一种classAB输出级的偏置电路 专利技术说明

电子电路装置的制造及其应用技术一种classab输出级的偏置电路技术领域1.本发明属于运算放大器领域，涉及一种为classab输出级提供偏置的电路，尤其适合将本发明结构应用于既需要大输出摆幅又需要稳定输出共模的参考电压buffer应用场景中。背景技术：2.在大输出摆幅低功耗运算放大器的应用中，优先会考虑会采用classab作为运放的输出级。而使用浮空电流镜去偏置classab的静态工作点是一种很常见的方式。传统的浮空电流镜偏置电路工作原理是：如图1所示，通过两个二极管连接构成的电阻串得到浮空电流镜的栅压，产生偏置电流，将classab输入管的栅极偏置到不同的静态工作点上。3.但问题是，由于是浮空电流镜的栅压是通过二极管连接的mos管形式得到的，很容易受到电源和pvt变化的干扰而偏离正常的工作点，导致classab性能下降。技术实现要素：4.针对上述传统浮空电流镜的偏置问题，本发明提出一种新的classab输出级的偏置电路，如图2所示，通过classab输入管的两个复制网络产生更高精度的浮空电流镜偏置电流，再通过两级电路共同构成更强的共模反馈环路，以此维持classab更稳定的共模状态。在高精度高速的流水线adc的设计中，要求参考电压buffer有较大的输出摆幅的同时，有稳定的输出共模电压。因此本发明电路，尤其适用于mdac参考电压buffer设计。5.本发明的技术方案为：6.一种classab输出的偏置电路，包括第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3、第四晶体管m4、第五晶体管m5、第六晶体管m6、第七晶体管m7、第八晶体管m8、第九晶体管m9、第十晶体管m10、第十一晶体管m11、第十二晶体m12、管十三晶体管m13、第十四晶体管m14、第十五晶体管m15、第十六晶体管m16、第十七晶体管m17、第十八晶体管m18、第十九晶体管m19、第一电流源ib1、第二电流源ib2、第三电流源ib3、第四电流源ib4、第五电流源ib5、第六电流源ib6、第七电流源ib7、第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2和第一放大器a1。第一晶体管m1的栅极接第四晶体管m4的漏极，第一晶体管m1的源极接地，第一晶体管m1的漏极接第一电流源ib1的第二连接端；第二晶体管m2的栅极接第五晶体管m5的栅极，第二晶体管m2的漏极接第三晶体管m3的源极，第二晶体管m2的源极接地；第三晶体管m3的栅极接第三晶体管m3的漏极，第三晶体管m3的漏极连接第二电流源ib2的第二连接端；第四晶体管m4的栅极接第四晶体管m4的漏极，第四晶体管m4的源极接地，第四晶体管m4的漏极接第六晶体管m6的漏极；第五晶体管m5的栅极接第五晶体管m5的漏极，第五晶体管m5的漏极接第七晶体管m7的漏极；第六晶体管m6的栅极接参考电压vcm，第六晶体管m6的源极接第三电流源ib3的第二连接端；第七晶体管m7的栅极接第一电流源ib1的第二连接端，第七晶体管m7的源极接第三电流源ib3的第二连接端；第八晶体管m8的栅极接第一放大器a1的输出端，第八晶体管m8的漏极接第九晶体管m9的源极，第八晶体管m8的源极接地；第九晶体管m9的栅极接第三晶体管m3的栅极、第九晶体管m9的源极接第十晶体管m10的漏极，第九晶体管m9的漏极接第四电流源ib4的第二连接端；第十晶体管m10的栅极接第十六晶体管m16的栅极、第十晶体管m10的源极接第四电流源ib4的第二连接端；第十一晶体管m11的栅极接第十七晶体管m17的漏极，第十一晶体管m11的源极接第五电流源ib5的第一连接端，第十一晶体管m11的漏极接第十三晶体管m13的漏极；第十二晶体管m12的栅极接参考电压vcm，第十二晶体管m12的源极接第五电流源ib5的第一连接端，第十二晶体管m12的漏极接第十四晶体管m114的漏极；第十三晶体管m13的栅极连接第十三晶体管m13的漏极，第十三晶体管m13的源极接电源电压vdd；第十四晶体管m14的栅极接第十四晶体管m14的漏极，第十四晶体管m14的源极接电源电压vdd；第十五晶体管m15的栅极接第十三晶体管m13的栅极，第十五晶体管的源极接电源电压vdd，第十五晶体管m15的漏极接第十六晶体管m16的源极；第十六晶体管m16的栅极接第十六晶体管m16的漏极；第十七晶体管m17的栅极接第十六晶体管m16的源极，第十七晶体管m17的源极接电源电压vdd，第十七晶体管m17的漏极接第七电流源ib7；第十八晶体管m18的栅极接第十晶体管m10的源极，第十八晶体管m18的源极接电源电压vdd，第十八晶体管m18的漏极接第十九晶体管m19的漏极；第十九晶体管m19的栅极接第九晶体管m9的源极，第十九晶体管m19的源极接地；第一电流源ib1的第一连接端接电源电压vdd；第二电流源ib2的第一连接端接电源电压vdd；第三电流源ib3的第一连接端接电源电压vdd；第四电流源ib4的第一连接端接电源电压vdd；第五电流源ib5的第二连接端接地；第六电流源ib6的第二连接端接地；第七电流源ib7的第二连接端接地；第一放大器的同相输入端接参考电压vcm，第一放大器的反相输入端接输出共模电压vocm；第一电阻r1的第一连接端接第一晶体管m1的漏极，第一电阻r1的第二连接端接第一电容c1的第一连接端；第二电阻r2的第一连接端接第十七晶体管m17的漏极，第二电阻r2的第二连接第二电容c2的第一连接端；第一电容c1的第二连接端接第三晶体管m3的漏极；第二电容c2的第二连接端接第十六晶体管m16的漏极；第十八晶体管m18漏极和第十九晶体管m19漏极的连接点为偏置电路输出端。7.本发明的有益效果是：相比于用传统浮空电流镜结构去偏置classab输出级的方式，本发明通过添加classab输出级的复制网络，实现在输出共模电压的基础上得到浮空电流镜的栅极电压，再通过一个共模反馈环路去调节流过浮空电流镜的偏置电流，使得classab输出级能够偏置在稳定的工作点上，输出更高精度的输出共模电压。附图说明8.图1为传统浮空电流镜的classab电路示意图；9.图2为本发明提出的一种classab输出级偏置电路示意图；具体实施方式10.下面结合附图对本发明进行详细的描述：11.如图2所示，一种classab输出级的偏置电路，包括第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3、第四晶体管m4、第五晶体管m5、第六晶体管m6、第七晶体管m7、第八晶体管m8、第九晶体管m9、第十晶体管m10、第十一晶体管m11、第十二晶体m12、管十三晶体管m13、第十四晶体管m14、第十五晶体管m15、第十六晶体管m16、第十七晶体管m17、第十八晶体管m18、第十九晶体管m19、第一电流源ib1、第二电流源ib2、第三电流源ib3、第四电流源ib4、第五电流源ib5、第六电流源ib6、第七电流源ib7、第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2和第一放大器a1。第一晶体管m1的栅极接第四晶体管m4的漏极，第一晶体管m1的源极接地，第一晶体管m1的漏极接第一电流源ib1的第二连接端；第二晶体管m2的栅极接第五晶体管m5的栅极，第二晶体管m2的漏极接第三晶体管m3的源极，第二晶体管m2的源极接地；第三晶体管m3的栅极接第三晶体管m3的漏极，第三晶体管m3的漏极连接第二电流源ib2的第二连接端；第四晶体管m4的栅极接第四晶体管m4的漏极，第四晶体管m4的源极接地，第四晶体管m4的漏极接第六晶体管m6的漏极；第五晶体管m5的栅极接第五晶体管m5的漏极，第五晶体管m5的漏极接第七晶体管m7的漏极；第六晶体管m6的栅极接参考电压vcm，第六晶体管m6的源极接第三电流源ib3的第二连接端；第七晶体管m7的栅极接第一电流源ib1的第二连接端，第七晶体管m7的源极接第三电流源ib3的第二连接端；第八晶体管m8的栅极接第一放大器a1的输出端，第八晶体管m8的漏极接第九晶体管m9的源极，第八晶体管m8的源极接地；第九晶体管m9的栅极接第三晶体管m3的栅极、第九晶体管m9的源极接第十晶体管m10的漏极，第九晶体管m9的漏极接第四电流源ib4的第二连接端；第十晶体管m10的栅极接第十六晶体管m16的栅极、第十晶体管m10的源极接第四电流源ib4的第二连接端；第十一晶体管m11的栅极接第十七晶体管m17的漏极，第十一晶体管m11的源极接第五电流源ib5的第一连接端，第十一晶体管m11的漏极接第十三晶体管m13的漏极；第十二晶体管m12的栅极接参考电压vcm，第十二晶体管m12的源极接第五电流源ib5的第一连接端，第十二晶体管m12的漏极接第十四晶体管m114的漏极；第十三晶体管m13的栅极连接第十三晶体管m13的漏极，第十三晶体管m13的源极接电源电压vdd；第十四晶体管m14的栅极接第十四晶体管m14的漏极，第十四晶体管m14的源极接电源电压vdd；第十五晶体管m15的栅极接第十三晶体管m13的栅极，第十五晶体管的源极接电源电压vdd，第十五晶体管m15的漏极接第十六晶体管m16的源极；第十六晶体管m16的栅极接第十六晶体管m16的漏极；第十七晶体管m17的栅极接第十六晶体管m16的源极，第十七晶体管m17的源极接电源电压vdd，第十七晶体管m17的漏极接第七电流源ib7；第十八晶体管m18的栅极接第十晶体管m10的源极，第十八晶体管m18的源极接电源电压vdd，第十八晶体管m18的漏极接第十九晶体管m19的漏极；第十九晶体管m19的栅极接第九晶体管m9的源极，第十九晶体管m19的源极接地；第一电流源ib1的第一连接端接电源电压vdd；第二电流源ib2的第一连接端接电源电压vdd；第三电流源ib3的第一连接端接电源电压vdd；第四电流源ib4的第一连接端接电源电压vdd；第五电流源ib5的第二连接端接地；第六电流源ib6的第二连接端接地；第七电流源ib7的第二连接端接地；第一放大器的同相输入端接参考电压vcm，第一放大器的反相输入端接输出共模电压vocm；第一电阻r1的第一连接端接第一晶体管m1的漏极，第一电阻r1的第二连接端接第一电容c1的第一连接端；第二电阻r2的第一连接端接第十七晶体管m17的漏极，第二电阻r2的第二连接第二电容c2的第一连接端；第一电容c1的第二连接端接第三晶体管m3的漏极；第二电容c2的第二连接端接第十六晶体管m16的漏极。12.本发明的工作原理如下：13.在classab输出级共模建立的过程中，依靠nmos管m9和pmos管m10产生偏置电流。nmos管m1和pmos管m17分别为classab输出级nmos管m19和pmos管m18的成比例复制管，m1和m17的栅源电压通过复制网络可以设置m9和m10的栅极电压工作点。mos管m4、m5、m6、m7和电流源ib3构成的误差放大器会检测m1管的漏极电压vd1，调节m1管的栅极电压vg1，将m1管的漏极电压vd1钳位在参考电压vcm的位置；同理，mos管m11、m12、m13、m14和电流源ib5构成的误差放大器会检测m17管的漏极电压vd17，调节m17管的栅极电压vg17，将m17管的漏极电压vd17钳位在参考电压vcm的位置。当nmos管m3的栅源电压vgs3和m9的栅源电压vgs9、nmos管m1的栅源电压vgs1和m19的栅源电压vgs19、pmos管m16的栅源电压vgs16和m10的栅源电压vgs10、pmos管m17的栅源电压vgs17和m18的栅源电压vgs18分别相等时，则classab输出级的输出共模电压即为vcm，复制网络对vcm的设置偏差为δv：[0014][0015]其中，gm为mos管的跨导，ro为mos管的输出阻抗。[0016]另外，由于衬偏效应，浮空电流镜m3和m9、m16和m10的阈值存在失配，同时管间的源漏电压vds之间也存在失配。所以电流的复制比会出现偏差，进而影响classab输出级的输出共模的精度。本发明通过nmos管m8和放大器a1构成一个共模反馈环路，降低这一影响。放大器a1会检测classab输出共模vocm的偏差并放大，调节m8管的栅极电压，进而调整m19管的栅压使输出共模趋向于参考电压vcm，反馈环路增益为av：[0017][0018]因此，本发明通过classab输入管的两个复制网络产生更高精度的浮空电流镜偏置电流，再通过两级电路共同构成更强的共模反馈环路，将classab输出级偏置在更稳定的工作点上，输出更精确的输出共模电压。[0019]以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述的原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。









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