[发明专利]一种适用于高速集成放大器的频率补偿电路

说明书

技术领域

本发明属于集成放大器技术领域，具体涉及一种适用于高速集成放大器的频率补偿电路。

技术背景

随着信息技术的发展，对于信息数据的处理速度要求越来越高，而集成放大器是各种电路的最基础单元之一。例如，在通信系统中射频前端需要越来越高速的可变增益放大器，而在测量仪器中则要求检测放大器具有超宽带的特点。然而，CMOS工艺的截止频率f_T受到限制，版图寄生电容随着工作频率的升高起到越来越大的负面作用，通过负反馈扩展频带的传统方法以牺牲直流增益为代价，而应用片上电感则使芯片面积大大增加，这带来芯片成本的激增。因此各种频率补偿电路相继提出，其中中和电容的补偿技术具有低代价高性能的特点。但是由于本征增益的不断缩小，这种技术对于深亚微米工艺的CMOS电路效用降低，而且在主级放大器的输出端产生了负载效应，对于低功耗的放大器，频率补偿作用进一步减弱。因此，在避免使用片上电感的前提下，要实现集成放大器的带宽扩展是一个难题。最后，CMOS集成电路容易受到电源电压，工作温度以及工艺容差等影响，由于频率补偿电路往往通过谐振或者正反馈的办法，一旦电路参数发生偏差，电路容易振荡，因此另一个需要解决的问题则是如何保证集成放大器的带宽恒定，提高其稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高速集成放大器的低代价、高性能的频率补偿电路。

本发明提出的频率补偿电路主要基于“电容中和”的原理，由电阻负载的全差分主级放大器的同相输入输出端间插入可变增益的源极跟随器和补偿电容组成。

根据密勒效应，在主级放大器的输入端将看到由补偿电容形成的负电容。为完全抵消CMOS晶体管源漏寄生电容C_gd所产生的正密勒电容，补偿电容的大小增大，大小为C_gd的(1+|A_v|)/(|A_LP|-1)，其中A_v是主级放大器的增益，A_LP是主级放大器和源极跟随器的增益之积。本发明由于在主级电路的输出结点上附加的电容负载较小，电阻负载无穷大，因此补偿电路不影响原有主级电路的直流增益和高频特性。在此基础上，由于补偿了C_gd的密勒效应而使主级放大器的频带显著拓宽。不仅如此，补偿电容的倍增还带来多项好处，包括版图易匹配，对寄生电容的敏感度降低，后者对于高速放大器具有重要意义，可避免其发生振荡，提高其稳定性。而补偿电容的可控性消除电路在不同电源电压或者工作温度下可能发生的频率响应过冲，尤其是当本电路嵌入到其它电路模块中，可以方便地通过V_C被顶层电路控制，在不增加管脚的同时，进一步保证整个电路的频带恒定和工作稳定性。

本发明的适用于高速集成放大器的频率补偿电路，其中，源极跟随器的增益由工作在线性区的MOS管M_CS控制，使MOS管M_C1，M_C2形成的等效负密勒电容增大的倍数可控，当该放大器单独工作或者作为放大单元嵌入顶层电路时，可以通过V_C方便地控制频带的响应，使电路在不同电源电压或者工作温度下正反馈的量得到控制，使电路的带宽保持恒定，提高电路的稳定性。

本发明的频率补偿电路可以单独应用于需要高速放大器的设备中，如测量仪器，也可以作为辅助单元，应用于手机等通信电子类产品射频前端的部分电路模块。

附图说明

图1是本发明设计的带频率补偿的集成放大器电路图。

图2是集成放大器的频率响应图，包括频率补偿与未补偿两种情况比较。

图3是带有频率补偿电路的集成放大器随V_C变化的频率响应图。

具体实施方式

以下根据附图对本发明进行详细说明。