[实用新型]前馈补偿放大器中的精确参考电压发生器

说明书

技术领域：

本发明涉及改进性能的集成电路放大器，更特别地是本发明涉及改进集成电路放大器的输入级，使放大器的带宽和稳定性得以改善。 

背景技术：

高性能集成电路运算放大器通常被电路元件在信号路径中引入的相位延迟所限制。例如，一个重要的限制因素是由于信号路径中横向PNP三极管的糟糕的频率特性。在传统的多级集成运算放大器中，例如LM118，横向PNP三极管用于电平转换级和差分输入级与主增益级之间的差分-单端转化级。横向PNP三极管的低频特性引入一个极，该极为运算放大器的开环传递函数。该极限制了放大器的整体增益频率，且引入的相位移降低了放大器的稳定性。 

减小PNP三极管上该限制的一种普遍方法是利用前馈补偿。这种类型补偿的目的是使前馈电容器绕过高频率的电平转移器。电平转换器很适合这个过程，因为它的输出是一个高阻抗结点。前馈电容的使用，例如，在前面提到的LM118电路中，在高频信号差分输入级中，同相输入的输出端通过前馈电容耦合到电平转换器的单端输出。 

此外，传统的前馈放大器，如LM118，通过横向PNP缓慢地消除一半的高频信号，该放大器是“单端”的并联电容，该并联电容耦合到差分输入级的反相输入的输出端。结合前馈补偿，大大延长了常规运算放大器的带宽。 

在传统的电路上使用上述并联电容器，差分输入级的分流输出提供给电平转移级，作为一个参考电压源来保持差分电平转换器的偏置平衡。众所周知，提供给电平转换器的差分输入参考电压是重要的，为了保持放大器的输入偏移电压尽可能小，应该跟踪电平转换器的其它差分输入的“直流分量”。在相同的 共模输入放大器的应用中(即假设放大器电路的差分输入端被捆绑在一起)以及在共模输入放大器运行范围内，本文中所指的放大器电路中将出现电压或电流组成的“直流分量”。当提供差分输入信号时，电流或电压可进一步包括一个“信号成分”。 

然而，并联电容器对运算放大器的性能有不利的影响。并联电容在放大器的开环响应处形成一个偶极子。偶极子的极点和零点被栅极所隔开，使放大器具有较差的调整时间的特性，即在输入改变后，在一定的极值范围之内，放大器的输出所占的时间提高了。 

在放大器的输入级提供一个新的参考电压发生器，使前馈补偿的传统放大器的特性得到改善。参考电压跟踪差分输入级的输出电压中的直流分量，因为没有差分信号，所以不需要并联电容器。这消除了来自并联电容器产生的放大器传递函数的偶极子。改善的放大器提供无稳定时间问题的更大带宽。申请人进一步认识到其他类型集成放大器的特性，如仪表放大器可以用类似的方式进行改进。 

另一个对常规集成电路放大器高频性能限制的是由差分至单端信号转换的电流镜像电路引入的相移。电流镜像电路到在放大器中引入一个极，削弱了放大器带宽的稳定性。在常规集成电路运算放大器中，并没有减少镜像电流延迟的影响。 

鉴于上述情况，提供一个参考电压发生器，跟踪差分输入级输出的直流分量，并提供一个参考电压到电平转换器，以致前馈补偿可以用来提供一个无稳定时间问题的扩展带宽。 

发明内容：

本发明的参考电压发生器体现在集成电路运算放大器中。在具体的体现中， 参考电压发生器包括一个NPN三极管，一个电流源和一个负载电阻。三极管的发射极由电流源和集电极通过负载电阻连接到放大器的正极。通过负载电阻产生的电流保持三极管集电极电压。因此，一个稳定的参考电压不需要旁路电容获得。 

参考电压发生器是通过三极管的基极耦合到一侧的差分输入级中相应三极管的基极，来追踪输入级输出电压中的直流分量。进一步的追踪可以使用常规设计、布局和修剪技术的电压发生器电路来获得参考电压发生器和差分输入级之间相匹配的精度。 

参考电压发生器跟踪差分输入级输出的无信号直流成分，并为差分放大器的第二级提供参考电压。为了优化它的跟踪能力，参考电压发生器的元件最好与差分输入级某一侧的相应元件一致且特性匹配。 

本发明提出的前馈补偿放大器中的精确参考电压发生器，一个放大器电路包括一个具有输出端的差分输入级和一个具有输入端和输出端的二阶差分输入级，该差分输入级的输出端子耦合到二阶输入级的输入端来提供一个无直流成分的输入电压给二阶差分输入级，参考电压电路包含：首先，一个输入端连接到差分输入级的输入端，在输出端产生一个参考电压，该参考电压大约等于无直流成分的输入电压，且将其提供给二阶差分输入级的第一输入端和第二输入端。