技术领域
[0001] 本实用新型设计集成电路技术领域，特别是一种低功耗快速启动的运放前置电路。
背景技术
[0002] 随着集成电路行业的快速发展，市场对集成电路的低功耗快速启动的要求越来越高。
启动电路的
稳定性很大程度上决定了整个运放结构的性能指标。在
云帆设计中，启动时间和功耗的两个反向指标，电路在快速启动之后，自身的功耗也会相应的增加，不符合低功耗要求；因此，为了克服上述问题，有必要提供一种低功耗快速启动的运放前置电路。实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是提供一种低功耗快速启动的运放前置电路，能大幅度降低运放功率消耗，提高运放的启动速度。
[0004] 一种低功耗快速启动的运放前置电路，包括依次电连接的启动模
块、
电流基准模块、镜像模块、电流
开关模块以及输入级模块；其中，
[0005] 所述启动模块用于控制电流基准模块的开启，实现摆脱零状态；
[0006] 所述电流基准模块用于产生稳定的电流源；
[0007] 所述镜像模块用于控制基准电流按一定的比例镜像输出，为所述电流开关模块，所述输入级模块提供偏置电流；
[0008] 所述电流开关模块用于控制输入级电路的工作电流保持稳定,减小电流
波动；
[0009] 所述输入级模块用于对输入的模拟
信号进行放大处理。
[0010] 在其中一个
实施例中，所述启动模块包括mos管M1、M2、M3、M4、M5、M6和
电阻R1、R2；其中，
[0011] mos管M1的源极、mos管M2的源极、电阻R1的一端以及电阻R2的一端均与电源
电压VDD相连；mos管M1的栅极分别与mos管M1的漏极、mos管M2的漏极以及mos管M3的栅极相连；mos管M2的栅极分别与mos管M5的栅极、mos管M3的漏极相连；mos管M3的源极、mos管M4的源极均接地；mos管M4的栅极分别与mos管M4的漏极、mos管M6的栅极、mos管M5的漏极相连；mos管M5的源极与电阻R1的另外一端相连；mos管M6的漏极与电阻R2的另外一端相连；mos管M6的源极与所述的电流基准模块相连。
[0012] 在其中一个实施例中，所述电流基准模块包括
三极管M7、M8和mos管M9、M10、M11、M12、M13和电阻R3、R4；其中，
[0013] 三极管M7的发射极、电阻R3的一端、电阻R4的一端均接地；mos管M7的基极分别与三极管M8的基极、mos管M11的漏极、所述启动模块以及电阻R4的另外一端相连；三极管M7的集
电极分别与mos管M9的漏极、mos管M9的栅极、mos管M10的栅极、mos管M12的栅极以及mos管M13的栅极相连；三极管M8的发射极与电阻R3的另外一端相连；三极管M8的集电极分别与mos管M10的漏极、mos管M11的栅极相连；mos管M9的源极、mos管M10的源极、mos管M11的源极、mos管M12的源极以及mos管M13的源极均与
电源电压VDD相连；mos管M12的漏极与所述镜像模块中mos管M14的漏极相连；mos管M13的漏极与所述镜像模块中mos管M15的漏极相连。
[0014] 在其中一个实施例中，所述镜像模块包括mos管M14、M15、M16、M17、M18、M19、M20、M21、M22、M23、M24、M25、M26、M27、M34、M35、M47和M48；其中，
[0015] mos管M14的源极、mos管M16的源极、mos管M17的源极以及mos管M19的源极均接地；mos管M14的栅极分别与mos管M15的栅极、mos管M18的栅极、mos管M20的栅极以及所述电流基准模块相连；mos管M15的源极与mos管M16的漏极相连；mos管M15的漏极分别与所述电流基准模块、mos管M16的栅极、mos管M17的栅极、mos管M19的栅极相连；mos管M17的漏极与mos管M18的源极相连；mos管M18的漏极分别与mos管M21的漏极、mos管M21的栅极、mos管M22的栅极、mos管M23的栅极、mos管M24的栅极、mos管M27的栅极、mos管M34的栅极以及mos管M47的栅极相连；mos管M20的源极与mos管M19的漏极相连；mos管M20的漏极分别与mos管M24的漏极、mos管M25的栅极相连；mos管M21的源极与mos管M22的漏极相连；mos管M22的源极与mos管M23的漏极相连；mos管M23的源极、mos管M25的源极、mos管M26的源极、mos管M35的源极、mos管M48的源极均与电源电压VDD相连；mos管M25的漏极与mos管M24的源极相连；mos管M25的栅极分别与mos管M26的栅极、mos管M35的栅极、mos管M48的栅极相连；mos管M26的漏极与mos管M27的 源极相连；mos管M27的漏极与所述电流开关模块中的mos管M28的源极相连；mos管M35的漏极与mos管M34的源极相连；mos管M34的漏极与所述电流开关模块中的mos管M37的漏极相连；mos管M48的漏极与mos管M47的源极相连；mos管M47的漏极与所述输入级模块中的mos管M49的源极相连。
[0016] 在其中一个实施例中，所述电流开关模块包括mos管M28、M29、M30、M31、M32、M33、M36、M37、M38、M39、M40、M41和M42；其中，
[0017] mos管M28的源极分别与mos管M29的源极、所述镜像模块相连；mos管M28的栅极接入运放的正向输入端；mos管M28漏极分别与mos管M29的漏极、mos管M30的漏极、mos管M30的栅极、mos管M32的栅极、mos管M37的栅极、mos管M39的栅极、mos管M42的栅极相连；mos管M29的栅极接入运放的
反相输入端；mos管M30的源极与mos管M31的漏极相连；mos管M31的源极、mos管M33的源极、mos管M36的源极、mos管M38的源极mos管M41的源极均接地；mos管M31的栅极分别与mos管M30的漏极、mos管M33的栅极相连；mos管M32的漏极分别与所述镜像模块、mos管M36的栅极、mos管M38的栅极、mos管M41的栅极相连、mos管M37的漏极；mos管M32的源极与mos管M33的漏极相连；mos管M37的源极与mos管M36的漏极相连；mos管M39的漏极分别与mos管M40的漏极、mos管M40的源极以及所述输入级相连；mos管M39的源极与mos管M38的漏极相连；mos管M41的漏极与mos管M42的源极相连；mos管M42的漏极与所述输入级模块中的mos管M43的源极相连；mos管M40的源极与电源电压VDD相连。
[0018] 在其中一个实施例中，所述输入级模块包括mos管M43、M44、M49、M50、M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M58、M59和M60；其中，
[0019] mos管M43的栅极接入运放的反相输入端；mos管M43的源极分别与mos管M44的源极、所述电流开关模块相连；mos管M43的漏极分别与mos管M45的漏极、mos管M57的源极、mos管M59的漏极相连；mos管M44的栅极接入运放的正相输入端；mos管M44的漏极与mos管M46的漏极、mos管M58的源极、mos管M60的漏极相连；mos管M45的栅极分别与mos管M46的栅极、所述电流开关模块相连；mos管M45的源极、mos管M46的源极、mos管M59的源极、mos管M60的源极均与电源电压VDD相连；mos管M49的栅极接入运放的反相输入端；mos管M49的源极分别与mos管M50的源极、所述镜像模块相连；mos管M49的漏极分别与mos管M51的漏极、mos管M53的源极相连；mos管M50的栅极接入运放正相输入端；mos管M50漏极分别与mos管M52的漏极、mos管M54的源极相连；mos管M51的源极、mos管M52的源极均接地；mos管M51的栅极分别与mos管M52的栅极、mos管M53的漏极、mos管M55的漏极相连；mos管M53的栅极分别与mos管M54的栅极相连，同时连接偏置电压Vb3；mos管M54的漏极与mos管M56的漏极相连，并
输出电压Vout1；mos管M55的栅极与mos管M56的栅极相连，同时连接偏置电压Vb4；mos管M55的源极与mos管M57的漏极相连；mos管M56的源极与mos管M58的漏极相连，并输出电压Vout2；mos管M57的栅极与mos管M58的栅极相连，同时连接偏置电压Vb2；mos管M59的栅极与mos管M60的栅极相连，同时连接偏置电压Vb1。
[0020] 上述一种低功耗快速启动的运放前置电路，包括依次电连接的启动模块、电流基准模块、镜像模块、电流开关模块以及输入级模块；启动模块用于控制电流基准模块的开启，实现摆脱零状态；电流基准模块用于产生稳定的电流源，为镜像模块提供电流；电流开关模块用于控制输入级模块的工作电流保持稳定,减小电流波动；输入级模块用于对输入的
模拟信号进行放大处理；本实用新型实施例中一种低功耗快速启动的运放前置电路，能大幅度降低运放功率消耗，提高运放的启动速度。
附图说明
[0021] 图1为本实用新型实施例提供的一种低功耗快速启动的运放前置电路的结构示意图；
[0022] 图2为本实用新型实施例提供的一种低功耗快速启动的运放前置电路的电路图。
具体实施方式
[0023] 为了便于理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的阐述。但本实用新型并不仅限于附图所给的实施例，可以通过不同的形式变现出来，其他形式的实施例均属于本实用新型的保护范围。
[0024] 如图1所示为本实用新型一个实施例中的一种低功耗快速启动的运放前置电路的结构示意图，包括依次电连接的启动模块（101）、电流基准模块（102）、镜像模块（103）、电流开关模块（104）以及输入级模块（105）。
[0025] 在一个实施例中，如图2所示，启动模块（101）包括mos管M1、M2、M3、M4、M5、M6和电阻R1、R2；其中，
[0026] mos管M1的源极、mos管M2的源极、电阻R1的一端以及电阻R2的一端均与电源电压VDD相连；mos管M1的栅极分别与mos管M1的漏极、mos管M2的漏极以及mos管M3的栅极相连；mos管M2的栅极分别与mos管M5的栅极、mos管M3的漏极相连；mos管M3的源极、mos管M4的源极均接地；mos管M4的栅极分别与mos管M4的漏极、mos管M6的栅极、mos管M5的漏极相连；mos管M5的源极与电阻R1的另外一端相连；mos管M6的漏极与电阻R2的另外一端相连；mos管M6的源极与所述的电流基准模块（102）相连；
[0027] 当电源上电时，mos管M1由于
二极管的连接方式，mos管M1的漏极电压V1随电源电压Vdd的增大而增大，直至V1＞Vthn时，mos管M3导通，其漏极电压V2降低；mos管M2可看成是源极
放大器，其漏极电压V1随栅极电压V2的降低而增大，mos管M2和M3形成正反馈通路；由于mos管M4一直处于饱和状态，其漏极电压V3不断上升；当V3＞Vthn时，mos管M6开启，其漏极电压V4上升，并向所述电流基准模块（102）注入电压，打破零状态，所述电流基准模块（102）进入工作状态；随着V4的不断增大，当V3-V4＜Vthn时，mos管M6断开，启动模块（101）不再影响所述电流基准模块（102），快速启动完毕。
[0028] 在一个实施例中，电流基准模块（102）包括三极管M7、M8和mos管M9、M10、M11、M12、M13和电阻R3、R4；其中，
[0029] 三极管M7的发射极、电阻R3的一端、电阻R4的一端均接地；mos管M7的基极分别与三极管M8的基极、mos管M11的漏极、所述启动模块（101）以及电阻R4的另外一端相连；三极管M7的集电极分别与mos管M9的漏极、mos管M9的栅极、mos管M10的栅极、mos管M12的栅极以及mos管M13的栅极相连；三极管M8的发射极与电阻R3的另外一端相连；三极管M8的集电极分别与mos管M10的漏极、mos管M11的栅极相连；mos管M9 的源极、mos管M10的源极、mos管M11的源极、mos管M12的源极以及mos管M13的源极均与电源电压VDD相连；mos管M12的漏极与所述镜像模块（103）中mos管M14的漏极相连；mos管M13的漏极与所述镜像模块（103）中mos管M15的漏极相连；
[0030] 由于运放的虚短虚断特性，产生△VBE加在电阻R3的一端产生电流Iref ；mos管M10和M9构成
电流镜，将电流Iref 由mos管M10以1:1倍数镜像给mos管M9，M12和M13；mos管M11用于嵌位，减弱
沟道长度调制效应带来的误差，控制流过mos管M9和mos管M10的电流精确相等。
[0031] 在一个实施例中，镜像模块（103）包括mos管M14、M15、M16、M17、M18、M19、M20、M21、M22、M23、M24、M25、M26、M27、M34、M35、M47和M48；其中，
[0032] mos管M14的源极、mos管M16的源极、mos管M17的源极以及mos管M19的源极均接地；mos管M14的栅极分别与mos管M15的栅极、mos管M18的栅极、mos管M20的栅极以及所述电流基准模块（102）相连；mos管M15的源极与mos管M16的漏极相连；mos管M15的漏极分别与所述电流基准模块（102）、mos管M16的栅极、mos管M17的栅极、mos管M19的栅极相连；mos管M17的漏极与mos管M18的源极相连；mos管M18的漏极分别与mos管M21的漏极、mos管M21的栅极、mos管M22的栅极、mos管M23的栅极、mos管M24的栅极、mos管M27的栅极、mos管M34的栅极以及mos管M47的栅极相连；mos管M20的源极与mos管M19的漏极相连；mos管M20的漏极分别与mos管M24的漏极、mos管M25的栅极相连；mos管M21的源极与mos管M22的漏极相连；mos管M22的源极与mos管M23的漏极相连；mos管M23的源极、mos管M25的源极、mos管M26的源极、mos管M35的源极、mos管M48的源极均与电源电压VDD相连；mos管M25的漏极与mos管M24的源极相连；mos管M25的栅极分别与mos管M26的栅极、mos管M35的栅极、mos管M48的栅极相连；mos管M26的漏极与mos管M27的 源极相连；mos管M27的漏极与所述电流开关模块（104）中的mos管M28的源极相连；mos管M35的漏极与mos管M34的源极相连；mos管M34的漏极与所述电流开关模块（104）中的mos管M37的漏极相连；mos管M48的漏极与mos管M47的源极相连；mos管M47的漏极与所述输入级模块（105）中的mos管M49的源极相连；
[0033] 为了减弱沟道长度调制效应对电流的不匹配应影响，所述镜像模块（103）采用共源共栅电流镜结构，mos管严格匹配；在实际电路当中，在共源共栅电流镜的作用下，流过每一条支路的电流比与mos管尺寸的比值精确相等。
[0034] 在一个实施例中，电流开关模块（104）包括mos管M28、M29、M30、M31、M32、M33、M36、M37、M38、M39、M40、M41和M42；其中，
[0035] mos管M28的源极分别与mos管M29的源极、所述镜像模块（103）相连；mos管M28的栅极接入运放的正向输入端；mos管M28漏极分别与mos管M29的漏极、mos管M30的漏极、mos管M30的栅极、mos管M32的栅极、mos管M37的栅极、mos管M39的栅极、mos管M42的栅极相连；mos管M29的栅极接入运放的反相输入端；mos管M30的源极与mos管M31的漏极相连；mos管M31的源极、mos管M33的源极、mos管M36的源极、mos管M38的源极mos管M41的源极均接地；mos管M31的栅极分别与mos管M30的漏极、mos管M33的栅极相连；mos管M32的漏极分别与所述镜像模块（103）、mos管M36的栅极、mos管M38的栅极、mos管M41的栅极相连、mos管M37的漏极；mos管M32的源极与mos管M33的漏极相连；mos管M37的源极与mos管M36的漏极相连；mos管M39的漏极分别与mos管M40的漏极、mos管M40的源极以及所述输入级相连；mos管M39的源极与mos管M38的漏极相连；mos管M41的漏极与mos管M42的源极相连；mos管M42的漏极与所述输入级模块（105）中的mos管M43的源极相连；mos管M40的源极与电源电压VDD相连；
[0036] 在
输入信号Vin满足0
Vthn时，mos管M36、M38、M41支路有电流流过；其中mos管M39和M 38支路为所述输入级模块（105）提供偏置电流，mos管M42和M41为所述输入级模块（105）中的NMOS互补差分对管提供尾电流，保证输入级模块（105）在PMOS和NMOS互补差分对管工作状态切换时的总工作电流恒定，实现低功耗。[0037] 在一个实施例中，输入级模块（105）包括mos管M43、M44、M49、M50、M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M58、M59和M60；其中，
[0038] mos管M43的栅极接入运放的反相输入端；mos管M43的源极分别与mos管M44的源极、所述电流开关模块（104）相连；mos管M43的漏极分别与mos管M45的漏极、mos管M57的源极、mos管M59的漏极相连；mos管M44的栅极接入运放的正相输入端；mos管M44的漏极与mos管M46的漏极、mos管M58的源极、mos管M60的漏极相连；mos管M45的栅极分别与mos管M46的栅极、所述电流开关模块（104）相连；mos管M45的源极、mos管M46的源极、mos管M59的源极、mos管M60的源极均与电源电压VDD相连；mos管M49的栅极接入运放的反相输入端；mos管M49的源极分别与mos管M50的源极、所述镜像模块（103）相连；mos管M49的漏极分别与mos管M51的漏极、mos管M53的源极相连；mos管M50的栅极接入运放正相输入端；mos管M50漏极分别与mos管M52的漏极、mos管M54的源极相连；mos管M51的源极、mos管M52的源极均接地；mos管M51的栅极分别与mos管M52的栅极、mos管M53的漏极、mos管M55的漏极相连；mos管M53的栅极分别与mos管M54的栅极相连，同时连接偏置电压Vb3；mos管M54的漏极与mos管M56的漏极相连，并输出电压Vout1；mos管M55的栅极与mos管M56的栅极相连，同时连接偏置电压Vb4；mos管M55的源极与mos管M57的漏极相连；mos管M56的源极与mos管M58的漏极相连，并输出电压Vout2；mos管M57的栅极与mos管M58的栅极相连，同时连接偏置电压Vb2；mos管M59的栅极与mos管M60的栅极相连，同时连接偏置电压Vb1；输入级模块（105）采用折叠共源共栅结构，实现轨到轨的共模输入范围，同时自身具有较高的增益，从而提高了运放的高增益特性。
[0039] 上述实施例为本实用新型的最佳实施方式，而非对其限制；在本实用新型构思的前提下，依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行
修改或替换，而这些修改或替换均属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应对所附权
力要求书为准。
