[实用新型]一种有源前馈电路构成频率补偿的差分运算放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成电路运算放大器(Integrated Circuit Operational Amplifier)领域，特别涉及一种不需要密勒补偿电容，提高全差分运算放大器单位增益带宽性能和减小芯片实现面积的一种有源前馈电路构成频率补偿的差分运算放大器。 

背景技术

运算放大器是模拟集成电路和数模混合集成电路中最基本的单元电路之一。而全差分运算放大器因为有相对大的输出摆幅和更好的对电源噪声以及共模漂移的抑制性能而成为必须的选择。但是这也意味着电路复杂性的增加:全差分运算放大器一般都需要包括共模负反馈(Common Mode FeedBack,CMFB)电路是输出级的共模电压稳定在参考电压（VR）附近。 

在常用的模拟电路例如模数转换器，自动增益控制电路以及模拟滤波器中, 高增益，高速是对其中的全差分运算放大器模块的普遍要求。在电源电压限定的情况下，高增益通常通过增加放大器的级数实现，但是同时这在放大器的传输函数上也引入了更多的极点和负的相位位移。对多级放大器而言，为了保证放大器在闭环情况下的稳定性，必须进行频率补偿。现有的频率补偿电路大部分是基于密勒补偿技术，它的基本原理是利用连接在增益电路输入和输出端的电容的密勒效应，把放大器的主极点推向更低频率，次极点相应的推向更高频率，从而实现频率补偿。显然这种补偿技术导致了比较低的单位增益带宽，而且产生了一个右半平面的零点，一般需要另外的串联电阻进行零点消除。 

因为可能分别形成独立的反馈环路, 全差分运算放大器的主放大器和共模负反馈(CMFB)电路都需要进行频率补偿。多级电路中，共模负反馈电路因为会引入更多的极点，导致频率补偿也会遇到更多的电路设计难点。 

采用密勒补偿技术的米勒偿电容限制了全差分放大器的单位增益带宽，增加了芯片实现面积。在多级电路中，共模负反馈电路使频率补偿变得更加困难，使得全差分运算放大器在一定的功耗限制下，很难同时达到高增益和大的单位增益带宽。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种简单易行、效果显著、可有效提高全差分运算放大器的单位增益带宽性能和减小芯片实现面积的一种有源前馈电路构成频率补偿的差分运算放大器。主要解决现有的密勒频率补偿方法由于引入密勒电容而引起的多级差分运算放大器零极点分离,进而限制了差分运算放大器的单位增益带宽的技术问题。 

为解决上述技术问题，本实用新型思路是：完全不需要米勒补偿电容，而全部采用有源前馈电路，有源前馈频率补偿技术同时应用在差分运算放大器的主差分增益级和共模负反馈级。采用如下技术方案： 

一种有源前馈电路构成频率补偿的差分运算放大器，其特征是：

1）所述的差分运算放大器包括第一增益级，第二增益级以及有源前馈放大级。其中，第一增益级是一级差分放大电路，包含第一输入节点和第二输入节点； 第二增益级是简单共源单管差分放大电路，包含第一输出节点和第二输出节点；有源前馈放大级由电路A和电路B组成:电路 A包括一个控制节点耦合到第一输入节点以及一条控制路径耦合到第二输出节点；电路B包括一个控制节点耦合到第二输入节点以及一条控制路径耦合到第一输出节点。输入信号通过第一输出节点和第二输入节点进入差分放大增益级，把差分增益级的输出结果导入第二增益级，对应的产生第一输出结果和第二输出结果，利用有源前馈电路进行频率补偿：通过第一输入节点信号控制第二输出结果，通过第二输入节点信号控制第一输出结果。

2）电路A和电路B的两条控制路径的其中一端互相连接在一起,并且这个连在一起节点的电压由共模负反馈电路决定。电路A和电路B的控制信号路径延伸连接到对应的输出端和一个共同节点；这个共同节点分别通过受第一输出节点和第二输出节点控制的有源晶体管接地。 

3）差分运算放大器的第一增益级由共源差分对管、电流源、负载对管组成。共源差分对管源级通过电流源接地，共源差分对管的漏极通过负载对管接电源。共源差分对管和负载对管是互补CMOS管（互补晶体管）。 

4）差分运算放大器的第二增益级由共源差分放大级组成，包括共源单管差分放大电路，其共源端通过电源接地，漏极分别接差分运算放大器的第一输出节点和第二输出节点。