[发明专利]一种用于两级差分放大器的连续时间共模反馈电路

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路领域，特别涉及一种用于两级差分放大器的连续时间共模反馈电路。

背景技术

随着两级差分放大器具有输出摆幅大、共模噪声抑制好，并且能够有效地抑制偶次项谐波失真等优点，已经得到了广泛的运用。共模反馈电路是全差分运放中不可缺少的一个关键电路，其目的是用来稳定差分放大器内部各节点的直流电平，保证晶体管均工作在饱和状态，并精确控制差分放大器的输出共模电平，使放大器的输出摆幅达到最优。共模反馈电路还有利于抑制放大器的共模波动，提高其共模抑制比。

图1为采用现有共模反馈电路的两级差分放大器100示意图，见参考文献1。如图1所示，该采用现有共模反馈电路的两级差分放大器100由共模检测电路101(相当于本发明的共模电压检测单元201)、共模反馈控制信号产生电路102(相当于本发明的共模反馈控制信号产生单元202)和两级差分放大器组成，通过共模检测电路101检测到该两级差分放大器的输出共模电平(记为Vocm1，Vocm1＝(Von1+Vop1)/2)，该输出共模电压(Vocm1)与该两级差分放大器的期望输出共模电压(记为Vcm1)的差值经过共模反馈控制信号产生电路102进行放大，此处共模反馈控制信号产生电路102为一电压放大器，输入的是电压，输出的信号也是电压信号，该共模反馈控制信号产生电路102将输出的电压连接到两级差分放大器的MOS管M105、M106的栅极，通过调节MOS管M105、M106的栅极电压来稳定M105、M106的直流工作点，进而稳定MOS管M107、M108的直流工作点，最终使该输出共模电压(Vocm1)与该两级差分放大器的期望输出共模电压(Vcm1)相等。

将图1所示的采用现有共模反馈电路的两级差分放大器100应用于如图3所示的两级差分放大器的闭环典型应用电路300中。对于差分信号，该应用电路300的环路包括三个反相级：第一级放大器形成的反相级，第二级放大器形成的反相级，放大器输出到输入端的反相级(输出端Vo+与输入端Vin-相连，输出端Vo-与输入端Vin+相连)，三个反相级构成负反馈，只要对电路进行合适的频率补偿，就能工作在稳定状态。对于共模信号，该应用电路300的环路包括两个环路：内部环路和外部环路，其中内部环路为一个负反馈环路，而外部环路为一个正反馈环路(见参考文献2)；正常工作时，由于内部共模反馈环路的开环增益很高，使得外部正反馈环路的开环环路增益远远小于1，整个电路能够稳定工作。而在实际应用中，如图1所示，当两级差分放大器的输入端共模信号出现很大的瞬态值时，两级差分放大器的M101、M102管关断，流过M105、M106管的电流为0，M105、M106管工作在深线性区(假设所述共模电压检测电路101还未向所述共模反馈控制信号产生电路102传送检测到的输出共模电压)，M105、M106管的漏端电压被拉到接近于地(0V)，导致M107、M108管关断，从而使两级差分放大器的输出共模电压接近电源电压VDD，如此，M111管被关断，M113管的栅极电压被拉低，进而使M105、M106管被关断，导致内部共模负反馈环路断开，使得外部正反馈环路的开环环路增益大于1，满足正反馈条件，此时即使共模信号恢复到正常，由于外部环路已形成正反馈，两级差分放大器的输出端电压将继续保持接近电源电压的状态，呈现“锁死“状态，使放大器无法正常工作。

参考文献1：Jhin-Fang Huang,Yen-Jung Lin,Kun-Chieh Huang,Ron-Yi Liu.A Continuous-Time Sigma-Delta Modulator with a Hybrid Loop Filter and Capacitive Feedforward [J].Microelectronics and Solid State Electronics,2012,1(4)：74-80

参考文献2：池保勇.模拟集成电路与系统[M].清华大学出版社，北京,2009,第8章，pp：362。

发明内容