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1、(10)申请公布号 CN 104333337 A(43)申请公布日 2015.02.04CN104333337A(21)申请号 201410628283.4(22)申请日 2014.11.10H03F 3/45(2006.01)(71)申请人锐迪科微电子科技（上海）有限公司地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园区碧波路690号四号楼6F(72)发明人李霄昆(74)专利代理机构上海浦一知识产权代理有限公司 31211代理人殷晓雪(54) 发明名称AB类运算放大器的静态电流控制电路(57) 摘要本申请公开了一种AB类运算放大器的静态电流控制电路，包括驱动级、静态电流控制级和输出级。在静态电。
2、流控制级中增加了五个MOS管以取代两个运算放大器。这五个MOS管满足特定的关系，即：PMOS管五和PMOS管一具有相同参数，NMOS管五和NMOS管一具有相同参数，PMOS管五与NMOS管六的栅极-源极电压相同，NMOS管五与PMOS管六的栅极-源极电压相同。由此本申请可以达到现有的静态电流控制电路的相同效果，并具有电路结构简单、功耗低、面积小、工艺实现简便、无需考虑运算放大器的输出电压摆幅等优点。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书5页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图3页(10)申请公布号 CN 104333337 A。
3、CN 104333337 A1/2页21.一种AB类运算放大器的静态电流控制电路，包括驱动级、静态电流控制级和输出级；所述驱动级包括PMOS管一和NMOS管一；PMOS管一的源极连接NMOS管一的漏极，PMOS管一的漏极连接NMOS管一的源极；所述静态电流控制级包括PMOS管二、NMOS管二、PMOS管三和NMOS管三；PMOS管二和PMOS管一具有相同参数，NMOS管二和NMOS管一具有相同参数；PMOS管二的栅极连接PMOS管一的栅极，NMOS管二的栅极连接NMOS管一的栅极；PMOS管三的栅极连接PMOS管二的源极和NMOS管二的漏极；NMOS管三的栅极连接NMOS管二的源极；所述输出级。
4、包括PMOS管四和NMOS管四；PMOS管四的栅极连接PMOS管一的源极，NMOS管四的栅极连接NMOS管一的源极；PMOS管四的漏极与NMOS管四的漏极相连接作为输出端；其特征是，所述静态电流控制级还包括PMOS管五、NMOS管五、PMOS管六、NMOS管六和PMOS管七；PMOS管五和PMOS管二具有相同参数且流经电流相同，NMOS管五和NMOS管二具有相同参数且流经电流相同；PMOS管五的栅极连接NMOS管五的栅极，并连接输入的共模电压；PMOS管五的源极连接NMOS管六的栅极；PMOS管五的漏极连接NMOS管五的源极和PMOS管六的栅极；PMOS管六的源极连接PMOS管三的漏极，PMO。
5、S管六的漏极连接PMOS管一的栅极；NMOS管六的源极连接NMOS管三的漏极，NMOS管六的漏极连接NMOS管一的栅极；PMOS管五与NMOS管六的栅极-源极电压相同，NMOS管五与PMOS管六的栅极-源极电压相同；PMOS管七的栅极和漏极相连接，并连接NMOS管五的漏极。2.根据权利要求1所述的AB类运算放大器的静态电流控制电路，其特征是，将PMOS管七改为NMOS管七；将“PMOS管五的源极连接NMOS管六的栅极”改为“PMOS管五的源极连接NMOS管五的漏极和NMOS管六的栅极”；将“PMOS管五的漏极连接NMOS管五的源极和PMOS管六的栅极”改为“NMOS管五的源极连接PMOS管六的。
6、栅极”；将“PMOS管七的栅极和漏极相连接，并连接NMOS管五的漏极”改为“NMOS管七的栅极和漏极相连接，并连接PMOS管五的漏极”。3.根据权利要求1或2所述的AB类运算放大器的静态电流控制电路，其特征是，流经PMOS管三、NMOS管三、PMOS管六、NMOS管六的电流值相同；流经PMOS管二、NMOS管二、PMOS管五、NMOS管五、PMOS管七或NMOS管七的电流值相同。4.根据权利要求1或2所述的AB类运算放大器的静态电流控制电路，其特征是，通过计算机仿真或公式计算得到PMOS管五、NMOS管五、PMOS管六、NMOS管六的沟道宽高比，以使PMOS管五与NMOS管六的栅极-源极电压相。
7、同，NMOS管五与PMOS管六的栅极-源极电压相同。5.根据权利要求1或2所述的AB类运算放大器的静态电流控制电路，其特征是，所有MOS管具有相同参数。6.根据权利要求1或2所述的AB类运算放大器的静态电流控制电路，其特征是，PMOS管五与PMOS管六具有相同的沟道宽长比，NMOS管五与NMOS管六具有相同的沟道宽长比；且PMOS管六的沟道宽度PMOS管五的沟道宽度流经PMOS管六的电流输出静态电流，NMOS管六的沟道宽度NMOS管五的沟道宽度流经NMOS管六的电流输出静态电流。7.根据权利要求1或2所述的AB类运算放大器的静态电流控制电路，其特征是，PMOS管四的沟道宽长比PMOS管三的沟道。
8、宽长比流经PMOS管四的电流流经PMOS管三的权 利 要 求 书CN 104333337 A2/2页3电流，NMOS管四的沟道宽长比NMOS管三的沟道宽长比流经NMOS管四的电流流经NMOS管三的电流。8.根据权利要求1或2所述的AB类运算放大器的静态电流控制电路，其特征是，PMOS管三和NMOS管三的漏极电压均为共模电压。权 利 要 求 书CN 104333337 A1/5页4AB 类运算放大器的静态电流控制电路技术领域0001 本申请涉及模拟集成电路领域，特别是涉及一种AB类运算放大器。背景技术0002 专利号为US7304538B2、授权日为2007年12月4日的美国专利公开了一种AB类。
9、运算放大器的静态电流控制电路，用于减少因制程、供电、温度变化而导致的静态电流波动。该专利给出了四个实施例，其中实施例三在实际应用中的静态电流控制效果最好，可将静态电流波动降低至11.5。该专利的实施例三如图1所示，静态电流控制电路包括驱动级302、静态电流控制级304和输出级306。0003 所述驱动级302包括PMOS管一308和NMOS管一310。PMOS管一308的源极连接NMOS管一310的漏极并作为节点pdrv，PMOS管一308的漏极连接NMOS管一310的源极并作为节点ndrv。输入电流Isig从节点pdrv进入驱动级302，又从节点ndrv离开驱动级302。公共节点一(例如电源。
10、)连接电流源I后连接节点pdrv。节点ndrv连接电流源I后连接公共节点二(例如地)。0004 所述静态电流控制级304包括PMOS管二312、NMOS管二314、PMOS管三316、NMOS管三318、运算放大器一502和运算放大器二504。其中，PMOS管二312和PMOS管一308具有相同参数，NMOS管二314和NMOS管一310具有相同参数，PMOS管三316和PMOS管四320具有相同参数，NMOS管三318和NMOS管四322具有相同参数。具体而言：0005 PMOS管二312的栅极连接PMOS管一308的栅极，NMOS管二314的栅极连接NMOS管一310的栅极。公共节点一通过。
11、电流源I后连接PMOS管二312的源极和NMOS管二314的漏极。PMOS管二312的漏极连接公共节点二，NMOS管二314的源极连接电流源I/2后连接公共节点二。0006 PMOS管三316的栅极连接PMOS管二312的源极和NMOS管二314的漏极。NMOS管三318的栅极连接NMOS管二314的源极。PMOS管三316的源极连接公共节点一，其漏极作为节点330连接电流源Iq后连接公共节点二。公共节点一连接电流源Iq后连接NMOS管三318的漏极即节点332，其源极连接公共节点二。由于PMOS管三316、NMOS管三318各自连接一个电流源Iq，因此流经PMOS管三316、NMOS管三31。
12、8的电流值均被限定为Iq。0007 运算放大器一502的两个输入端分别连接共模电压源Vcomm(未图示)和节点330，一个输出端连接PMOS管二312的栅极。运算放大器二504的两个输入端分别连接共模电压源Vcomm和节点332，一个输出端连接NMOS管二314的栅极。这两个运算放大器用来使PMOS管四320和PMOS管三316的栅极-源极电压(Vgs)保持相同、NMOS管四322和NMOS管三318的栅极-源极电压保持相同。这是考虑到PMOS管四320和PMOS管三316的漏极-源极电压(Vds)可能不同、NMOS管四322和NMOS管三318的漏极-源极电压也可能不同的情况而特别设计的。0。
13、008 所述输出级306包括PMOS管四320和NMOS管四322。PMOS管四320的栅极连接说 明 书CN 104333337 A2/5页5节点pdrv，NMOS管四322的栅极连接节点ndrv。PMOS管四320和NMOS管四322的漏极相连接作为输出端out。PMOS管四320的源极连接公共节点一，NMOS管四322的源极连接公共节点二。流经PMOS管四320的电流与流经PMOS管三316的电流值相同，为Iq；流经NMOS管四322的电流与流经NMOS管三318的电流值相同，也为Iq。0009 上述现有的AB类运算放大器的静态电流控制电路由于使用了两个运算放大器，因此功耗高，作成集成电。
14、路后的面积大，成本高。此外，该专利还记载了两个运算放大器用单级运放放大器即可，那么必然在增益和通频带等方面受限。发明内容0010 本申请所要解决的技术问题是对美国专利US7304538B2的实施例三进行改进。0011 为解决上述技术问题，本申请AB类运算放大器的静态电流控制电路包括驱动级、静态电流控制级和输出级；所述驱动级包括PMOS管一和NMOS管一；PMOS管一的源极连接NMOS管一的漏极，PMOS管一的漏极连接NMOS管一的源极；所述静态电流控制级包括PMOS管二、NMOS管二、PMOS管三和NMOS管三；PMOS管二和PMOS管一具有相同参数，NMOS管二和NMOS管一具有相同参数；P。
15、MOS管二的栅极连接PMOS管一的栅极，NMOS管二的栅极连接NMOS管一的栅极；PMOS管三的栅极连接PMOS管二的源极和NMOS管二的漏极；NMOS管三的栅极连接NMOS管二的源极；所述输出级包括PMOS管四和NMOS管四；PMOS管四的栅极连接PMOS管一的源极，NMOS管四的栅极连接NMOS管一的源极；PMOS管四的漏极与NMOS管四的漏极相连接作为输出端；0012 所述静态电流控制级还包括PMOS管五、NMOS管五、PMOS管六、NMOS管六和PMOS管七；PMOS管五和PMOS管一具有相同参数，NMOS管五和NMOS管一具有相同参数；PMOS管五的栅极连接NMOS管五的栅极，并连接。
16、输入的共模电压；PMOS管五的源极连接NMOS管六的栅极；PMOS管五的漏极连接NMOS管五的源极和PMOS管六的栅极；PMOS管六的源极连接PMOS管三的漏极，PMOS管六的漏极连接PMOS管一的栅极；NMOS管六的源极连接NMOS管三的漏极，NMOS管六的漏极连接NMOS管一的栅极；PMOS管五与NMOS管六的栅极-源极电压相同，NMOS管五与PMOS管六的栅极-源极电压相同；PMOS管七的栅极和漏极相连接，并连接NMOS管五的漏极。0013 本申请AB类运算放大器的静态电流控制电路具有电路结构简单、功耗低、面积小、工艺实现简便、无需考虑输出电压摆幅等优点。附图说明0014 图1是一种现有。
17、的AB类运算放大器的静态电流控制电路的示意图；0015 图2是本申请的AB类运算放大器的静态电流控制电路的实施例一的示意图；0016 图3是本申请的AB类运算放大器的静态电流控制电路的实施例二的示意图。0017 图中附图标记说明：0018 302为驱动级；304为静态电流控制器；306为输出级；308为PMOS管一；310为NMOS管一；312为PMOS管二；314为NMOS管二；316为PMOS管三；318为NMOS管三；320为PMOS管四；322为NMOS管四；502为运算放大器一；504为运算放大器二；512为PMOS管五；514为NMOS管五；516为PMOS管六；518为NMOS管。
18、六；520为PMOS管七；522为NMOS管七。说 明 书CN 104333337 A3/5页6具体实施方式0019 请参阅图2，本申请AB类运算放大器的静态电流控制电路的实施例一包括驱动级302、静态电流控制级304和输出级306。0020 所述驱动级302包括PMOS管一308和NMOS管一310。PMOS管一308的源极连接NMOS管一310的漏极并作为节点pdrv，PMOS管一308的漏极连接NMOS管一310的源极并作为节点ndrv。输入电流Isig从节点pdrv进入驱动级302，又从节点ndrv离开驱动级302。公共节点一(例如电源)连接电流源I后连接节点pdrv。节点ndrv连接。
19、电流源I后连接公共节点二(例如地)。0021 所述静态电流控制级304包括PMOS管二312、NMOS管二314、PMOS管三316、NMOS管三318、PMOS管五512、NMOS管五514、PMOS管六516、NMOS管六518和PMOS管七520。其中，PMOS管二312、PMOS管五512和PMOS管一308具有相同参数且PMOS管二312和PMOS管五512流过相同大小的电流，NMOS管二314、NMOS管五514和NMOS管一310具有相同参数且NMOS管二314和NMOS管五514流过相同大小的电流。具体而言：0022 PMOS管二312的栅极连接PMOS管一308的栅极并作为节。
20、点330，NMOS管二314的栅极连接NMOS管一310的栅极并作为节点332。公共节点一通过电流源I后连接PMOS管二312的源极和NMOS管二314的漏极。PMOS管二312的漏极连接公共节点二，NMOS管二314的源极连接电流源I/2后连接公共节点二。0023 PMOS管三316的栅极连接PMOS管二312的源极和NMOS管二314的漏极。NMOS管三318的栅极连接NMOS管二314的源极。PMOS管三316的源极连接公共节点一。NMOS管三318的源极连接公共节点二。0024 PMOS管五512的栅极连接NMOS管五514的栅极，并连接输入的共模电压值Vcomm。PMOS管五512的。
21、源极连接NMOS管六518的栅极。公共节点一连接电流源I/2后连接PMOS管五512的源极。PMOS管五512的漏极连接NMOS管五514的源极和PMOS管六516的栅极，并连接电流源I后连接公共节点二。0025 PMOS管六516的源极连接PMOS管三316的漏极，PMOS管六516的漏极连接节点330。节点330连接电流源Ie后连接公共节点二。NMOS管六518的源极连接NMOS管三318的漏极，NMOS管六518的漏极连接节点332。公共节点一连接电流源Ie后连接节点332。0026 PMOS管五512、NMOS管五514、PMOS管六516、NMOS管六518通过选择合适的沟道宽高比可。
22、以满足：PMOS管五512与NMOS管六518的栅极-源极电压相同，NMOS管五514与PMOS管六516的栅极-源极电压相同，即Vgs(512)Vgs(518)，Vgs(514)Vgs(516)。0027 PMOS管七520的栅极和漏极相连接，并连接NMOS管五514的漏极。PMOS管七520的源极连接公共节点一。0028 所述输出级306包括PMOS管四320和NMOS管四322。PMOS管四320的栅极连接节点pdrv，NMOS管四322的栅极连接节点ndrv。PMOS管四320和NMOS管四322的漏极相连接作为输出端out。PMOS管四320的源极连接公共节点一，NMOS管四322的。
23、源极连接公共节点二。0029 请参阅图3，这是本申请AB类运算放大器的静态电流控制电路的实施例二。实施说 明 书CN 104333337 A4/5页7例二与实施例一的区别仅在于：实施例二中以NMOS管七522取代了实施例一中的PMOS管七520，实施例二中PMOS管五512、NMOS管五514、PMOS管六516的栅极、NMOS管六518的栅极、NMOS管七522的连接关系与实施例一中的PMOS管五512、NMOS管五514、PMOS管六516的栅极、NMOS管六518的栅极、PMOS管七520的连接关系不同。0030 具体而言，在实施例二中，PMOS管五512的栅极连接NMOS管五514的栅。
24、极，并连接输入的共模电压值Vcomm。公共节点一连接电流源I后连接PMOS管五512的源极和NMOS管五514的漏极，同时连接NMOS管六518的栅极。PMOS管五512的漏极连接NMOS管七522的漏极。NMOS管五514源极既连接PMOS管六516的栅极，又连接电流源I/2后连接公共节点二。NMOS管七522的栅极和漏极相连接，源极连接公共节点二。0031 在以上两个实施例中，由于PMOS管三316和PMOS管六516组成的支路、NMOS管三318和NMOS管六518组成的支路各自连接一个电流源Ie，因此流经这两个支路的四个MOS管的电流值均被限定为Ie。由于电流源I与电流源I/2的存在，。
25、流经PMOS管二312、NMOS管二314、PMOS管五512、NMOS管五514、PMOS管七520(或NMOS管七522)的电流值均为I/2。0032 为了使Vgs(512)Vgs(518)，Vgs(514)Vgs(516)，可以通过计算机仿真得到各个MOS管的沟道宽长比，也可以通过公式计算得到。公式计算方式以NMOS管五514和PMOS管六516为例：对于NMOS管五514，有该公式中的各项参数都是指NMOS管五514的。对于PMOS管六516，有该公式中的各项参数都是指PMOS管六516的。由于NMOS管五514和PMOS管六516的阈值电压Vth由各自的沟道宽长比W/L决定，因此由这。
26、两个公式即可得到两个MOS管的栅极-源极电压Vgs相同需要满足的各自的沟道宽长比W/L之间的关系。0033 在不追求精确的静态电流控制效果的场合，可使所有MOS管具有相同参数。此时PMOS管五512与NMOS管六518的栅极-源极电压近似相同，NMOS管五514与PMOS管六516的栅极-源极电压近似相同，即Vgs(512)Vgs(518)，Vgs(514)Vgs(516)。0034 在不追求精确的静态电流控制效果的场合，还可使PMOS管五512与PMOS管六516具有相同的沟道宽长比，NMOS管五514与NMOS管六518具有相同的沟道宽长比。并且PMOS管六516的沟道宽度PMOS管五51。
27、2的沟道宽度Ie/Iq，NMOS管六518的沟道宽度NMOS管五514的沟道宽度Ie/Iq。由于NMOS管与PMOS管的阈值电压Vth差别不大，此时Vgs(512)Vgs(518)，Vgs(514)Vgs(516)。0035 在实际应用中以上两种近似状态下依然工作稳定，输出端Vout的共模电偏差很小，输出静态电流Iq依然与Ie成近似的比例。并且电路的鲁棒性较好，随工艺偏差较小，也简化了版图工作。0036 本申请AB类运算放大器的静态电流控制电路的两个实施例的工作原理为：由于Vgs(512)Vgs(518)，Vgs(514)Vgs(516)，就确保了PMOS管四320的沟道宽长比PMOS管三31。
28、6的沟道宽长比流经PMOS管四320的电流流经PMOS管三316的电流，NMOS管四322的沟道宽长比NMOS管三318的沟道宽长比流经NMOS管四322的电流流经NMOS管三318的电流，即W/L(320)/W/L(316Iq/Ie，W/L(322)/W/L(318Iq/说 明 书CN 104333337 A5/5页8Ie。0037 由于PMOS管五512和NMOS管五514的栅极电压均为共模电压值Vcomm，并且Vgs(512)Vgs(518)，因此NMOS管三318的漏极电压Vd(318)Vcomm。同理，由于Vgs(514)Vgs(516)，因此PMOS管三316的漏极电压Vd(316。
29、)Vcomm。0038 由于PMOS管二312和PMOS管一308具有相同参数，因此两者的栅极-源极电压相同，即Vgs(312)Vgs(308)。由此可以得到PMOS管三316与PMOS管四320的栅极-源极电压相同，即Vgs(320)Vgs(316)。又由于W/L(320)/W/L(316Iq/Ie，因此PMOS管三316与PMOS管四320的漏极-源极电压相同，即Vds(320)Vds(316)，从而得到PMOS管三316与PMOS管四320的漏极电压相同，即VoutVd(320)Vd(316)Vcomm。同理，由于NMOS管二314和NMOS管一310具有相同参数，因此两者的栅极-源极电。
30、压相同，即Vgs(314)Vgs(310)。由此可以得到NMOS管三318与NMOS管四322的栅极-源极电压相同，即Vgs(322)Vgs(318)。又由于W/L(322)/W/L(318Iq/Ie，从而得到NMOS管四322与NMOS管三318的漏极电压相同，即VoutVd(322)Vd(318)Vcomm。0039 与图1所示的现有的AB类运算放大器的静态电流控制电路相比，本申请的主要创新是在静态电流控制级304中增加了五个MOS管以取代两个运算放大器。这五个MOS管满足特定的关系，即：PMOS管五512和PMOS管一308具有相同参数且PMOS管五512和PMOS管二312流经电流相同。
31、，NMOS管五514和NMOS管一310具有相同参数且NMOS管五514和NMOS管二314流经电流相同，Vgs(512)Vgs(518)，Vgs(514)Vgs(516)。由此本申请可以达到现有的静态电流控制电路的相同效果，并具有以下优点：0040 其一，运算放大器具有功耗大、面积大的特点，本申请的电路省略了运算放大器因而简化了电路结构、降低了功耗、减小了面积；0041 其二，所有的MOS管可以设计在一起，便于工艺实现。0042 其三，如电路具有运算放大器则需考虑输出电压摆幅的问题，本申请的电路省略了运算放大器而不存在该问题。0043 以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。说 明 书CN 104333337 A1/3页9图1说 明 书 附 图CN 104333337 A2/3页10图2说 明 书 附 图CN 104333337 A10。