第十二NMOS晶体管M53、M54的栅极共同接第^^一 NMOS晶体管 M53、第十四PMOS晶体管M51的漏极；第十二NMOS晶体管M54、第十五PMOS晶体管M52的 漏极共同接第七NMOS晶体管M31的栅极；外接的负载电容CL接V0UT。
[0023] 其中，主要由两个镜像晶体管M11、M12组成第一跨导增益输入级gml，由M16晶体 管组成正向跨导增益级gma ;晶体管M20、M30分别是第二至第三增益级gm2、gm3 ;晶体管 M40、M41组成第四推挽输出级gm4 ;M41是负向跨导增益级gmf2 ;三个晶体管M411-M413组 成SR增强级；两个镜像晶体管M51-M52组成正向跨导增益级gmfl。
[0024] 在低压低功耗（μW)条件下，该四级运算放大器能够驱动大负载电容（数百pF)， 同时具有低的功耗和更好的摆率。为验证其效果，我们设定了在大负载电容为500pF，通过 交流仿真和瞬态仿真得出其开环频率响应和瞬态响应，仿真的参数和结果如表格1和表格 2所示。
[0025] 下面是在SMIC 65nm CMOS工艺下采用Hspice仿真器，驱动CL = 500pF负载电容 时的交流分析和瞬态分析仿真参数。从中可以看到：增益带宽积GBW = 2. 86MHz，相位裕度 PM = 53. 2°，平均摆率SR = 0. 40V/μ s，功耗为35 μ W。另外降低了补偿电容Ca，也就是降 低了芯片的面积，对于低压低功耗的电路应用中这是十分有利的。因此本款四级运算放大 器适用于低压低功耗的高速应用领域。
[0026] 表格1仿真的参数OCL = 500pF
[0029] 表格2、仿真的结果@CL = 500pF
【主权项】
1. 一种适用于LCD驱动电路的低功耗四级运算放大器，其特征是，由四个增益放大级、 两路前馈回路级和一个有源反馈回路级组成；四个增益放大级分别是：跨导增益输入级、 第二至第三高增益级、第四推挽输出级；两个前馈回路级分别是：正向跨导增益级和负向 跨导增益级；一个有源反馈回路级由电容和正向跨导增益级组成；输入的信号经过跨导增 益输入级gml、第二至第三增益级、最后经过第四推挽输出级输出到VOUT;同时输入的信号 经过正向跨导增益级到达第三增益级的输出端；在第二增益级输出端信号分为两路：一路 经过负向跨导增益级到达第四推挽输出级的输出端，另一路直接进入第三增益级；在放大 器输出端的信号经过有源反馈回路级由电容Ca和正向跨导增益级到达输入端。
2. 如权利要求1所述的适用于LCD驱动电路的低功耗四级运算放大器，其特征是，由两 个镜像晶体管Mil、M12组成第一跨导增益输入级gml，由M16晶体管组成正向跨导增益级 gma;晶体管M20、M30分别是第二至第三增益级gm2、gm3 ;晶体管M40、M41组成第四推挽输 出级gm4 ;M41是负向跨导增益级gmf2 ;三个晶体管M411-M413组成SR增强级；两个镜像晶 体管M51-M52组成正向跨导增益级gmfl。
3. 如权利要求1所述的适用于LCD驱动电路的低功耗四级运算放大器，其特征是，放大 器具体结构为：由第一至第十五PMOS晶体管M10、Mil、M12、M17、M18、M20、M23、M30、M33、 M41、M411、M412、M50、M51、M52 以及第一至第十二NMOS晶体管M13、M14、M15、M16、M21、M22、 M31、M32、M40、M413、M53、M54共27个MOS晶体管、一个电容即补偿电容Ca构成；其中： 第一、第四至第十五PMOS晶体管M10、M17、M18、M20、M23、M30、M33、M41、M411、M412、M50的源极共同接供电电源VDD;除了第二、第三、第十四至第十五PMOS晶体管Mil、M12、 M51、M52的衬底端接源极以外，第一、第四至第十三PMOS晶体管M10、M17、M18、M20、M23、 M30、M33、M41、M411、M412、M50的衬底端接供电电源VDD;第一、第二、第五至第十二NMOS晶 体管机3、]?14、]\121、]\122、]\〇1、]\〇2、]\140、]\1413、]\153、]\154的源极共同接地6冊 ；第一至第十二 M13、M14、M15、M16、M21、M22、M31、M32、M40、M413、M53、M54 的衬底端接地GND; 第一PMOS晶体管MlO的栅极接第一偏置电压Vb1、漏极接第二至第三PMOS晶体管Ml1、M12的源极；第一至第二PMOS晶体管Mil、M12的栅极分别接输入电压Vin-和Vin+端；第 一PMOS晶体管Mll、第一NMOS晶体管M13的漏极共同接第三NMOS晶体管M15的源极，第 三PMOS晶体管M12、第二NMOS晶体管M14的漏极共同接M16的源极；第一至第二匪OS晶 体管M13、M14的栅极共同接第二偏置电压Vb2,第三至第四NMOS晶体管M15、M16的栅极共 同接第三偏置电压Vb3 ;第六PMOS晶体管M20的栅极接第四NMOS晶体管M16、第五PMOS晶 体管M18的漏极；第四至第五PMOS晶体管M17、M18的栅极共同接第四PMOS晶体管M17、第 三NMOS晶体管M15的漏极；第四NMOS晶体管M16的源极接补偿电容Ca的左端，补偿电容 Ca的右端接输出端VOUT; 第五NMOS晶体管M21、第六NMOS晶体管M22的栅极共同接第六PMOS晶体管M20、第五NMOS晶体管M21的漏极；第七PMOS晶体管M23、第六NMOS晶体管M22的漏极共同接第八 PMOS晶体管M30的栅极；第七PMOS晶体管M23的栅极接第四偏置电压Vb4 ;第七NMOS晶体 管M31、第八NMOS晶体管M32的栅极共同接第八PMOS晶体管M30、第七NMOS晶体管M31的 漏极；第九PMOS晶体管M33、第八NMOS晶体管M32的漏极共同接第九PMOS晶体管M40的 栅极；第九PMOS晶体管M33的栅极接第五偏置电压Vb5 ; 第九NMOS晶体管M40、第十PMOS晶体管M41的漏极、第^^一PMOS晶体管M411的源极 共同接输出端VOUT;第十NMOS晶体管M413、第十二PMOS晶体管M412的漏极共同接第^^一PMOS晶体管M411的栅极；第十NMOS晶体管M413的栅极接第三偏置电压Vb3 ;第十二PMOS 晶体管M412的栅极接第六偏置电压Vb6 ; 第十三PMOS晶体管M50的栅极接第六偏置电压Vb6、漏极接第十四至第十五PMOS晶体 管M51、M52的源极；第十四至第十五PMOS晶体管M51、M52的栅极分别接输入电压Vin-和 Vin+端；第^^一至第十二NMOS晶体管M53、M54的栅极共同接第^^一NMOS晶体管M53、第 十四PMOS晶体管M51的漏极；第十二NMOS晶体管M54、第十五PMOS晶体管M52的漏极共 同接第七NMOS晶体管M31的栅极；外接的负载电容CL接V0UT。
【专利摘要】本发明涉及大规模集成电路，为提供一种应用于低压低功耗的四级运算放大器。该四级运算放大器电路可以在低的功耗(μW)条件下实现驱动大负载电容(数百pF)，并具有更低的功耗和更好的压摆率。为此，本发明采取的技术方案是，适用于LCD驱动电路的低功耗四级运算放大器，由四个增益放大级、两路前馈回路级和一个有源反馈回路级组成；四个增益放大级分别是：跨导增益输入级、第二至第三高增益级、第四推挽输出级；两个前馈回路级分别是：正向跨导增益级和负向跨导增益级；一个有源反馈回路级由电容和正向跨导增益级组成。本发明主要应用于大规模集成电路的设计制造。
【IPC分类】H03F3-45, H03F1-34
【公开号】CN104779929
【申请号】CN201510150514
【发明人】肖夏, 张庚宇
【申请人】天津大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月31日