一种高增益甲乙类运算放大器电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于集成电路设计领域，用于需要高增益甲乙类运算放大器的电路。
【背景技术】
[0002] 在集成电路设计中，由于甲乙类运算放大器轨对轨输出和大负载电流驱动能力， 被广泛的运用于集成电路中，在传统结构中，由于差分输入级的负载M0S管工作于临界饱 和区，导致这些器件的本征增益较低，进而限制了运算放大器的开环增益；
[0003] 附图1是传统一种传统甲乙类运算放大器电路，被广泛应用于集成电路设计的输 出级；具体电路由偏置电路、差分输入级、输出级组成；偏置电路（a)由2个NM0S管、2个 PM0S管和两个偏置电流源组成；NM0S管MN1源极接地，栅极和漏极连接到NM0S管MN2源 极；NM0S管MN2源极结点VGN1连接到NM0S管MN1的栅极和漏极，栅极和漏极连接到差分 输入级NM0S管M12的栅极结点VGN2和偏置电流II的一端；偏置电流II的一端连接到电 源VDD，另一端连接到结点VGN2 ;PM0S管MP1源极连接到电源VDD，栅极和漏极连接到PM0S 管MP2源极；PM0S管MP2源极结点VGP1连接到PM0S管MP1的栅极和漏极，栅极和漏极连接 到差分输入级PM0S管Mil的栅极结点VGP2和偏置电流12的一端；偏置电流12的一端连 接到地，另一端连接到结点VGP2 ;差分输入级（b)采用共源共栅结构，由7个NM0S管、5个 PM0S管以及1个尾电流源构成；尾电流源10的一端连接到电源VDD，另一端连接到PM0S差 分对管M1、M2的源极；PM0S差分对管Ml的源极连接到M2的源极和尾电流源10的一端，栅 极连接到运算放大器的输入INP端，漏极连接到NM0S管M4的漏极和M6的源极；PM0S差分 对管M2的源极连接到Ml的源极和尾电流源10的一端，栅极连接到运算放大器的输入INN 端，漏极连接到NM0S管M3的漏极和M5的源极；NM0S管M3的源极接地，栅极连接到偏置电 压VBN1，漏极连接到M2的漏极和M5的源极；NM0S管M5的源极连接到M3和M2的漏极，栅 极连接到偏置电压VBN2,漏极结点VI连接到PM0S管M7的漏极和PM0S管M9、M10的栅极； NM0S管M4的源极接地，栅极连接到偏置电压VBN1，漏极连接到Ml的漏极和M6的源极；NM0S 管M6的源极连接到M4和Ml的漏极，栅极连接到偏置电压VBN2,漏极结点VGN连接到PM0S 管Mil的漏极、NM0S管M12的源极以及输出级NM0S管MN0的栅极；PM0S管M7的源极连接 到PM0S管M9的漏极，栅极连接到偏置电压VBP，漏极连接到结点VI;PM0S管M8的源极连接 到PM0S管M10的漏极，栅极连接到偏置电压VBP，漏极结点VGP连接到PM0S管Ml1的源极、 NM0S管M12的漏极以及输出级PM0S管MP0的栅极；PM0S管M9的源极连接到电源VDD，栅 极连接到结点VI，漏极点接到M7的源极；PM0S管M10的源极连接到电源VDD，栅极连接到结 点VI，漏极点接到M8的源极；PM0S管Mil的源极连接到结点VGP，栅极连接到偏置电路结 点VGP2,漏极连接到结点VGN;NM0S管M12的源极连接到结点VGN，栅极连接到偏置电路结 点VGN2,漏极连接到结点VGP;输出级（c)由1个PM0S管、1个NM0S管构成；输出NM0S管 MN0的源级连接到地，栅极连接到差分输入级结点VGN，漏极连接到输出PM0S管MP0的漏极 作为运算放大器的输出OUT;输出PM0S管MP0的源级连接到电源VDD，栅极连接到差分输入 级结点VGP，漏极连接到输出NM0S管MN0的漏极作为运算放大器的输出OUT。
[0004]图中有
（m为正整数），偏置电流源11、12的电流 值都为
（n为正整数）；则有VGN=VGN1，VGP =VGP1，在忽略沟道调制效应的前提下，输出级的静态偏置电流I_=I_=ml;差分输入 级的小信号增益可以用表达式[Equ. 1]表示，输出级的增益可以用表达式[Equ. 2]表示；
[0007]附图2是3. 3VNM0S器件过驱动电压为0. 2V时，本征增益随VDS电压的变化曲线， 可以看到随着VDS的增加输出电阻增加，本征增益增加；对于上述运算放大器，为减小静态 功耗，输出级MN0和MP0处于微弱导通状态，VGN~VTH_S、VGP~VDD-VTH_S、对于典型5V 工艺NM0S和PM0S的阈值电压约为0. 6V，则负载管M4、M6、M8、M10的VDS电压大约为0. 3V， 此时均处于临界饱和区，本征增益仅为34. 7,导致运算放大器的开环增益较低。
【发明内容】
[0008] 在传统结构中，由于差分输入级的负载管工作于临界饱和区，导致这些器件的本 征增益较低，进而限制了运算放大器的开环增益；本发明基于以上思想，通过增加电平平移 级增大差分输入级的负载管的VDS电压，使差分输入级的负载管脱离临界饱和区，提高运 算放大器的开环增益。
【附图说明】
[0009] 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 根据这些附图获得其他的附图。
[0010] 图1传统的甲乙类运算放大器电路结构；
[0011] 图2M0S管本征增益随VDS的变化曲线；
[0012] 图3本发明公开的高增益甲乙类运算放大器电路结构；
[0013] 图4本发明公开结构和传统结构开环增益对比。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合附图，详细说明发明公开的一种高增益甲乙类运算放大器的结构和工作 过程。
[0015] -种高增益的甲乙类运算放大器具体电路由偏置电路、差分输入级、电平平移级 和输出级组成；偏置电路（a)由3个NM0S管、3个PM0S管和两个偏置电流组成；NM0S管丽1 源极接地，栅极和漏极连接到NM0S管MN2源极；NM0S管MN2源极结点VGN1连接到NM0S管 MN1的栅极和漏极，栅极和漏极连接NM0S管MN3源极；NM0S管MN3源极结点VGN2连接到 NM0S管MN2的栅极和漏极，栅极和漏极连接到差分输入级NM0S管M12的栅极结点VGN3和 偏置电流II的一端；偏置电流II的一端连接到电源VDD，另一端连接到结点VGN3 ;PM0S管 MP1源极连接到电源VDD，栅极和漏极连接到PMOS管MP2源极；PMOS管MP2源极结点VGP1 连接到PM0S管MP1的栅极和漏极，栅极和漏极连接PM0S管MP3源极；PM0S管MP3源极结点 VGP2连接到PMOS管MP2的栅极和漏极，栅极和漏极连接到差分输入级PMOS管Mil的栅极 结点VGP3和偏置电流12的一端；偏置电流12的一端连接到地，另一端连接到结点VGP3 ; 差分输入级（b)采用共源共栅结构，由7个NM0S管、5个PMOS管以及1个尾电流源构成； 尾电流源10的一端连接到电源VDD，另一端连接到PMOS差分对管M1、M2的源极；PMOS差分 对管Ml的源极连接到M2的源极和尾电流源10的一端，栅极连接到运算放大器的输入INP 端，漏极连接到NM0S管M4的漏极和M6的源极；PMOS差分对管M2的源极连接到Ml的源极 和尾电流源10的一端，栅极连接到运算放大器的输入INN端，漏极连接到NM0S管M3的漏 极和M5的源极；NM0S管M3的源极接地，栅极连接到偏置电压VBN1，漏极连接到M2的漏极 和M5的源极；NM0S管M5的源极连接到M3和M2的漏极，栅极连接到偏置电压VBN2,漏极结 点VI连接到PMOS管M7的漏极和PMOS管M9、M10的栅极；NM0S管M4的源极接地，栅极连 接到偏置电压VBN1，漏极连接到Ml的漏极和M6的源极；NM0S管M6的源极连接到M4和Ml 的漏极，栅极连接到偏置电压VBN2,漏极结点VGN4连接到PMOS管Mil的漏极、NM0S管M12 的源极以及电平平移级NM0S管MN4的栅极；P