[发明专利]两级运算放大器的宽带共模反馈环路频率补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，特别涉及两级运算放大器的宽带共模反馈环路频率补偿方法。

背景技术

集成放大器一般采用全差分结构，该结构能够抑制共模干扰及噪声。然而差分放大器的共模输出电平由于制造工艺、工作电压及温度等因素的影响会偏离设计值，因此需要共模反馈电路确定输出直流电平。在设计共模反馈电路时需要考虑环路的稳定性。

集成运算放大器是常用的电路单元。为了实现高增益和大输出信号范围，一般采用两级结构。为了保证由运算放大器构成的反馈电路能够稳定工作，通常采用密勒补偿的方法提高运算放大器的相位裕度。图1是采用密勒补偿的两级运算放大器的结构图，图2是运算放大器的开环频率响应波特图。在适当的密勒补偿下，运算放大器的UGB之内只有一个主极点，且运算放大器具有较大的相位裕度。

对于两级运算放大器，第一级和第二级的输出节点均为“高阻”节点，其直流电平容易受到影响而偏离设计值，因此需要共模反馈电路同时稳定每一级的直流电平。如图3的两级运算放大器，需要两个共模反馈环路，从而增加了电路的制造成本和功耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种两级运算放大器的宽带共模反馈环路频率补偿方法，其特征在于，在带有密勒补偿的两级运算放大器中使用一个宽带反馈放大器作为共模反馈环路，以减少共模反馈电路的面积和功耗；

第一级运算放大器和第二级运算放大器在单位增益带宽内只有一个主极点，采用全差分输入输出结构，差分输出端用来对共模输出电平取样，其第一级运算放大器电路存在可控偏置电路，共模反馈的控制信号通过该可控偏置电路同时控制第一级运算放大器和第二级运算放大器的共模输出电平；第一级运算放大器和第二级运算放大器的开环传输函数为H₁(s)＝v_out(s)/v_in(s)，单位增益带宽为UGB₁，相位裕度为PM₁；其中s表示拉普拉斯算子；

第一级运算放大器和第二级运算放大器在共模反馈环路中的传输函数为H₂(s)＝v_out(s)/v_cmfb(s)，单位增益带宽为UGB₂，相位裕度为PM₂；共模反馈环路总体的传输函数是CML(s)＝H₂(s)F(s)，单位增益带宽为UGB₃，相位裕度为PM₃；V_cmfb为宽带反馈放大器的输出控制电压；

其主极点频率在高于UGB₁和UGB₂条件下，UGB₁和UGB₂满足UGB₁＝UGB₂，PM₁＝PM₂，因此CML(s)的相位裕度满足PM₃＝PM₂＝PM₁，满足共模反馈环路稳定性的要求；

当环路中的UGB₁和共模反馈环路中的UGB₂满足UGB₁＝UGB₂，PM₁＝PM₂时，宽带反馈放大器的主极点频率高于UGB₁，因此PM₃和PM₁相等，满足共模反馈环路稳定性的要求。

本发明的有益效果为宽带反馈放大器的主极点频率远高于运算放大器的单位增益带宽，因此共模环路的相位裕度基本等于运算放大器自身的相位裕度，从而构成了稳定的反馈环路。因而共模反馈电路元件更少、更低的共模反馈电路功耗、更简便的电路设计。

附图说明

图1是采用密勒补偿的两级运算放大器结构图

图2是图1运算放大器的频响曲线示意图

图3是使用两个共模反馈环路的运算放大器结构图

图4是使用一个共模反馈环路的运算放大器结构图

图5是本发明提出的宽带共模反馈环路频率补偿方案的一个示例性电路

具体实施方式

下面结合附图对本发明予以说明。