[發(fā)明專利]兩級放大器的共模反饋電路頻率補償方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810222364.9
• 申請日: 2008-09-17
• 公開（公告）號: CN101373956A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王自強;陳曦;張春;王志華
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種兩級放大器的共模反饋電路頻率補償方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前的集成放大器設(shè)計一般采用全差分結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠抑制共模干擾及噪聲。然而差分放大器的共模輸出電平由于制造工藝、工作電壓及溫度等因素的影響會偏離設(shè)計值，因此需要共模反饋電路確定輸出直流電平。在設(shè)計共模反饋電路時需要考慮環(huán)路的穩(wěn)定性。

對于兩級放大器，第一級和第二級的輸出節(jié)點分別對應(yīng)一個主極點，這兩個輸出節(jié)點被稱為“高阻”節(jié)點，其直流電平容易受到影響而偏離設(shè)計值，因此需要共模反饋電路同時穩(wěn)定兩級輸出節(jié)點的直流電平。如圖1的兩級放大器，考慮到共模反饋電路的穩(wěn)定性，每一級各自構(gòu)成一個反饋電路。兩個反饋電路增加了電路的面積和功耗。

如果兩級放大器只使用一個共模反饋電路，如圖2所示，那么環(huán)路中存在多個極點，環(huán)路的低頻增益和相位裕度之間存在矛盾。主放大器中存在R1-C1構(gòu)成的極點P1，R2-C2構(gòu)成的極點P2，此外又增加了反饋放大器中R3-C3構(gòu)成的極點P3。如果提高共模反饋電路低頻增益，則要求反饋放大器具有高增益，在一定功耗下，反饋放大器帶寬較小，共模反饋電路的相位裕度更加減小；如果提高共模反饋電路的相位裕度，則要求反饋放大器具有大帶寬，在一定功耗下，其增益降低，共模反饋電路低頻增益也隨之下降，環(huán)路穩(wěn)定共模輸出電平的能力變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種兩級放大器的共模反饋電路頻率補償方法，其特征在于，在兩級放大器中使用一個共模反饋電路，該兩級放大器的第一級輸出端存在極點P1，第二級輸出端存在極點P2，在共模反饋放大器中，采用帶有密勒補償?shù)膬杉夁\算放大器結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生極點P3，三個極點之間應(yīng)滿足f_p3＜f_p2＜f_p1；密勒補償電容串聯(lián)電阻接在共模反饋放大器第一和第二輸出級之間，共模反饋放大器產(chǎn)生的左半平面零點抵消兩級放大器中的極點，使得共模反饋電路具有較大的相位裕度，共模輸出電平的能力增強；

共模反饋放大器采用全差分輸入輸出結(jié)構(gòu)；差分輸出端用來對共模輸出電平取樣，共模反饋放大器的輸入信號來源于兩級放大器差分輸出端提供的共模輸出電平；共模反饋放大器的輸出信號控制兩級放大器中第一級的可控偏置電路，共模反饋的控制信號通過該可控偏置電路同時控制共模反饋放大器第一級和第二級共模輸出電平，以減少反饋電路的面積和功耗。

本發(fā)明的有益效果，在兩級放大器中使用一個共模反饋電路，反饋放大器產(chǎn)生的左半平面零點抵消主放大器中的極點，使得共模反饋電路具有較大的相位裕度，提高穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是兩級放大器各級分別使用共模反饋電路的結(jié)構(gòu)圖

圖2是兩級放大器使用一個共模反饋電路的結(jié)構(gòu)圖

圖3是帶有本發(fā)明提出的共模反饋電路頻率補償方案的一個示例性電路

具體實施方式

圖3描述了一個帶有共模反饋電路的兩級放大器的示意性電路。左邊是兩級放大器結(jié)構(gòu)，其中V_in+和V_in-是兩級放大器的差分輸入端，V_out+和V_out-是兩級放大器的差分輸出端。兩級放大器的第一級采用跨導(dǎo)增強電路提高輸入管的等效跨導(dǎo)，使用源極負反饋電阻降低輸入管跨導(dǎo)的失真，節(jié)點①和②是第一級放大器輸出。第二級放大器采用共源結(jié)構(gòu)，節(jié)點③和④是第二級放大器輸出。V_cmfb是共模反饋電路中反饋放大器的輸出控制信號，該信號加在兩級放大器的MOS管的柵極上，同時實現(xiàn)對節(jié)點①-④的共模輸出電平的控制。

右邊是共模反饋電路中的反饋放大器的V_out+和V_out-分別加在兩個電阻的左端，實現(xiàn)反饋放大器對兩級放大器共模輸出電平的取樣功能。反饋放大器采用兩級運算放大器結(jié)構(gòu)。第一級采用差分輸入-單端輸出結(jié)構(gòu)，節(jié)點⑤是輸出。第二級采用共源結(jié)構(gòu)，節(jié)點⑥是輸出。節(jié)點⑤和節(jié)點⑥之間接有串聯(lián)的電容C_C和電阻R_C，電容C_C實現(xiàn)反饋放大器的密勒補償，使得節(jié)點⑤成為反饋放大器的主極點，而節(jié)點⑥對應(yīng)的極點在補償后移到高頻，可以忽略。電阻R_C消除了密勒補償帶來的右半平面零點，適當(dāng)選擇R_C的值，又產(chǎn)生了一個左半平面的零點。