適用于lcd驅(qū)動(dòng)電路的低功耗四級(jí)運(yùn)算放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及大規(guī)模集成電路，低壓低功耗電路，低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO)，多級(jí)運(yùn) 算放大器。具體講，涉及適用于LCD驅(qū)動(dòng)電路的低功耗四級(jí)運(yùn)算放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 低壓低功耗多級(jí)運(yùn)算放大器的技術(shù)研宄始終是低功耗模擬電路很活躍的研宄領(lǐng) 域。許多的多級(jí)運(yùn)算放大器的補(bǔ)償技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備，例如：手機(jī)電池和 筆記本電池、LDO、IXD等設(shè)備中。由于著名的三級(jí)運(yùn)算放大器的多級(jí)補(bǔ)償方法一嵌套式密 勒補(bǔ)償技術(shù)（NMC)的固有限制，即：該補(bǔ)償技術(shù)存在右半平面零點(diǎn)和兩個(gè)大補(bǔ)償電容；近些 年來(lái)由于市場(chǎng)的急劇擴(kuò)大的需求量導(dǎo)致低壓低功耗的產(chǎn)品走向小尺寸化、高度集成化，這 就彰顯NMC的不足之處需要改進(jìn)。因?yàn)樗鼧O大地限制了其在低壓低功耗多級(jí)運(yùn)算放大器電 路的應(yīng)用。最近十幾年涌現(xiàn)出了許多關(guān)于多級(jí)運(yùn)算放大器的補(bǔ)償方法來(lái)改進(jìn)NMC技術(shù)。在 低功耗大負(fù)載電容的條件下，它們可以極大地提高運(yùn)放的穩(wěn)定性，同時(shí)也拓展了放大器的 增益帶寬積和擺率。然而以上補(bǔ)償技術(shù)也存在一些不足，例如：在驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容時(shí)候有些 補(bǔ)償電容由于正比例于負(fù)載電容，而導(dǎo)致芯片面積增加，最終電路的制造成本也提高了；所 以后來(lái)的補(bǔ)償技術(shù)開始將補(bǔ)償電容的面積正比例于負(fù)載電容的幾何平均數(shù)，這樣就大大節(jié) 約了芯片的面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于低壓低功耗的四級(jí)運(yùn)算放大器。該四級(jí) 運(yùn)算放大器電路可以在低的功耗（μ W)條件下實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容（數(shù)百pF)，并具有更低 的功耗和更好的壓擺率。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，適用于LCD驅(qū)動(dòng)電路的低功耗四 級(jí)運(yùn)算放大器，由四個(gè)增益放大級(jí)、兩路前饋回路級(jí)和一個(gè)有源反饋回路級(jí)組成；四個(gè)增益 放大級(jí)分別是：跨導(dǎo)增益輸入級(jí)、第二至第三高增益級(jí)、第四推挽輸出級(jí)；兩個(gè)前饋回路級(jí) 分別是：正向跨導(dǎo)增益級(jí)和負(fù)向跨導(dǎo)增益級(jí)；一個(gè)有源反饋回路級(jí)由電容和正向跨導(dǎo)增益 級(jí)組成；輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)跨導(dǎo)增益輸入級(jí)gml、第二至第三增益級(jí)、最后經(jīng)過(guò)第四推挽輸出 級(jí)輸出到V0UT，同時(shí)輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)正向跨導(dǎo)增益級(jí)到達(dá)第三增益級(jí)的輸出端；在第二增 益級(jí)輸出端信號(hào)分為兩路：一路經(jīng)過(guò)負(fù)向跨導(dǎo)增益級(jí)到達(dá)第四推挽輸出級(jí)的輸出端，另一 路直接進(jìn)入第三增益級(jí)；在放大器輸出端的信號(hào)經(jīng)過(guò)有源反饋回路級(jí)由電容Ca和正向跨 導(dǎo)增益級(jí)到達(dá)輸入端。
[0004] 由兩個(gè)鏡像晶體管Mil、M12組成第一跨導(dǎo)增益輸入級(jí)gml，由M16晶體管組成正 向跨導(dǎo)增益級(jí)gma ;晶體管M20、M30分別是第二至第三增益級(jí)gm2、gm3 ;晶體管M40、M41組 成第四推挽輸出級(jí)gm4 ;M41是負(fù)向跨導(dǎo)增益級(jí)gmf2 ;三個(gè)晶體管M411-M413組成SR增強(qiáng) 級(jí)；兩個(gè)鏡像晶體管M51-M52組成正向跨導(dǎo)增益級(jí)gmfl。
[0005] 放大器具體結(jié)構(gòu)為：由第一至第十五PMOS晶體管M10、Mil、M12、M17、M18、M20、 M23、M30、M33、M41、M411、M412、M50、M51、M52 以及第一至第十二 NMOS 晶體管 M13、M14、M15、 M16、M21、M22、M31、M32、M40、M413、M53、M54 共 27 個(gè) MOS 晶體管、一個(gè)電容即補(bǔ)償電容 Ca 構(gòu)成；其中：
[0006] 第一、第四至第十五 PMOS 晶體管 M10、M17、M18、M20、M23、M30、M33、M41、M411、 M412、M50的源極共同接供電電源VDD ;除了第二、第三、第十四至第十五PMOS晶體管Ml 1、 M12、M51、M52的襯底端接源極以外，第一、第四至第十三PMOS晶體管M10、M17、M18、M20、 M23、M30、M33、M41、M411、M412、M50的襯底端接供電電源VDD ;第一、第二、第五至第十二 NMOS 晶體管 M13、M14、M21、M22、M31、M32、M40、M413、M53、M54 的源極共同接地 GND ;第一至 第十二 M13、M14、M15、M16、M21、M22、M31、M32、M40、M413、M53、M54 的襯底端接地 GND ;
[0007] 第一 PMOS晶體管MlO的柵極接第一偏置電壓VbU漏極接第二至第三PMOS晶體 管Mil、M12的源極；第一至第二PMOS晶體管Mil、M12的柵極分別接輸入電壓Vin-和Vin+ 端；第一 PMOS晶體管M11、第一 NMOS晶體管M13的漏極共同接第三NMOS晶體管M15的源 極，第三PMOS晶體管M12、第二NMOS晶體管M14的漏極共同接M16的源極；第一至第二NMOS 晶體管M13、M14的柵極共同接第二偏置電壓Vb2,第三至第四NMOS晶體管M15、M16的柵極 共同接第三偏置電壓Vb3 ;第六PMOS晶體管M20的柵極接第四NMOS晶體管M16、第五PMOS 晶體管M18的漏極；第四至第五PMOS晶體管M17、M18的柵極共同接第四PMOS晶體管M17、 第三NMOS晶體管M15的漏極；第四NMOS晶體管M16的源極接補(bǔ)償電容Ca的左端，補(bǔ)償電 容Ca的右端接輸出端VOUT ;
[0008] 第五NMOS晶體管M21、第六NMOS晶體管M22的柵極共同接第六PMOS晶體管M20、 第五NMOS晶體管M21的漏極；第七PMOS晶體管M23、第六NMOS晶體管M22的漏極共同接第 八PMOS晶體管M30的柵極；第七PMOS晶體管M23的柵極接第四偏置電壓Vb4 ;第七NMOS晶 體管M31、第八NMOS晶體管M32的柵極共同接第八PMOS晶體管M30、第七NMOS晶體管M31 的漏極；第九PMOS晶體管M33、第八NMOS晶體管M32的漏極共同接第九PMOS晶體管M40的 柵極；第九PMOS晶體管M33的柵極接第五偏置電壓Vb5 ;
[0009] 第九NMOS晶體管M40、第十PMOS晶體管M41的漏極、第^^一 PMOS晶體管M411的 源極共同接輸出端VOUT ;第十NMOS晶體管M413、第十二PMOS晶體管M412的漏極共同接第 十一 PMOS晶體管M411的柵極；第十NMOS晶體管M413的柵極接第三偏置電壓Vb3 ;第十二 PMOS晶體管M412的柵極接第六偏置電壓Vb6 ;
[0010] 第十三PMOS晶體管M50的柵極接第六偏置電壓Vb6、漏極接第十四至第十五PMOS 晶體管M51、M52的源極；第十四至第十五PMOS晶體管M51、M52的柵極分別接輸入電壓 Vin-和Vin+端；第^^一至第十二NMOS晶體管M53、M54的柵極共同接第^^一 NMOS晶體管 M53、第十四PMOS晶體管M51的漏極；第十二NMOS晶體管M54、第十五PMOS晶體管M52的 漏極共同接第七NMOS晶體管M31的柵極；外接的負(fù)載電容CL接V0UT。
[0011] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)與效果：
[0012] 由于采用四個(gè)增益放大級(jí)、兩路前饋回路級(jí)和一個(gè)有源反饋回路級(jí)結(jié)構(gòu)，因而，在 低壓低功耗（y W)條件下，本發(fā)明提供的運(yùn)算放大器能夠驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容（數(shù)百pF)，同時(shí) 具有低的功耗和更好的擺率。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1四級(jí)運(yùn)算放大器的拓?fù)鋱D。
[0014] 圖2四級(jí)運(yùn)算放大器的實(shí)施方式原理圖。圖中，Istage為差分輸入級(jí)，2stage、 3stage為增益級(jí)，4stage為推挽輸出級(jí)，SREstage為壓擺率增強(qiáng)級(jí)，feedback stage為前 饋級(jí)。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出了一種用于驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容的低壓低 功耗四級(jí)運(yùn)算放大器，提出雙路有源前饋和Cascode Miller頻率補(bǔ)償技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)雙 路有源前饋連接到第二級(jí)和第四級(jí)的輸出端引入零點(diǎn)而形成Pole-Zero Doublets，以此改 善運(yùn)算放大器的大信號(hào)和小信號(hào)性能一一增益帶寬積和瞬態(tài)響應(yīng)，同時(shí)還引入壓擺率增強(qiáng) 級(jí)來(lái)提高低功耗下的壓擺率SR，爭(zhēng)取在低功耗條件下，獲得更好的增益帶寬積和更理想的 瞬態(tài)響應(yīng)。
[0016] 本發(fā)明提出了一種用于驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容的低壓低功耗四級(jí)運(yùn)算放大器，所述的放 大器由四個(gè)增益放大級(jí)、兩路前饋回路級(jí)和一個(gè)有源反饋回路級(jí)組成。四個(gè)增益放大級(jí)分 別是：跨導(dǎo)增益輸入級(jí)gml、第二至第三高增益級(jí)gm2、gm3、第四推挽輸出級(jí)gm4。兩個(gè)前饋 回路級(jí)分別是：正向跨導(dǎo)增益級(jí)gmfl和負(fù)向跨導(dǎo)增益級(jí)gmf2。一個(gè)有源反饋回路級(jí)由電 容Ca和正向跨導(dǎo)增益級(jí)gma組成。
[0017] 具體的實(shí)施電路原理圖如下：所述的放大器由第一至第十五PMOS晶體管M10、 Mil、M12、M17、M18、M20、M23、M30、M33、M41、M411、M412、M50、M51、M52 以及第一至第十二 NMOS 晶體管 M13、M14、M15、M16、M21、M22、M31、M32、M40、M413、M53、M54 共 27 個(gè) MOS 晶體 管、一個(gè)電容即補(bǔ)償電容Ca構(gòu)成；其中：
[0018] 第一、第四至第十五 PMOS 晶體管 M10、M17、M18、M20、M23、M30、M33、M41、M411、 M412、M50的源極共同接供電電源VDD ;除了第二、第三、第十四至第十五PMOS晶體管Ml 1、 M12、M51、M52的襯底端接源極以外，第一、第四至第十三PMOS晶體管M10、M17、M18、M20、 M23、M30、M33、M41、M411、M412、M50的襯底端接供電電源VDD ;第一、第二、第五至第十二 NMOS 晶體管 M13、M14、M21、M22、M31、M32、M40、M413、M53、M54 的源極共同接地 GND ;第一至 第十二 M13、M14、M15、M16、M21、M22、M31、M32、M40、M413、M53、M54 的襯底端接地 GND。
[0019] 第一 PMOS晶體管MlO的柵極接第一偏置電壓VbU漏極接第二至第三PMOS晶體管 Ml 1、M12的源極；第一至第二PMOS晶體管Mil