一种低失调高增益强输出轨到轨运算放大器电路的制作方法

1.本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种低失调高增益强输出轨到轨运算放大器电路。


背景技术：

2.在集成电路设计领域中，负载均流和冗余电源并联应用等领域。为了检测负载电流，并根据负载电流值精确调整电流，最终使不同通道输出电流达到一致。通过采样电阻将负载电流转化为电压，运算放大器在将电压放大给后续电路进行处理。传统技术有如下缺点：1.输入失调电压过大，失调电压与检测电压相当，导致检测到的负载电流误差偏大，电路无法精确调整负载电流；2.输入无法做到轨到轨输入，导致采样电阻只能放置在电流回路的高边或者低边，使外围电路设计不够灵活；3.增益不够无法将小电流对应的采样电压有效放大，导致无法在全负载范围实现负载均流；本发明提出一种新的运算放大器结构可以通过修调模块将输入失调电压控制在极小范围内，并且将输入电压做到轨到轨从0v到电源电压输入，并且将增益做到足够大使运放可以准确检测小负载电流和电压，避免了传统电路的诸多缺点。


技术实现要素：

3.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种低失调高增益强输出轨到轨运算放大器电路，本发明优点可根据芯片封装后失调电压实测值，修调失调电压，修调步进可以灵活设置，避免了封装对失调电压影响，保证运放检测有足够精度，本发明轨到轨输入的特点，可以实现全电压范围检测，极大的便利了外围电路设计；本发明可实现较大的输出电流，当输出管脚需要连接较大负载时，也可满足需求。
4.所述电路包括运算放大器输入级、运算放大器一级放大模块、运算放大器输入失调修调模块、高低边切换模块、运算放大器二级放大模块以及运算放大器输出级，运算放大器一级放大模块的输出连接到高低边切换电路，高底边切换电路的输出连接到运放第二级放大的输入级，将信号进行二次放大，第二级放大输出连接到输出级，高边输入运放第一级通过i1 和i2 电路进行修调，成测时通过调节i1和i2的电流值，实现正负两个方向调节失调电压。
5.作为本发明的一种改进，所述运算放大器一级放大模块包括包括三极管（npn5，npn6）、pmos管（p1，p2，p3，p4）、nmos管（n3，n4，n5，n6，n7），pmos管p1和pmos管p2栅端连接，pmos管p3和pmos管p4栅端连接，pmos管p2连接三极管npn5，pmos管p3连接三极管npn6，三极管npn5和三极管npn6发射极相连并连接nmos管n5，pmos管p1连接nmos管n3，nmos管n3连接nmos管n4，pmos管p4连接nmos管n6，nmos管n6连接nmos管n7，nmos管n3与nmos管n6栅端连
接，nmos管n7连接nmos管n4，pmos管（p8，p9，p10，p11）、三极管（npn9，npn10）、nmos管（n9，n10，n11，n12，n13），pmos管p8和pmos管p9栅端连接，pmos管p10和pmos管p11栅端连接，pmos管p9连接三极管npn9，pmos管p10连接三极管npn10，三极管npn9和三极管npn10发射极连接并连接nmos管n11，pmos管p8连接nmos管n9，nmos管n9连接nmos管n10，pmos管p11连接nmos管n13，nmos管n13连接nmos管n12。
6.作为本发明的一种改进，所述运算放大器输入级包括高边输入级和低边输入级。
7.作为本发明的一种改进，所述高低边切换模块包括包括pmos管p5和nmos管n8，pmos管p5和nmos管n14，pmos管p5连接nmos管n8，pmos管p5连接nmos管n14，pmos管p5和nmos管n8连接高边输入级，pmos管p5连接nmos管n14连接低边输入级。
8.作为本发明的一种改进，所述运算放大器二级放大模块包括包括pmos管p13，pmos管p14，pmos管p13和pmos管p14栅端连接，nmos管n15，nmos管n15连接三极管npn11。
9.作为本发明的一种改进，所述运放输出级包括包括三极管npn13和三极管npn14，三极管npn13与三极管npn14基极连接，三极管npn13发射极连接电阻r5和三极管npn12，三极管npn14发射极接out端，电阻r5连接nmos管n16，三极管npn11和三极管npn12基极连接。
10.作为本发明的一种改进，所述输入失调修调模块包括修调电路（i1，i2, i3, i4,）、修调电路i1包括nmos管（n1，n2，n3，n4，n5，n6，n7，n8，n9）、反相器（inv1， inv2，inv3，inv4）、nmos管依次相连，反相器inv1接nmos管n1的栅端，反相器inv2接nmos管n2的栅端，反相器inv3接nmos管n3的栅端，反相器inv4接nmos管n4的栅端，nmos管n9和nmos管n5栅端相连。
11.基于上述方案，本发明还具有输入失调修调电路，高边输入运放第一级通过i1 和i2 电路进行修调，成测时通过调节i1和i2的电流值，实现正负两个方向调节失调电压。
12.作为本发明的一种改进，所述高低边切换模块为二选一电路，选择开关由inp与vdd进行比较得到。
13.作为本发明的一种改进，所述高边输入级包括三极管（npn1，npn2，npn3，npn4）、nmos管（n1，n2）、电阻r1及电阻r2，三极管npn1的发射极连接三极管npn3的集电极，三极管npn3的发射极连接电阻r1，电阻r1连接nmos管n1，三极管npn2的发射极连接三极管npn4的集电极，三极管npn4的发射极连接电阻r2，电阻r2连接nmos管n2。
14.作为本发明的一种改进，所述低边输入级包括pmos管（p6，p7）、三极管（npn7，npn8）、电阻（r3，r4）、三极管（pnp1，pnp2），pmos管p6连接三极管npn7的集电极，三极管npn7的发射极连接电阻r3，电阻r3连接三极管pnp1的发射极，三极管pnp2的发射极连接电阻r4，电阻r4连接三极管npn8的发射极，三极管npn8的集电极连接pmos管p7。
15.基于上述方案，本发明输入级分为高边输入级和低边输入级，高边输入级输入电压可达电源电压，低边输入级输入电压可低至地，两者组合可实现轨到轨输入；运放第一级放大采用三级管差分输入具有更好的匹配性，也可采用mos管输入，同时第一级运放输出采用cascode结构，使第一级运放输出电阻增大从而第一级增益更大；第一级运放的输出连接到高低边切换电路，高低边切换电路为二选一电路，选择开关可以由inp与vdd进行比较得到，图中没有另外列出该比较器电路；高底边切换电路的输出连接到运放第二级放大的输入级，将信号进行二次放大，信号经过两次放大后大大增加了放大增益，从而实现了高增益
功能，同时在第二级上增加密勒补偿保证运放的稳定性；第二级放大输出连接到输出级，输出级可以提供所需要的大电流输出，从而实现强输出的功能。
16.相对于现有技术,本发明的有益效果为：本发明可实现全负载范围电流电压检测，可实现极低失调电压，保证高精度电流检测，可根据输出管脚驱动电流需求，调节三极管镜像比例，灵活满足输出管脚负载需求。
附图说明
17.图1为现有技术中运算放大器电路结构一。
18.图2为现有技术中运算放大器电路结构二。
19.图3为本发明中运算放大器电路架构图。
20.图4为本发明中运算放大器电路结构图。
21.图5为本发明中输入失调修调模块电路结构图。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
23.实施例：参阅图3-4，一种低失调高增益强输出轨到轨运算放大器电路，所述电路包括运算放大器输入级、运算放大器一级放大模块、运算放大器输入失调修调模块、高低边切换模块、运算放大器二级放大模块以及运算放大器输出级，运算放大器一级放大模块的输出连接到高低边切换电路，高底边切换电路的输出连接到运放第二级放大的输入级，将信号进行二次放大，第二级放大输出连接到输出级，高边输入运放第一级通过i1 和i2 电路进行修调，成测时通过调节i1和i2的电流值，实现正负两个方向调节失调电压。
24.作为本发明的一种改进，所述运算放大器一级放大模块包括包括三极管（npn5，npn6）、pmos管（p1，p2，p3，p4）、nmos管（n3，n4，n5，n6，n7），pmos管p1和pmos管p2栅端连接，pmos管p3和pmos管p4栅端连接，pmos管p2连接三极管npn5，pmos管p3连接三极管npn6，三极管npn5和三极管npn6发射极相连并连接nmos管n5，pmos管p1连接nmos管n3，nmos管n3连接nmos管n4，pmos管p4连接nmos管n6，nmos管n6连接nmos管n7，nmos管n3与nmos管n6栅端连接，nmos管n7连接nmos管n4，pmos管（p8，p9，p10，p11）、三极管（npn9，npn10）、nmos管（n9，n10，n11，n12，n13），pmos管p8和pmos管p9栅端连接，pmos管p10和pmos管p11栅端连接，pmos管p9连接三极管npn9，pmos管p10连接三极管npn10，三极管npn9和三极管npn10发射极连接并连接nmos管n11，pmos管p8连接nmos管n9，nmos管n9连接nmos管n10，pmos管p11连接nmos管n13，nmos管n13连接nmos管n12。
25.进一步地，所述运算放大器输入级包括高边输入级和低边输入级。
26.进一步地，所述高低边切换模块包括包括pmos管p5和nmos管n8，pmos管p5和nmos管n14，pmos管p5连接nmos管n8，pmos管p5连接nmos管n14，pmos管p5和nmos管n8连接高边输入级，pmos管p5连接nmos管n14连接低边输入级。
27.进一步地，所述运算放大器二级放大模块包括包括pmos管p13，pmos管p14，pmos管
p13和pmos管p14栅端连接，nmos管n15，nmos管n15连接三极管npn11。
28.进一步地，所述运放输出级包括包括三极管npn13和三极管npn14，三极管npn13与三极管npn14基极连接，三极管npn13发射极连接电阻r5和三极管npn12，三极管npn14发射极接out端，电阻r5连接nmos管n16，三极管npn11和三极管npn12基极连接。
29.进一步地，所述输入失调修调模块包括修调电路（i1，i2, i3, i4,）、修调电路i1包括nmos管（n1，n2，n3，n4，n5，n6，n7，n8，n9）、反相器（inv1， inv2，inv3，inv4）、nmos管依次相连，反相器inv1接nmos管n1的栅端，反相器inv2接nmos管n2的栅端，反相器inv3接nmos管n3的栅端，反相器inv4接nmos管n4的栅端，nmos管n9和nmos管n5栅端相连，修调电路i2, 修调电路i3, 修调电路i4与修调电路i1电路结构相同。
30.参阅图5，本发明还具有输入失调修调电路，高边输入运放第一级通过i1 和i2 电路进行修调，成测时通过调节i1和i2的电流值，实现正负两个方向调节失调电压。
31.进一步地，所述高低边切换模块为二选一电路，选择开关由inp与vdd进行比较得到。
32.进一步地，所述高边输入级包括三极管（npn1，npn2，npn3，npn4）、nmos管（n1，n2）、电阻r1及电阻r2，三极管npn1的发射极连接三极管npn3的集电极，三极管npn3的发射极连接电阻r1，电阻r1连接nmos管n1，三极管npn2的发射极连接三极管npn4的集电极，三极管npn4的发射极连接电阻r2，电阻r2连接nmos管n2。
33.进一步地，所述低边输入级包括pmos管（p6，p7）、三极管（npn7，npn8）、电阻（r3，r4）、三极管（pnp1，pnp2），pmos管p6连接三极管npn7的集电极，三极管npn7的发射极连接电阻r3，电阻r3连接三极管pnp1的发射极，三极管pnp2的发射极连接电阻r4，电阻r4连接三极管npn8的发射极，三极管npn8的集电极连接pmos管p7。
34.本发明输入级分为高边输入级和低边输入级，高边输入级输入电压可达电源电压，低边输入级输入电压可低至地，两者组合可实现轨到轨输入；运放第一级放大采用三级管差分输入具有更好的匹配性，也可采用mos管输入，同时第一级运放输出采用cascode结构，使第一级运放输出电阻增大从而第一级增益更大；第一级运放的输出连接到高低边切换电路，高低边切换电路为二选一电路，选择开关可以由inp与vdd进行比较得到，图中没有另外列出该比较器电路；高底边切换电路的输出连接到运放第二级放大的输入级，将信号进行二次放大，信号经过两次放大后大大增加了放大增益，从而实现了高增益功能，同时在第二级上增加密勒补偿保证运放的稳定性；第二级放大输出连接到输出级，输出级可以提供所需要的大电流输出，从而实现强输出的功能。
35.本发明中的运放增益：av=av1*av2=gm1*rout1*gm2*rout2,其中av1指第一级运放增益；av2指第二级运放增益；gm1指第一级运放输入跨导，rout1指第一级运放输出阻抗；gm2指第二级运放输入跨导，rout2指第二级运放输出阻抗；通过调节i1~i4电流可以调节offset值，假设一个步进修调电压为v，则i1可调节的offset范围为：v 2v 4v 8v
…
；可根据需要增加电流支路从而增加修调范围；运放输出电流可根据需要调节三极管镜像比例，灵活满足输出管脚负载需求。
36.需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。