AB类运算放大器、电路、芯片及电子设备的制作方法

本发明涉及电子，尤其涉及一种ab类运算放大器、电路、芯片及电子设备。

背景技术：

1、运算放大器(简称运放)是能够将输入信号按一定倍数进行放大的功能器件，其中，a类运放、b类运放和ab类运放是信号处理系统中常见的运放类型。

2、a类运放，其中的输出晶体管始终处于导通状态，也即导通角为全周期，其特点是线性度好但效率低；

3、b类运放，其中的输出晶体管交替导通半个周期，也即导通角为半周期，其特点是效率相对a类运放较高，但线性度差、失真严重；

4、ab类运放，其中的输出晶体管导通周期在a类运放和b类运放之间，也即导通角大于半周期而小于全周期，特点是效率相对a类运放较高，而线性度相对b类运放较好。在一些驱动低阻抗负载同时线性度要求较高的应用场合(例如音频领域)，ab类运放往往作为首选类型。

5、请参考图1，为传统的ab类运放的电路原理图，传统的ab类运放通常包括差分输入级、共源共栅放大级及输出级，其中差分输入级用于把微小的差分电压转换成较大的差分电流信号，共源共栅放大级用于将该差分电流信号放大并得到放大后的差分电压信号，输出级接收放大后的差分电压信号并输出运放的差分运算结果。

6、然而，当传统的ab类运放应用于负载阻抗较低的情况时，例如应用于音频领域中，较小的负载阻抗与运放的输出阻抗并联，就会拉低运放的等效输出阻抗，由此也就减小了该运放的增益。

7、若为了提高增益，就需要大幅度提高共源共栅放大级中的偏置阻抗，以增大共源共栅放大级的放大能力，这就会导致该运放的功耗大幅度增加。

8、因此，如何在提升ab类运算放大器的增益的同时，保证运放的节能性成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一ab类运算放大器、电路、芯片及电子设备，以解决如何在提升ab类运算放大器的增益的同时，保证运放的节能性的技术问题。

2、为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种ab类运算放大器，连接于正电源端与负电源端(vss)之间，用于对差分电压输入信号进行放大，包括：

3、差分输入模块，用于接收并放大差分电压输入信号，以得到第一差分电流信号；

4、共源共栅放大模块，用于接收并放大第一差分电流信号，以得到第二差分电压信号，共源共栅放大模块的信号输出端输出第二差分电压信号；

5、共源放大模块，用于接收并放大第二差分电压信号，以得到第三差分电压信号；共源放大模块包括共源放大子模块、共源反馈子模块和偏置子模块；

6、共源放大子模块的信号输入端接收第二差分电压信号；偏置子模块的第一端与共源放大子模块均连接正向电压变化端，偏置子模块的第二端与共源反馈子模块均连接负向电压变化端；正向电压变化端的电压大小与负向电压变化端的电压大小交替变化以得到并输出第三差分电压信号；

7、输出模块，连接至正向电压变化端及负向电压变化端以接收第三差分电压信号，输出模块的运放输出端的电压随着第三差分电压信号变化而变化以得到第四差分电压信号，第四差分电压信号为ab类运算放大器的运算放大结果。

8、优选地，共源共栅放大模块包括共栅放大子模块和阻抗子模块；

9、优选地，阻抗子模块连接于正电源端与信号输出端之间，阻抗子模块用于提供阻抗，以使第一电流自正电源端流向信号输出端；

10、共栅放大子模块的共栅级信号输入端接收第一差分电流信号，且共栅放大子模块连接于信号输出端与负电源端(vss)之间，以使第一电流自阻抗子模块流向共栅放大子模块；

11、第一电流跟随第一差分电流信号变化，以使信号输出端的电压变化而得到第二差分电压信号。

12、共栅放大子模块包括电流镜和共栅级电流源，电流镜连接于信号输出端与共栅级信号输入端之间，以使第一电流自电流镜流向共栅级信号输入端；

13、共栅级电流源连接于共栅级信号输入端与负电源端(vss)之间，以向共栅级信号输入端提供基准电流。

14、优选地，阻抗子模块包括可变阻抗电路和电阻电路，可变阻抗电路连接于正电源端与信号输出端之间，以使第一电流的大小可变；

15、电阻电路连接于信号输出端与可变阻抗电路的控制端之间，以使控制端的电压为信号输出端的共模电压，以使控制端的电压不变。

16、优选地，可变阻抗电路包括晶体管me1和晶体管me2，电阻电路包括电阻r1和电阻r2；

17、晶体管me1的控制极和晶体管me2的控制极均连接控制端，电阻r1远离信号输出端的一端和电阻r2远离信号输出端的一端均连接控制端。

18、优选地，晶体管me1与晶体管me2均为复合晶体管。

19、优选地，还包括共模反馈模块，共模反馈模块的输入端接收第四差分电压信号以得到负反馈信号，共模反馈模块的反馈输出端连接共源反馈子模块，以使共源反馈子模块接收负反馈信号，以使负反馈信号影响第四差分电压信号。

20、优选地，共源放大子模块包括晶体管mc1和晶体管mc2，晶体管mc1和晶体管mc2均连接于正电源端与正向电压变化端之间，晶体管mc1的控制极和晶体管mc2的控制极连接信号输出端，以接收第二差分电压信号，以使正向电压变化端的电压能够随着第二差分电压信号变化。

21、优选地，共源反馈子模块包括晶体管mb1和晶体管mb2，晶体管mb1和晶体管mb2均连接于负向电压变化端与负电源端(vss)之间，晶体管mb1的控制极和晶体管mb2的控制极连接共模反馈模块的反馈输出端，以接收负反馈信号。

22、优选地，偏置子模块为跨导线性环电路，跨导线性环电路连接于正向电压变化端与负向电压变化端之间，以使正向电压变化端的电压大小与负向电压变化端的电压大小交替变化。

23、优选地，输出模块包括正向电压导通晶体管和负向电压导通晶体管，正向电压导通晶体管连接于正电源端与运放输出端之间，且正向电压导通晶体管的控制极连接正向电压变化端；

24、负向电压导通晶体管连接于运放输出端与负电源端(vss)之间，且负向电压导通晶体管的控制极连接负向电压变化端；

25、当正向电压变化端的电压变化时，正向电压导通晶体管为导通状态且负向电压导通晶体管为不导通状态；当负向电压变化端的电压变化时，负向电压导通晶体管为导通状态且正向电压导通晶体管为不导通状态；其中，不导通状态包括晶体管截止状态和晶体管亚阈值状态。

26、优选地，输出模块还包括相位补偿子模块，相位补偿子模块连接于正向电压导通晶体管的控制极、负向电压导通晶体管的控制极与运放输出端之间。

27、优选地，差分输入模块包括输入级电流源和共源输入晶体管，输入级电流源连接于正电源端与共源输入晶体管之间，以为共源输入晶体管提供稳定的输入电流；

28、共源输入晶体管的控制极接收差分电压输入信号，以使共源输入晶体管向共源共栅放大模块输出的电流随着差分电压输入信号变化，得到第一差分电流信号。

29、根据第二方面，本发明实施例公开了一种运算放大电路，包括负载电路及如第一方面公开的ab类运算放大器，负载电路连接ab类运算放大器以接收第四差分电压信号。

30、根据第三方面，本发明实施例公开了一种芯片，包括如第一方面公开的ab类运算放大器。

31、根据第四方面，本发明实施例公开了一种电子设备，包括如第二方面公开的运算放大电路，和/或，如第三方面公开的芯片。

32、优选地，电子设备为耳机或音响。

33、【有益效果】

34、本实施例公开的ab类运算放大器，包括差分输入模块、共源共栅放大模块、共源放大模块和输出模块，其中差分输入模块用于接收并放大差分电压输入信号，以得到第一差分电流信号；共源共栅放大模块用于接收并放大第一差分电流信号，以得到第二差分电压信号；共源放大模块用于接收并放大第二差分电压信号，以得到第三差分电压信号；输出模块接收第三差分电压信号，并将第三差分电压信号转换为第四差分电压信号后向外部电路输出。其中，共源放大模块的共源放大子模块的信号输入端接收第二差分电压信号，偏置子模块的第一端与共源放大子模块均连接正向电压变化端，偏置子模块的第二端与共源反馈子模块均连接负向电压变化端；正向电压变化端与负向电压变化端的电压大小交替变化，从而得到并向输出模块输出第三差分电压信号。可见，在共源共栅放大模块之后增加了共源放大模块，对共源共栅放大模块输出的第二差分电压信号进行了再次放大，有效提高了运放的整体增益。同时，相对于传统的ab类运算放大器而言，由于在共源共栅放大模块与输出模块之间增加了共源放大模块，使得共源放大模块可以分摊共源共栅模块的放大需求，从而使得本实施例公开的ab类运算放大器可在大幅度提升整体运放增益的同时，使运放的输出阻抗基本不增大或仅小幅度增大；或者，可在整体运放增益不变的同时，使得运放的整体阻抗大幅度减小。可见，本实施例公开的ab类运算放大器，能够在有效提升ab类运算放大器的增益的同时，保证了运放的节能性。

35、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。