[發明專利]一種運算放大器

有效

• 申請號: 201911345332.2
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113014216B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 袁瑩瑩;張海冰
• 申請（專利權）人: 圣邦微電子（北京）股份有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;張靖琳

本申請公開了一種運算放大器，包括輸入模塊、輸出模塊、補償模塊和負載響應模塊，補償模塊包括與輸出模塊相連接的補償電容以及與負載電流同步變化的動態電阻，所述動態電阻與所述補償電容相連以實現動態零點，負載響應模塊分別與補償電容的上極板和下極板相連接，用于在負載電流發生變化時對補償電容的上極板和下極板進行快速充電/放電，以減小補償電容兩端的電壓從初始電壓變化到穩態電壓的時間，從而可以迅速的將輸出電壓拉回到穩態電壓，減小環路的響應時間，提高運算放大器在負載范圍內的環路穩定的速度，減小輸出電壓的上沖和下沖，有利于維持輸出電壓的穩定。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，更具體地，涉及一種運算放大器。

背景技術

電容器是一種可以儲存電荷的器件，將兩個導體相互靠近，并在二者之間夾一層不導電的絕緣介質，就構成了電容器。當電容器的兩個極板之間加上電壓時，電容器就會儲存電荷。電容器在調諧、旁路、耦合、濾波、補償等電路中都會起到重要作用。

圖1示出了現有技術的一種具有驅動能力的運算放大器的電路示意圖。如圖1所示，運算放大器100包括晶體管Mp1和Mp2、晶體管Mn1至Mn3、以及電流源110和電流源120。晶體管Mp1和Mp2構成差分晶體管對，即晶體管Mp1和Mp2的第一端相互連接，且二者的第一端都連接至電流源110的第二端，電流源110的第一端連接至供電端以接收電源電壓Vdd。晶體管Mn1和晶體管Mn2構成電流鏡，即晶體管Mn1的控制端和晶體管Mn2的控制端彼此連接，且二者的控制端都連接至晶體管Mn1的第一端，晶體管Mn1的第一端與晶體管Mp1的第二端連接，晶體管Mn2的第一端與晶體管Mp2的第二端連接，晶體管Mn1和晶體管Mn2的第二端都接地。電流源120和晶體管Mn3依次串聯連接于供電端和地之間，晶體管Mn3的控制端與晶體管Mn2的第一端連接，晶體管Mn3的第一端用于向后級負載I_LOAD提供輸出電壓Vout。現有的運算放大器通常將晶體管Mp1的控制端與輸出電壓Vout連接，因單位反饋，所以輸出電壓Vout的穩態電壓等于基準電壓V_REF。為了提高系統的環路穩定，運算放大器1還包括補償電容Cc以及一個隨負載同步變化的動態電阻，該動態電阻與補償電容Cc相串聯，補償電容Cc和動態電阻用于得到動態零點，來補償負載引入的動態極點，以實現全負載范圍內的系統穩定。在一般情況下，該動態電阻可以通過與晶體管Mn4實現，晶體管Mn4串聯連接在補償電容Cc的下極板和地之間，晶體管Mn4的控制端與晶體管Mn3的控制端相互連接。

由于電容器在穩態時相當于斷路，因此晶體管Mn4的第一端和第二端之間因沒有電流而沒有壓差，這樣電路環路的穩定時間就由補償電容的充/放電時間決定。

圖2a和圖2b分別示出了對電容器進行充電的電路示意圖和等效電路示意圖。圖3a和圖3b分別示出了對電容器進行放電的電路示意圖和等效電路示意圖。如圖2a和圖2b所示，對電容器C1的充電通路包括電容器C1的上極板進行充電的通路和對電容器的下極板進行放電的通路，電容器C1的上極板的充電電流受限于電流源I11提供的電流，電容器C1的下極板的放電電流受限于電流源I12提供的電流。如圖3a和圖3b所示，對電容器C2的放電通路包括對電容器C2的上極板進行放電的通路和對電容器C2的下極板進行充電的通路，電容器C2的上極板的放電電流受限于電流源I21提供的電流，電容器C2的下極板的充電電流受限于電流源I22提供的電流。此外，電容器的充電和放電過程都滿足公式C*(V2-V1)＝I*T，其中，V1為電容器兩端的初始電壓，V2為電容器兩端的穩態電壓，C為電容器的電容值。在C和V1/V2都不變的前提下，電容器兩端電壓由初始電壓V1變化到穩態電壓V2的時間T取決于電流I。對于充電過程，電流I由電流源I11和電流源I12中的更小值決定；對于放電過程，電流I由電流源I21和電流源I22中的更小值決定。對于圖2a，由于電容器C1的下極板直接接地，相當于圖2b中的電流源I12無窮大，所以電流I的大小由電流源I11來決定。對于圖3a，由于電容器C2的下極板接地，相當于圖3b中的電流源I22的電流無窮大，所以電流I的大小由電流源I21來決定。