[發明專利]前饋補償放大器中的精確參考電壓發生器

無效

• 申請號: 201210567899.6
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103117719A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 包興坤
• 申請（專利權）人: 蘇州硅智源微電子有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及改進性能的集成電路放大器，更特別地是本發明涉及改進集成電路放大器的輸入級，使放大器的帶寬和穩定性得以改善。

背景技術：

高性能集成電路運算放大器通常被電路元件在信號路徑中引入的相位延遲所限制。例如，一個重要的限制因素是由于信號路徑中橫向PNP三極管的糟糕的頻率特性。在傳統的多級集成運算放大器中，例如LM118，橫向PNP三極管用于電平轉換級和差分輸入級與主增益級之間的差分-單端轉化級。橫向PNP三極管的低頻特性引入一個極，該極為運算放大器的開環傳遞函數。該極限制了放大器的整體增益頻率，且引入的相位移降低了放大器的穩定性。

減小PNP三極管上該限制的一種普遍方法是利用前饋補償。這種類型補償的目的是使前饋電容器繞過高頻率的電平轉移器。電平轉換器很適合這個過程，因為它的輸出是一個高阻抗結點。前饋電容的使用，例如，在前面提到的LM118電路中，在高頻信號差分輸入級中，同相輸入的輸出端通過前饋電容耦合到電平轉換器的單端輸出。

此外，傳統的前饋放大器，如LM118，通過橫向PNP緩慢地消除一半的高頻信號，該放大器是“單端”的并聯電容，該并聯電容耦合到差分輸入級的反相輸入的輸出端。結合前饋補償，大大延長了常規運算放大器的帶寬。

在傳統的電路上使用上述并聯電容器，差分輸入級的分流輸出提供給電平轉移級，作為一個參考電壓源來保持差分電平轉換器的偏置平衡。眾所周知，提供給電平轉換器的差分輸入參考電壓是重要的，為了保持放大器的輸入偏移電壓盡可能小，應該跟蹤電平轉換器的其它差分輸入的“直流分量”。在相同的共模輸入放大器的應用中(即假設放大器電路的差分輸入端被捆綁在一起)以及在共模輸入放大器運行范圍內，本文中所指的放大器電路中將出現電壓或電流組成的“直流分量”。當提供差分輸入信號時，電流或電壓可進一步包括一個“信號成分”。

然而，并聯電容器對運算放大器的性能有不利的影響。并聯電容在放大器的開環響應處形成一個偶極子。偶極子的極點和零點被柵極所隔開，使放大器具有較差的調整時間的特性，即在輸入改變后，在一定的極值范圍之內，放大器的輸出所占的時間提高了。

在放大器的輸入級提供一個新的參考電壓發生器，使前饋補償的傳統放大器的特性得到改善。參考電壓跟蹤差分輸入級的輸出電壓中的直流分量，因為沒有差分信號，所以不需要并聯電容器。這消除了來自并聯電容器產生的放大器傳遞函數的偶極子。改善的放大器提供無穩定時間問題的更大帶寬。申請人進一步認識到其他類型集成放大器的特性，如儀表放大器可以用類似的方式進行改進。

另一個對常規集成電路放大器高頻性能限制的是由差分至單端信號轉換的電流鏡像電路引入的相移。電流鏡像電路到在放大器中引入一個極，削弱了放大器帶寬的穩定性。在常規集成電路運算放大器中，并沒有減少鏡像電流延遲的影響。

鑒于上述情況，提供一個參考電壓發生器，跟蹤差分輸入級輸出的直流分量，并提供一個參考電壓到電平轉換器，以致前饋補償可以用來提供一個無穩定時間問題的擴展帶寬。

本發明的技術解決方案：

參考電壓發生器跟蹤差分輸入級輸出的無信號直流成分，并為差分放大器的第二級提供參考電壓。為了優化它的跟蹤能力，參考電壓發生器的元件最好與差分輸入級某一側的相應元件一致且特性匹配。

發明內容：

本發明的參考電壓發生器體現在集成電路運算放大器中。在具體的體現中，參考電壓發生器包括一個NPN三極管，一個電流源和一個負載電阻。三極管的發射極由電流源和集電極通過負載電阻連接到放大器的正極。通過負載電阻產生的電流保持三極管集電極電壓。因此，一個穩定的參考電壓不需要旁路電容獲得。

參考電壓發生器是通過三極管的基極耦合到一側的差分輸入級中相應三極管的基極，來追蹤輸入級輸出電壓中的直流分量。進一步的追蹤可以使用常規設計、布局和修剪技術的電壓發生器電路來獲得參考電壓發生器和差分輸入級之間相匹配的精度。

本發明的參考電壓發生器的體現，在集成電路儀表放大器中也作了描述。

對比文獻，

發明專利：采用MOS器件實現的低功耗帶寬倍增運算放大器，申請號：201110061084.6；

發明專利：高帶寬低功耗頻率補償三級運算放大器，申請號：201010245853.3。

附圖說明：

根據下面相應圖紙的詳細說明，上述的和其他發明對象的優勢將更加明顯。部分器件的參考字符已在圖中標明。

圖1為一個前饋補償電路的傳統運算放大器的簡化框圖。