[发明专利]一种无需稳定性补偿的两级全差分放大器

说明书

本发明公开了无需稳定性补偿的两级全差分放大器，包括具有两个输出端的第一级电路和具有两个输入端的第二级电路，所述第一级电路包括MOS管M9～MOS管M15；M10和M11是输入对管，M12到M15是第一级的负载，其中M12和M15并联，M13和M14并联，从第一级的输出端看进去可以知道第一级的输出阻抗约为1/g_m5(或1/g_m6)，在静态电流一定的情况下，可以通过调节M12和M13的管子尺寸大小来调节流过M14和M15的电流从而调节g_m5和g_m6，从而调节输出阻抗，本发明可以在保持主极点即第二级输出端的极点稳定的情况下通过调节次级极点的位置来调节相位裕度从而提高电路稳定性。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，具体的说是一种全差分放大器。

背景技术

全差分运算放大器的输出信号和输入信号均为差分信号，由于其在噪声、电压摆幅、带宽频率和单位增益等方面都显示出较好的优越性，所以全差分的形式便经常成为高性能的代名词。传统的差分放大器常见的有单级和两级差分放大器，而单级全差分运放还可以分成简单的全差分、套筒式共源-共栅和折叠式共源-共栅这三种结构。

(1)如图1所示为一个简单的单级差分放大器，V_dd表示电源电压，M1和M2构成输入差分对，M3和M4构成负载，这种放大器的增益表示为：

A_v≈g_m1(r_o1||r_o3)

其中：g_m1表示输入管M1跨导，r_o1和r_o3表示M1和M3管的输出电阻。

(2)在模拟电路的设计过程中，共源-共栅结构的运算放大器是应用最广泛的一种，其能在保持频率特性优秀的前提下，实现电压增益的最大化。选择这种结构的目的，大多数都是为了尽可能大的提高增益。共源-共栅结构的运算放大器主要分为套筒式和折叠式两种。套筒式共源-共栅运算放大器的结构如图2所示，对比于简单结构运放，套筒式共源-共栅结构增加了两对NMOS管，使得运放增益得到相当大的改善。该电路中输入管的跨导仍为g_m1，输入阻抗约增大为(g_m4r_o4)r_o2||(g_m6r_o6)r_o8，由此可以得到该电路的增益为：A_v≈g_m1[(g_m4r_o4)r_o2||(g_m6r_o6)r_o8]，由此可见套筒式结构要比简单结构的增益提高许多。

如果对单级套筒式结构来说增益还是不够的话就需要增加一级采用两级运放结构，对两级运放结构来说其增益等于前后两级运放的增益乘积，这样可以有效的提升运放的增益，如图3所示为一个简单的两级运放电路结构。但两级运放通常稳定性较差，即相位裕度较低，这时候通常需要使用稳定性补偿技术来使其稳定，一般采用米勒补偿技术，即在运放的第一级输出和第二级输出之间跨接一个电容从而调整整个电路的主极点和次级极点之间的位置起到提高相位裕度的效果，如图3中的电容C_c，但是这种补偿会增加一个右半平面零点，这是通过米勒电容的前馈路径得到的，右半平面零点增加了相移，但是幅度是增加的，会导致相位裕度减小，要转移或者抵消这个零点需要用到其他的技术，如添加调零电阻等。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种无需稳定性补偿的两级全差分放大器。本发明不使用额外的补偿技术来补偿稳定性，而是通过调节电路中的管子尺寸来提高电路的相位裕度，对电路的带宽影响较小并且不引入额外的零极点，相比传统的密勒补偿两级运放降低了电路复杂度并降低了功耗。