專利名稱：一種嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于三級(jí)運(yùn)算放大器的嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路。

背景技術(shù)：
當(dāng)今，隨著集成電路工藝的發(fā)展，MOS管的特征尺寸越來(lái)越小并且電源電壓也越來(lái)越低。在這種情況下，對(duì)于放大器而言傳統(tǒng)的共源共柵技術(shù)已經(jīng)不再適用。要得到高增益就必須級(jí)聯(lián)三級(jí)或者三級(jí)以上的單級(jí)放大器。在輸出端有大負(fù)載電容的情況下，發(fā)展出既節(jié)省面積(補(bǔ)償電容小)，又消耗極低功耗(偏置電流小)的三級(jí)運(yùn)算放大器頻率補(bǔ)償技術(shù)，這一直是人們的研究熱點(diǎn)[1-3]。
總體而言，有兩大類頻率補(bǔ)償方法，分別為嵌套式密勒電容補(bǔ)償(NMC)[4-8]和反嵌套式密勒電容補(bǔ)償(RNMC)[9]，兩者結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。其中，NMC技術(shù)中較典型的有跨導(dǎo)及電容反饋頻率補(bǔ)償(TCFC)[8]，它將一個(gè)有源電容引入到了傳統(tǒng)的NMC結(jié)構(gòu)當(dāng)中，得以在頻率響應(yīng)中產(chǎn)生一個(gè)右半平面的零點(diǎn)從而提高相位裕度；RNMC技術(shù)中較典型的有反有源反饋頻率補(bǔ)償(RAFFC)[9]，它將一個(gè)有源電容引入到了傳統(tǒng)的RNMC結(jié)構(gòu)當(dāng)中，同樣得以在頻率響應(yīng)中產(chǎn)生一個(gè)右半平面的零點(diǎn)。在基于NMC和RNMC的設(shè)計(jì)當(dāng)中，它們都取得了各自最好的帶寬功耗比以及壓擺率功耗比。
然而，這兩類電路都存在一定的問(wèn)題。RNMC相對(duì)于NMC結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于它只有一個(gè)補(bǔ)償電容負(fù)載在輸出端。但是通常情況下三級(jí)放大器的第三級(jí)總是比前兩級(jí)需要更大的跨導(dǎo)即更大的偏置電流。RNMC采用了一個(gè)正相放大的第三級(jí)，而正相放大需要兩路電流分支，如圖3所示。這就意味著它需要兩路更大電流的分支，這消耗了很多的功耗。另一方面，雖然NMC結(jié)構(gòu)只需要一個(gè)反相放大的第三級(jí)即一路電流分支(如圖4所示)，但是，它的兩個(gè)補(bǔ)償電容都負(fù)載在輸出端上。因此，發(fā)展出僅消耗RNMC結(jié)構(gòu)一半的第三級(jí)電流，同時(shí)又僅有一個(gè)補(bǔ)償電容負(fù)載在輸出端的電路，具有一定現(xiàn)實(shí)意義，符合技術(shù)發(fā)展潮流。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種用于三級(jí)運(yùn)算放大器的嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路，以克服現(xiàn)有的基于NMC以及RNMC技術(shù)的缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更好的帶寬功耗比以及壓擺率功耗比。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容為一種嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路，它由三級(jí)放大器(1、2、3)，補(bǔ)償電容(4、5)，基于正相放大器的電流緩沖器(6)，基于反相放大器的電流緩沖器(7)構(gòu)成；所述三級(jí)放大器(1、2、3)依次串聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大；所述正相電流緩沖器(6)的輸出端與反相電流緩沖器(7)的輸出端共點(diǎn)并接至放大器(1)的輸出端；所述補(bǔ)償電容(4)連接在放大器(3)的輸出端和正相電流緩沖器(6)的輸入端之間，從而實(shí)現(xiàn)有源密勒補(bǔ)償；所述補(bǔ)償電容(5)連接在放大器(2)的輸出端與正相電流緩沖器(7)的輸入端之間從而實(shí)現(xiàn)嵌套式有源密勒補(bǔ)償。在放大器(1)的輸出端和放大器(3)的輸出端之間設(shè)置了一個(gè)前饋跨導(dǎo)級(jí)放大器gmf，以提高大信號(hào)特性。
本發(fā)明嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路所構(gòu)建出的三級(jí)放大器在頻率響應(yīng)特性中非主極點(diǎn)可擴(kuò)展到很高的頻率，同時(shí)，還引入了一個(gè)左半平面的零點(diǎn)，這增加了相位裕度并節(jié)省了功耗。因此本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)具有功耗低、補(bǔ)償電容小、驅(qū)動(dòng)大負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。



圖1是典型的NMC頻率補(bǔ)償技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是典型的RNMC頻率補(bǔ)償技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是正相放大器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是反相放大器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是典型的基于反相放大器的電流緩沖器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是基于正相放大器的電流緩沖器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是基于正相放大器的電流緩沖器的晶體管級(jí)實(shí)現(xiàn)電氣原理圖； 圖8是本發(fā)明嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本發(fā)明嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路的晶體管級(jí)實(shí)現(xiàn)原理圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1、2、3表示框圖形式的放大器的級(jí)數(shù)，4、5、11、12為補(bǔ)償電容，6為正相的電流緩沖器，7為反相的電流緩沖器，8、9、10分別為1、2、3的晶體管級(jí)實(shí)現(xiàn)，13為正相的電流緩沖器的晶體管級(jí)實(shí)現(xiàn)，14為反相的電流緩沖器的晶體管級(jí)實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施措施 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路。
電流緩沖器(圖5)已經(jīng)在很多場(chǎng)合被使用以提高性能，例如三級(jí)放大器[4-6，8，9]以及低壓差線形穩(wěn)壓器[11]。但是通常情況下，一個(gè)反相的放大器是需要的。事實(shí)上，當(dāng)一個(gè)正相的放大器存在的時(shí)候，我們也是可以構(gòu)造電流緩沖器的，這種構(gòu)造方法如圖6所示，圖7是它的晶體管級(jí)實(shí)現(xiàn)原理圖。
基于以上電流緩沖器的構(gòu)造，本發(fā)明的三級(jí)放大器嵌套密勒有源電容補(bǔ)償電路的框圖如圖8所示，三個(gè)放大器1、2、3依次串聯(lián)起來(lái)，這樣構(gòu)成三個(gè)放大級(jí)從而可以得到高增益。在實(shí)現(xiàn)三級(jí)放大器的頻率補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，補(bǔ)償電容4、5分別通過(guò)正相的電流緩沖器6、反相的電流緩沖器7接至第一級(jí)放大器的輸出端，這樣構(gòu)成了本發(fā)明提出的嵌套式密勒有源電容補(bǔ)償。Cp1，2代表各級(jí)的寄生電容，CL則代表負(fù)載電容。除此之外，加入了一個(gè)前饋跨導(dǎo)級(jí)放大器gmf以提高大信號(hào)特性。假設(shè)各級(jí)的增益遠(yuǎn)大于1，同時(shí)Ca，Cb，Cp1以及Cp2遠(yuǎn)小于CL，系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為， 其中 ka＝gmaRa (7) kb＝gmbRb (8) 本發(fā)明的晶體管級(jí)的實(shí)現(xiàn)在圖9中給出，兩個(gè)嵌套密勒有源電容由MB1，2，M1A，B以及Ca，Cb實(shí)現(xiàn)；其中，第一級(jí)8為采用折疊式共源共柵的放大級(jí)，第二級(jí)9為正相放大級(jí)，第三級(jí)10為反相放大級(jí)；電流緩沖器的晶體管級(jí)實(shí)現(xiàn)13、14既是第一級(jí)的偏置電路，同時(shí)可以利用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)正相和反相的電流緩沖器。補(bǔ)償電容11、12通過(guò)電流緩沖器13、14構(gòu)成嵌套式密勒有源電容補(bǔ)償電路。
本發(fā)明中這樣構(gòu)建出的三級(jí)放大器電路在頻率響應(yīng)特性中非主極點(diǎn)可擴(kuò)展到很高的頻率，如式(4)、(5)所示。同時(shí)，還引入了一個(gè)左半平面的零點(diǎn)，如式(1)所示，這增加了相位裕度并節(jié)省了功耗。這一類電路在實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)具有功耗低、補(bǔ)償電容小、驅(qū)動(dòng)大負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有極好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路，其特征在于它由三級(jí)放大器(1、2、3)，補(bǔ)償電容(4、5)，基于正相放大器的電流緩沖器(6)，基于反相放大器的電流緩沖器(7)構(gòu)成；所述三級(jí)放大器(1、2、3)依次串聯(lián)；所述正相電流緩沖器(6)的輸出端與反相電流緩沖器(7)的輸出端共點(diǎn)并接至放大器(1)的輸出端；補(bǔ)償電容(4)連接在放大器(3)的輸出端和正相電流緩沖器(6)的輸入端之間；補(bǔ)償電容(5)連接在放大器(2)的輸出端與正相電流緩沖器(7)的輸入端之間。
2.如權(quán)利要求1所述的嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路，其特征在于在放大器(1)的輸出端和放大器(3)的輸出端之間設(shè)置了一個(gè)前饋跨導(dǎo)級(jí)放大器gmf。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于三級(jí)運(yùn)算放大器的嵌套式密勒有源電容頻率補(bǔ)償電路，它由3個(gè)CMOS放大級(jí)電路、2個(gè)補(bǔ)償電容、1個(gè)正相的電流緩沖器、1個(gè)反相的電流緩沖器通過(guò)嵌套連接而構(gòu)成；它所構(gòu)建出的三級(jí)放大器在頻率響應(yīng)特性中非主極點(diǎn)可擴(kuò)展到很高的頻率，同時(shí)，還引入了一個(gè)左半平面的零點(diǎn)，這增加了相位裕度并節(jié)省了功耗。相比現(xiàn)有的三級(jí)放大器頻率補(bǔ)償技術(shù)，本發(fā)明中的頻率補(bǔ)償技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)具有功耗低、補(bǔ)償電容小、驅(qū)動(dòng)大負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F3/42GK101388650SQ20081020117
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者馬海峰, 鋒 周 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)