適用于圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)容性大負(fù)載低噪聲的運(yùn)算放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及運(yùn)算放大器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種驅(qū)動(dòng)容性大負(fù)載低噪聲的運(yùn)算放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓低功耗高增益多級(jí)運(yùn)算放大器始終是低功耗模擬電路很活躍的研究領(lǐng)域。許多高增益運(yùn)算放大器在達(dá)到高增益、高穩(wěn)定性、小芯片面積的時(shí)候，噪聲性能可能會(huì)下降。而大量便攜式電子設(shè)備，例如:生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、助聽(tīng)器、電源管理、圖像傳感器等要求在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)候具有較低的噪聲。雖然以前的文獻(xiàn)已有報(bào)道分別采用有源密勒反饋和寬范圍驅(qū)動(dòng)負(fù)載技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容或者電阻的多級(jí)運(yùn)算放大器，但是將兩種技術(shù)聯(lián)合使用可以實(shí)現(xiàn)額外的參數(shù)-噪聲的降低。
[0003]近些年關(guān)于多級(jí)運(yùn)算放大器的研究大多有驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容和低功耗低噪聲等方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的直流系統(tǒng)故障隔離難的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種適用于圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)大負(fù)載低噪聲的多級(jí)運(yùn)算放大器，采用有源密勒反饋和寬范圍驅(qū)動(dòng)負(fù)載技術(shù)，所實(shí)現(xiàn)的多級(jí)運(yùn)算放大器可以驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容或者電阻，同時(shí)具有較低的噪聲。
[0005]1.本發(fā)明提出了一種適用于圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)容性大負(fù)載低噪聲的運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器包括第一至第十四？]?03晶體管觀0、]\?)1、]\11、]\12、]\17、]\18、]\19、]\110、]\111、]\112、皿13、]?14、]\121、]\122以及第一至第十匪05晶體管13、]\14、]\15、]\16、]\115、]\116、]\117、]\118、]\119、]\120共二十四個(gè)M0S晶體管;其中:
[0006]第一、第七至第十、第十四？103晶體管觀0、19、110、111、112、122的源極共同接供電電源￥00;第一至第十四卩]\?)5晶體管觀0、]\?)1、]\11、]\12、]\17、]\18、]\19、]\110、]\111、]\112、]\113、]\114、皿21、]?22的襯底接電源￥00;第一至第十匪05晶體管13、]\14、]\15、]\16、]\115、]\116、]\117、]\118、]\119、M20襯底接地GND;第一、第二、第七至第九NM0S晶體管M3、M4、Μ17、Μ18、Μ19的源極共同接地GND；
[0007]第一、第八、第十PM0S晶體管Μ00、Μ10、Μ12的柵極接第一偏置電壓Vbl;第一 PM0S晶體管M00的漏極接第二 PM0S晶體管M01的源極;第二、第五、第六、第^^一至第十三PM0S晶體管觀1、17、18、113、114、121的柵極共同接第二偏置電壓￥匕2;第二?103晶體管觀1漏極接第三、第四PM0S晶體管M1、M2的源極;第三PM0S晶體管Ml的柵極接第一輸入端Vn，漏極接第一NM0S晶體管M3的漏極和第三NM0S晶體管M5的源極;第四PM0S晶體管M2的柵極接第二輸入端Vp，漏極接第二 NM0S晶體管M4的漏極和第四NM0S晶體管M6的源極；
[0008]第一、第二 NM0S晶體管M3、M4的柵極共同接第四偏置電壓Vb4;
[0009]第三至第六、第十匪03晶體管15、16、115、116、120的柵極共同接第三偏置電壓Vb3;第三匪OS晶體管M5的漏極、第五PM0S晶體管M7的漏極共同接電阻Rm的一端；電阻Rm的另一端接第七PMOS晶體管M9的柵極；第七PM0S晶體管M9的漏極接第五PM0S晶體管M7的源極；第四匪OS晶體管M6的漏極、第六PM0S晶體管M8的漏極共同接第九、第十四PM0S晶體管Ml 1、M22的柵極;第六PM0S晶體管M8的源極、第一電容Cml的一端、第二電容Cm2的一端共同接第八PM0S晶體管M10的漏極；
[0010]第九PM0S晶體管Mil的漏極接第^^一PM0S晶體管M13的源極；第^^一PM0S晶體管Ml 3的漏極、第五NM0S晶體管Ml 5的漏極共同接第七、第八NM0S晶體管Ml 7、Ml 8的柵極;第五匪0S晶體管Ml5的源極接第七匪0S晶體管Ml7的漏極；第六匪0S晶體管Ml6的源極接第八匪0S晶體管M18的漏極；第六匪0S晶體管M16的漏極、第九匪0S晶體管M19的柵極、第十二PM0S晶體管M14的漏極共同接第二電容Cm2的另一端和電阻Rm的另一端;第十二 PM0S晶體管M14的源極接第十PM0S晶體管M12的漏極;第一電容Cml的另一端、第十匪0S晶體管M20的漏極、第十三PM0S晶體管M21的漏極共同接輸出端Vout;第十匪OS晶體管M20的源極接第九NM0S晶體管M19的漏極;第十三PM0S晶體管M21的源極接第十四PM0S晶體管M22的漏極。
[0011]所構(gòu)成的放大器由三個(gè)增益級(jí)、兩個(gè)有源密勒電容反饋回路和一個(gè)前饋通路組成。第一增益級(jí)包括第一至第四？103晶體管舢0、101、11、12和第一至第四匪03晶體管13、M4、M5、M6，其中跨導(dǎo)gml由第三至第四PM0S晶體管Ml、M2實(shí)現(xiàn);第二增益級(jí)包括第九至第十二卩]?05晶體管肌1、]\112、]\113、]\114和第五至第八匪05晶體管肌5、]\116、]\117、]\118，其中跨導(dǎo)81112由第九PM0S晶體管Mil實(shí)現(xiàn)；第三增益級(jí)包括第九至第十二 PM0S晶體管M21和第九至第十NM0S晶體管M19、M20，其中跨導(dǎo)gmL由第九NM0S晶體管M19實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)有源反饋回路包括第一電容Cml、第二電容Cm2、電阻Rm和第七PM0S晶體管M9構(gòu)成的第一跨導(dǎo)增益級(jí)gmal和等效電阻l/gma2;而第二個(gè)有源反饋回路包括第一電容Cml和由第六PM0S晶體管M8構(gòu)成的第二跨導(dǎo)增益級(jí)gma2和等效電阻l/gma2; —個(gè)前饋通路由第十四PM0S晶體管M22實(shí)現(xiàn)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)中相比，本發(fā)明在低壓低功耗條件下，該放大器可以在驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容或者電阻的同時(shí)，具有較低的噪聲。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1本發(fā)明的放大器的拓?fù)鋱D；
[0014]圖2放大器的實(shí)施方式原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0016]選取第三、第四PM0S晶體管M1、M2的柵極作為信號(hào)輸入端，分別輸入差模信號(hào)Vin-和Vin+，經(jīng)過(guò)第一差分輸入級(jí)、第二增益級(jí)、第三推挽輸出級(jí)輸出到Vout。然后信號(hào)經(jīng)過(guò)兩路有源反饋回路實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，來(lái)調(diào)節(jié)共軛極點(diǎn)的位置，來(lái)降低放大器的噪聲。在放大器的輸出端加載大負(fù)載電容可以測(cè)試放大器的小信號(hào)交流響應(yīng)和大信號(hào)的階躍響應(yīng)，可以得到放大器的小信號(hào)參數(shù)和瞬態(tài)參數(shù);結(jié)果表明本款放大器能夠驅(qū)動(dòng)寬范圍大負(fù)載電容(數(shù)百PF)，具有較低的噪聲性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)容性大負(fù)載低噪聲的運(yùn)算放大器，其特征在于，所述運(yùn)算放大器包括第一至第十四？]?05晶體管觀0、]\?)1、]\11、]\12、]\17、]\18、]\19、]\110、]\111、]\112、]\113、皿14、]?21、]\122以及第一至第十匪05晶體管13、]\14、]\15、]\16、]\115、]\116、]\117、]\118、]\119、]\120共二十四個(gè)MOS晶體管;其中: 第一、第七至第十、第十四PMOS晶體管MOO、M9、M10、M11、M12、M22的源極共同接供電電源￥00;第一至第十四卩]?05晶體管觀0、]\?)1、]\11、]\12、]\17、]\18、]\19、]\110、]\111、]\112、]\113、]\114、]\121、M22 的襯底接電源 VDD;第一至第十 NMOS 晶體管 M3、M4、M5、M6、M15、M16、M17、M18、M19、M20 襯底接地GND;第一、第二、第七至第九NMOS晶體管M3、M4、M17、M18、M19的源極共同接地GND; 第一、第八、第十PMOS晶體管M00、M10、M12的柵極接第一偏置電壓Vbl;第一 PMOS晶體管M00的漏極接第二PMOS晶體管M01的源極；第二、第五、第六、第^^一至第十三PMOS晶體管.101、17、18、113、114、121的柵極共同接第二偏置電壓￥匕2;第二?103晶體管勵(lì)1漏極接第三、第四PMOS晶體管Ml、M2的源極;第三PMOS晶體管Ml的柵極接第一輸入端Vn，漏極接第一 NMOS晶體管M3的漏極和第三W0S晶體管M5的源極;第四PM0S晶體管M2的柵極接第二輸入端Vp，漏極接第二 NMOS晶體管M4的漏極和第四NMOS晶體管M6的源極； 第一、第二 NM0S晶體管M3、M4的柵極共同接第四偏置電壓Vb4; 第三至第六、第十匪OS晶體管M5、M6、M15、M16、M20的柵極共同接第三偏置電壓Vb3;第三匪OS晶體管M5的漏極、第五PM0S晶體管M7的漏極共同接電阻Rm的一端；電阻Rm的另一端接第七PM0S晶體管M9的柵極;第七PM0S晶體管M9的漏極接第五PM0S晶體管M7的源極;第四NM0S晶體管M6的漏極、第六PM0S晶體管M8的漏極共同接第九、第十四PM0S晶體管M11、M22的柵極;第六PM0S晶體管M8的源極、第一電容Cml的一端、第二電容Cm2的一端共同接第八PM0S晶體管M10的漏極； 第九PMOS晶體管Mil的漏極接第^^一PM0S晶體管M13的源極;第^^一PM0S晶體管M13的漏極、第五NM0S晶體管M15的漏極共同接第七、第八NM0S晶體管M17、M18的柵極;第五NM0S晶體管M15的源極接第七NM0S晶體管M17的漏極;第六匪OS晶體管M16的源極接第八W0S晶體管M18的漏極;第六匪OS晶體管M16的漏極、第九匪OS晶體管M19的柵極、第十二 PM0S晶體管M14的漏極共同接第二電容Cm2的另一端和電阻Rm的另一端;第十二 PM0S晶體管M14的源極接第十PM0S晶體管M12的漏極;第一電容Cml的另一端、第十NM0S晶體管M20的漏極、第十三PM0S晶體管M21的漏極共同接輸出端Vout;第十匪OS晶體管M20的源極接第九匪OS晶體管M19的漏極;第十三PM0S晶體管M21的源極接第十四PM0S晶體管M22的漏極。 所構(gòu)成的放大器由三個(gè)增益級(jí)、兩個(gè)有源密勒電容反饋回路和一個(gè)前饋通路組成。第一增益級(jí)包括第一至第四？]?03晶體管觀0、]\?)1、]\11、]\12和第一至第四匪03晶體管13、]\14、]\15、M6，其中跨導(dǎo)gml由第三至第四PM0S晶體管M1、M2實(shí)現(xiàn);第二增益級(jí)包括第九至第十二 PM0S晶體管肌1、]?12、]\113、]\114和第五至第八匪03晶體管[5、]\116、]\117、]\118，其中跨導(dǎo)81112由第九PM0S晶體管Ml 1實(shí)現(xiàn);第三增益級(jí)包括第九至第十二 PM0S晶體管M21和第九至第十NM0S晶體管M19、M20，其中跨導(dǎo)gmL由第九NM0S晶體管M19實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)有源反饋回路包括第一電容Cml、第二電容Cm2、電阻Rm和第七PM0S晶體管M9構(gòu)成的第一跨導(dǎo)增益級(jí)gmal和等效電阻1/gma2;而第二個(gè)有源反饋回路包括第一電容Cml和由第六PM0S晶體管M8構(gòu)成的第二跨導(dǎo)增益級(jí)gma2和等效電阻l/gma2; —個(gè)前饋通路由第十四PM0S晶體管M22實(shí)現(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)容性大負(fù)載低噪聲的運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器包括第一至第十四PMOS晶體管M00、M01、M1、M2、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13、M14、M21、M22以及第一至第十NMOS晶體管M3、M4、M5、M6、M15、M16、M17、M18、M19、M20共二十四個(gè)MOS晶體管，以及連接設(shè)置的第一電容Cm1、第二電容Cm2以及電阻Rm；所構(gòu)成多級(jí)運(yùn)算放大器包括三個(gè)增益放大級(jí)、兩個(gè)有源反饋回路、一個(gè)前饋通路。本發(fā)明在低壓低功耗條件下，該放大器可以在驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容或者電阻的同時(shí)，具有較低的噪聲。
【IPC分類】H04N5/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105450906
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510854791
【發(fā)明人】肖夏, 張庚宇
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日