[发明专利]一种面向物联网终端设备的高能效电压驱动器

说明书

本发明公开了一种面向物联网终端设备的高能效电压驱动器，包括两级运放，其左侧为运放的第一级，右侧为运放的第二级；运放第一级采取折叠式共源共栅的结构，第二级是源极跟随器；本发明不使用米勒电容来进行补偿，采用电阻分压的形式稳定电路，不需要高精度的米勒电容，降低了芯片成品及芯片面积。同时，本发明偏置电路部分引入了反馈，提高了电路的稳定性；两级放大器的第二级使用源极跟随器增加了整体的驱动能力。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，具体来讲是一种面向物联网终端设备的具有很大驱动能力的放大器。

背景技术

电压驱动器本质上来说就是一个运算放大器，只是其具有的驱动能力比普通的运放更大。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，Vdd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：

其中：gm1表示输入管 M1跨导，ro1和 ro3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gm1，输入阻抗约增大为 QUOTE ，由此可以得到该电路的增益为：

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Cc，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

传统的两级运放为了保证电路稳定性和足够的相位裕度，使用米勒补偿技术来进行补偿，但这种补偿降低了电路的带宽并引入了新的右半平面零点。本发明在此提供一种面向物联网终端设备的高能效电压驱动器，不使用米勒电容来进行补偿，采用电阻分压的形式稳定电路，不需要高精度的米勒电容，降低了芯片成品及芯片面积。同时，本发明偏置电路部分引入了反馈，提高了电路的稳定性；两级放大器的第二级使用源极跟随器增加了整体的驱动能力。

本发明是这样实现的，构造一种面向物联网终端设备的高能效电压驱动器，其特征在于：

所述高能效电压驱动器包括两级运放，其左侧为运放的第一级，右侧为运放的第二级；运放第一级采取折叠式共源共栅的结构，第二级是源极跟随器；