[發明專利]一種高穩定性二級運放共模反饋電路

在審

• 申請號: 201710499526.2
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN109150121A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 李高林
• 申請（專利權）人: 上海卓弘微系統科技有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種新型的基于二級運放的共模反饋電路，與傳統的共模反饋電路相比，極大地加快了共模反饋的速度和穩定度，其特征在于在二級運放的每一級加入共模反饋環路，每一級輸出分別進行共模電壓的穩定，即將傳統的共模反饋環路分為兩個，這樣，環路長度變短，速度和穩定性得到很大提高。

技術領域

本發明涉及集成電路領域，尤其涉及高速高性能運放的設計。

背景技術

運算放大器設計貫穿于模擬集成電路設計的各個領域，應用非常廣泛，而差分運放在運算放大器中占有極為重要的地位，差分運放一向重要性能就是其共模信號的穩定性，當期應用于有源濾波器，開關電容濾波器等許多常見電路時，其輸出變換劇烈，同時又要保證其共模電壓的穩定性，這樣就要求運算放大器的共模反饋電路具備高速和穩定的特點，在信號變換劇烈的情況中，共模電壓能夠快速地響應和穩定。

二級差分運算放大器，由于其高增益和高輸出擺幅的特性，為運算放大器的典型結構，但由于其由兩級構成，進行有效的共模反饋穩定是一個有挑戰性的難點。

如圖1所示的典型二級運算放大器，圖2是其典型的共模反饋電路，該電路通過圖2中兩個大小相等的電阻R21進而R22，得出運放輸出電壓的共模值，再與基準共模電壓值Vcm_ref進行比較放大，其信號反饋回運算放大器的第一級，假如共模輸出電壓升高，則反饋電壓Vfb1下降，該電壓與運放的第一級電流偏置管M21和M22相連，所以第一級輸出共模電壓將升高，第二級運放的輸出共模電壓降低，這樣，該反饋環路將保證運放共模輸出電壓的穩定。

但這種共模反饋方式存在重要的缺陷，首先，由于其共模反饋路徑經過第一級與第二級，共用運放的差模輸入路徑，也就是信號輸入路徑，這樣，其共模電壓的響應速度或建立速度就受限于該差模運放的帶寬，即共模輸入信號的建立速度不會超過差模信號建立的速度。

其次，由于其共模反饋路徑中額外加入了圖2所示的比較放大電路，將額外引入極點，共模反饋回路的穩定性很難得到保證。

因此，為了解決共模反饋的速度與穩定性問題，該發明采用兩條支路進行反饋的方式，圖4和圖5所示，在第一級和第二級均引入共模反饋支路，并且均為快速響應路徑，既具備快速，又具備穩定的特點。

發明內容

本發明通過對二級差分運算放大器的輸入和輸出級均引入共模反饋回路，即將傳統的共模反饋環路分為兩個，對于第一級的共模反饋，創造興地產生了一個可以使運放靜態偏置于基準值的電壓，該電壓將作為正常工作時，第一級輸出的共模電壓基準值，利用該共模電壓基準值，則可以通過反饋使第一級的共模電壓值穩定，這樣很大程度降低了輸入跳變，首先引起第一級輸出共模電平擾動，進而在第二級進行放大形成更大的擾動的問題。第二級的共模反饋將使運放的輸出共模電壓穩定至指定的基準值。

附圖說明

圖1為傳統的二級差分運算放大器電路示意圖；

圖2為傳統的二級差分運算放大器共模反饋電路示意圖；

圖3為本發明所采用的二級差分運算放大器示意圖；

圖4為本發明所采用的二級差分運算放大器第一級共模反饋電路示意圖；

圖5為本發明所采用的二級差分運算放大器第二級共模反饋電路示意圖；

圖6為傳統共模反饋電路與本專利的共模反饋電路工作性能對比。

具體實施方式

如圖3所示的二級差分運算放大器，為保證共模反饋電路的快速性和穩定性，

在第一級和第二級均采用共模反饋電路，對于第一級共模反饋回路的設計，如圖4所示，首先產生一個基準電壓Vref，該電壓將作為第一級輸出的基準值。