專利名稱：兩級放大器的共模反饋電路頻率補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種兩級放大器的共模反饋電
路頻率補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的集成放大器設(shè)計(jì)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(jì)值，因此需要共模反饋電路確定輸出直流電平。在設(shè)計(jì)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(diǎn)分別對應(yīng)一個主極點(diǎn)，這兩個 輸出節(jié)點(diǎn)被稱為"高阻"節(jié)點(diǎn)，其直流電平容易受到影響而偏離設(shè)計(jì)值，因此需 要共模反饋電路同時穩(wěn)定兩級輸出節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)Pl， R2—C2構(gòu)成的極點(diǎn)P2，此外又增加了反饋放大器中R3—C3構(gòu)成的 極點(diǎn)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??；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(bǔ)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，以減少反饋電路的面積和功耗； 兩級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；其
第一級放大電路存在可控偏置電路，共模反饋的控制信號通過該可控偏置電路同 時控制放大器第一級和第二級共模輸出電平。
對所述兩級放大器，采用電路節(jié)點(diǎn)和頻域極點(diǎn)一一對應(yīng)的方法進(jìn)行分析。
第一級輸出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)極點(diǎn)Pl,第二級輸出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)極點(diǎn)P2,在反饋放大器中，采 用帶有密勒補(bǔ)償?shù)膬杉壏糯笃鹘Y(jié)構(gòu)，其主極點(diǎn)為P3，密勒補(bǔ)償產(chǎn)生的額外左半平 面極點(diǎn)為Zl。三個極點(diǎn)之間應(yīng)滿足fp3<fp2〈fpl。
所述共模反饋電路中的反饋放大器為帶有密勒補(bǔ)償?shù)膬杉夁\(yùn)算放大器結(jié) 構(gòu)，密勒補(bǔ)償電容串聯(lián)電阻接在反饋放大器第一和第二輸出級之間；其輸入信號 來源于兩級放大器差分輸出端提供的共模輸出電平；其輸出信號控制兩級放大器 中第一級的可控偏置電路，反饋放大器產(chǎn)生的左半平面零點(diǎn)抵消兩級放大器中的 極點(diǎn)，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(qiáng)。
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(diǎn)抵消主放大器中的極點(diǎn)，使得共模反饋電路具有較大的相位 裕度，提高穩(wěn)定性。


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(bǔ)償方案的一個示例性電路。
具體實(shí)施例方式
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Vin+和Vin-是兩級放大器的差分輸入端，V。ut +和V。^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(qiáng)電路提高輸入管的等效跨 導(dǎo)，使用源極負(fù)反饋電阻降低輸入管跨導(dǎo)的失真，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)③和④是第二級放大器輸出。Lfb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M0S管的柵極
上，同時實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)①一④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。ut+和V。w-分別加在兩個電阻的左
端，實(shí)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(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)。第一級采用差分輸入一單端輸出結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)⑤是輸出。第二
級采用共源結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)⑥是輸出。節(jié)點(diǎn)⑤和節(jié)點(diǎn)⑥之間接有串聯(lián)的電容Cc和電阻
Rc，電容Cc實(shí)現(xiàn)反饋放大器的密勒補(bǔ)償，使得節(jié)點(diǎn)⑤成為反饋放大器的主極點(diǎn)， 而節(jié)點(diǎn)⑥對應(yīng)的極點(diǎn)在補(bǔ)償后移到高頻，可以忽略。電阻Rc消除了密勒補(bǔ)償帶來
的右半平面零點(diǎn)，適當(dāng)選擇Rc;的值，又產(chǎn)生了一個左半平面的零點(diǎn)。
在圖3所示的帶有共模反饋電路的兩級放大器中，從節(jié)點(diǎn)③④開始，共模輸 出電平經(jīng)過電阻取樣后的信號，通過反饋放大器的兩級放大，先后經(jīng)過節(jié)點(diǎn)⑤和 節(jié)點(diǎn)⑥，又返回控制主放大器，再通過主放大器的兩級放大，先后經(jīng)過節(jié)點(diǎn)①② 和節(jié)點(diǎn)(D④，到達(dá)主放大器的輸出級。因此電路中的共模反饋電路歷經(jīng)③④、⑤、 ⑥、①②等各個節(jié)點(diǎn)。
該共模反饋電路的低頻增益等于反饋放大器的低頻增益和主放大器中共模 信號輸出一輸入通路增益的乘積。由于反饋放大器低頻增益較高，因此整個共模 反饋電路的低頻增益也較高，環(huán)路穩(wěn)定共模輸出電平的能力較強(qiáng)。
再對該共模反饋電路的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。從分析環(huán)路上的零極點(diǎn)入手，由于 兩級放大器結(jié)構(gòu)的對稱性，節(jié)點(diǎn)①②對應(yīng)一個主極點(diǎn)P1，節(jié)點(diǎn)③④對應(yīng)一個主極 點(diǎn)P2，節(jié)點(diǎn)⑤對應(yīng)反饋放大器密勒補(bǔ)償之后產(chǎn)生的極點(diǎn)P3，此外還有密勒補(bǔ)償 之后產(chǎn)生的左半平面零點(diǎn)Z1，其它的高頻極點(diǎn)予以忽略。在本示例電路中，極點(diǎn) 頻率大小滿足fp3<fP2<fPl。 fp3是整個共模環(huán)路的主極點(diǎn)，而通過適當(dāng)設(shè)置使得左 半平面的零點(diǎn)Z1和P2相消，從而提高環(huán)路的相位裕度，使其達(dá)到穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種兩級放大器的共模反饋電路頻率補(bǔ)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，以減少反饋電路的面積和功耗；兩級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；其第一級放大電路存在可控偏置電路，共模反饋的控制信號通過該可控偏置電路同時控制放大器第一級和第二級共模輸出電平。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述兩級放大器的共模反饋電路頻率補(bǔ)償方法，其特征在 于，所述兩級放大器的第一級輸出端存在極點(diǎn)Pl，第二級輸出端存在極點(diǎn)P2，在 反饋放大器中，采用帶有密勒補(bǔ)償?shù)膬杉夁\(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生極點(diǎn)P3，三個極 點(diǎn)之間應(yīng)滿足fp3<fp2〈fPl。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述兩級放大器的共模反饋電路頻率補(bǔ)償方法，其特征在 于，所述共模反饋電路中的反饋放大器為帶有密勒補(bǔ)償?shù)膬杉夁\(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)， 密勒補(bǔ)償電容串聯(lián)電阻接在反饋放大器第一和第二輸出級之間；其輸入信號來源 于兩級放大器差分輸出端提供的共模輸出電平；其輸出信號控制兩級放大器中第 一級的可控偏置電路，反饋放大器產(chǎn)生的左半平面零點(diǎn)抵消兩級放大器中的極 點(diǎn)，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(qiáng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種兩級放大器的共模反饋電路頻率補(bǔ)償方法。在兩級放大器中使用一個共模反饋電路，以減少反饋電路的面積和功耗；兩級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；其第一級放大電路存在可控偏置電路，共模反饋的控制信號通過該可控偏置電路同時控制放大器第一級和第二級共模輸出電平，反饋放大器采用帶有密勒補(bǔ)償?shù)膬杉夁\(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。該環(huán)路中的反饋放大器產(chǎn)生的左半平面零點(diǎn)和主放大器中的某個左半平面極點(diǎn)相消，從而構(gòu)成了穩(wěn)定的補(bǔ)償環(huán)路。優(yōu)點(diǎn)包括更少的反饋電路元件、更低的反饋電路功耗、更高的低頻環(huán)路增益以及更好的補(bǔ)償相位裕度。
文檔編號H03F3/45GK101373956SQ20081022236
公開日2009年2月25日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者春 張, 王志華, 王自強(qiáng), 曦 陳 申請人:清華大學(xué)