本發(fā)明屬于放大器，具體涉及一種基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路。

背景技術(shù)：

1、隨著電動(dòng)車、可穿戴設(shè)備以及智能終端等領(lǐng)域的快速發(fā)展，電池管理系統(tǒng)(bms)在優(yōu)化電池性能和保障系統(tǒng)安全方面的重要性愈加突出。bms的核心模塊之一是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)，其性能直接決定了電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)的精度。為了滿足現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備對(duì)低能耗、高精度信號(hào)處理的需求，低能耗sigma-delta?adc成為重要的技術(shù)方向。

2、在這種背景下，運(yùn)算放大器作為sigma-delta?adc的關(guān)鍵組成部分，需在極低的供電電壓下實(shí)現(xiàn)高增益、低噪聲和寬動(dòng)態(tài)范圍。然而，傳統(tǒng)的class-a結(jié)構(gòu)運(yùn)算放大器難以在低能耗條件下同時(shí)滿足這些要求，傳統(tǒng)的class-a結(jié)構(gòu)運(yùn)算放大器具有以下局限性：1、傳統(tǒng)的class-a結(jié)構(gòu)局限性，傳統(tǒng)的單級(jí)class-a運(yùn)算放大器受尾電流大小限制，難以兼顧低能耗與高增益；2、直流增益有限，通過增大晶體管尺寸提升增益會(huì)引入更高噪聲，限制其應(yīng)用范圍；3、缺乏靈活性，現(xiàn)有技術(shù)難以針對(duì)不同工作模式進(jìn)行優(yōu)化，尤其是低能耗與高性能的結(jié)合。

3、因此，亟需提供一種差分運(yùn)算放大器電路，以滿足上述要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、第一方面，本發(fā)明提供一種基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，包括：

3、輸入級(jí)，采用差分翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器，通過偏置電路提供恒定的偏置電流，用于對(duì)輸入的差分信號(hào)進(jìn)行處理；

4、增益級(jí)，以操作方式耦合到輸入級(jí)，增益級(jí)采用交叉耦合對(duì)管結(jié)構(gòu)，通過負(fù)反饋機(jī)制提供負(fù)阻抗，結(jié)合正阻抗，以提高差分信號(hào)的輸出阻抗；

5、輸出級(jí)，以操作方式耦合到所述輸入級(jí)，輸出級(jí)采用離散時(shí)間共模負(fù)反饋電路，在采樣階段，電容通過輸入?yún)⒖茧娖胶推秒妷汗餐潆?，在保持階段，電荷轉(zhuǎn)移至反饋路徑，調(diào)節(jié)共模電壓，以穩(wěn)定和快速的方式輸出放大后的差分信號(hào)。

6、本發(fā)明的有益效果：

7、本發(fā)明提供的一種基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，創(chuàng)新性地將差分翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器和交叉耦合結(jié)構(gòu)相結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了高增益、低能耗和寬動(dòng)態(tài)范圍的運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)。其輸入級(jí)解決了功耗與線性性能的矛盾，增益級(jí)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化達(dá)成了極高的增益目標(biāo)，輸出級(jí)則通過高效的cmfb電路保證了穩(wěn)定性和精度。整體設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)運(yùn)放在低電壓、低能耗條件下的性能瓶頸，為高性能模擬電路設(shè)計(jì)提供了一種通用且高效的解決方案，適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路以及傳感器接口等需要高精度信號(hào)處理的應(yīng)用場(chǎng)景。

8、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述差分翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器包括第一翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器和第二翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器；其中，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述第一翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器還包括第七晶體管，所述第七晶體管的柵極與第一節(jié)點(diǎn)連接，所述第七晶體管的源極接固定電壓信號(hào)端，所述第七晶體管的漏極與第二節(jié)點(diǎn)連接，所述第一晶體管的漏極和所述第九晶體管的漏極均與所述第一節(jié)點(diǎn)連接，所述第五晶體管的柵極與所述第二節(jié)點(diǎn)連接；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述第一翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器還包括第十一晶體管，所述第十一晶體管的柵極接第四電壓信號(hào)，所述第十一晶體管的漏極與所述第二節(jié)點(diǎn)連接，所述第十一晶體管的源極接地；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述交叉耦合對(duì)管結(jié)構(gòu)包括第十三晶體管、第十四晶體管、第十五晶體管和第十六晶體管；其中，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述輸出級(jí)包括電流鏡結(jié)構(gòu)，包括第十七晶體管和第十八晶體管；其中，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述離散時(shí)間共模負(fù)反饋電路包括多個(gè)第一開關(guān)、多個(gè)第二開關(guān)、多個(gè)第一電容和多個(gè)第二電容，所述第一開關(guān)的數(shù)量與所述第二開關(guān)的數(shù)量相同，所述第一電容的數(shù)量與所述第二電容的數(shù)量相同；其中，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述共模反饋電壓vcmfb的表達(dá)式為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述輸出級(jí)還包括電流偏置電路，包括第十九晶體管、第二十晶體管、第二十一晶體管和第二十二晶體管；其中，

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，其特征在于，所述輸出級(jí)還包括負(fù)載電路，包括第二十三晶體管、第二十四晶體管、第二十五晶體管和第二十六晶體管；其中，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器與交叉耦合結(jié)構(gòu)的差分運(yùn)算放大器電路，涉及放大器技術(shù)領(lǐng)域，包括：輸入級(jí)，采用差分翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器，通過偏置電路提供恒定的偏置電流，用于對(duì)輸入的差分信號(hào)進(jìn)行處理；增益級(jí)，以操作方式耦合到輸入級(jí)，增益級(jí)采用交叉耦合對(duì)管結(jié)構(gòu)，通過負(fù)反饋機(jī)制提供負(fù)阻抗，結(jié)合正阻抗，以提高差分信號(hào)的輸出阻抗；輸出級(jí)，以操作方式耦合到所述輸入級(jí)，輸出級(jí)采用離散時(shí)間共模負(fù)反饋電路，在采樣階段，電容通過輸入?yún)⒖茧娖胶推秒妷汗餐潆?，在保持階段，電荷轉(zhuǎn)移至反饋路徑，調(diào)節(jié)共模電壓，以穩(wěn)定和快速的方式輸出放大后的差分信號(hào)。本發(fā)明能夠提供一種高性能模擬電路。

技術(shù)研發(fā)人員：宋子奇,呂光祥,舒斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)蕪湖研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22