基于动态前馈运算放大器的电路制造技术

本发明专利技术提供一种基于动态前馈运算放大器的电路。基于动态前馈运算放大器的电路包括运算放大器。运算放大器包括：第一放大级、第二放大级、第一电容、第二电容、以及第一前馈互导级。该第一前馈互导级耦接于第一电容、第二电容和第二放大级，其中第一电容、第二电容和第一前馈互导级形成具有第一增益曲线的高频路径，以及第一放大级和第二放大级形成具有第二增益曲线的高增益路径，其中运算放大器根据第一增益曲线和第二增益曲线提供开环增益。本发明专利技术所提供的基于动态前馈运算放大器的电路，可用于高速和宽频带的应用。

【技术实现步骤摘要】
基于动态前馈运算放大器的电路
本专利技术涉及一种运算放大器，特别涉及一种基于动态前馈运算放大器的电路的运算放大器。
技术介绍
运算放大器(Operationalamplifiers，OPAMPs)在电子装置和电子器件(例如，反相放大器、积分器、滤波电路)中应用很广泛。随着CMOS工艺规模的快速发展，近年来超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegration)中的电源电压显著降低。作为大多数模拟系统中的基本块，运算放大器被要求在低电压应用中同时具有高增益和大带宽。由于通过堆叠晶体管增加增益的传统的共源共栅(cascode)放大器的电压摆幅小而不适用于低电压设计，更多的电路设计者意识到多级放大器的重要性，其中多级放大器可以通过水平增加增益级的数目提升增益。然而，由于在小信号传递函数中的多级放大器多极点特性，所有的多级放大器面临闭环稳定性问题。因此，提出了很多频率补偿拓扑结构(topologies)以保证多级放大器的稳定性。一般地，应用于传统的驱动器芯片中的运算放大器通常具有两级放大器。其中，该运算放大器的第一级放大电路用于提高增益，以及该运算放大器的第二级输出电路用于驱动电容性负载或电阻性负载(capacitiveorresistiveload)。此外，多级运算放大器也很受欢迎。放大器电路最重要的特性通常是增益和带宽。放大器的增益和带宽成反比例关系(inverserelationship)。一般地，高增益值与低带宽关联，以及低增益值与高带宽关联。各种补偿技术(例如Miller补偿或Ahuja补偿)用于调节放大器的极点的频率。Miller补偿采用连接(connectedacross)第二放大器级的输入和输出的反馈电容。在Ahuja补偿中，电流(current)增益装置加入第二放大器级的反馈环中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种基于动态前馈运算放大器的电路。依据本专利技术一实施方式，提供一种基于动态前馈运算放大器的电路。该基于动态前馈运算放大器的电路包括运算放大器。该运算放大器包括：第一放大级，放大差分输入信号对以提供中间差分信号对；第二放大级，放大该中间差分信号对以提供差分输出信号对；第一电容，耦接于该第一放大级的非反相输入端；第二电容，耦接于该第一放大级的反相输入端；以及第一前馈互导级，耦接于该第一电容、该第二电容和该第二放大级，其中该第一电容、该第二电容和该第一前馈互导级形成该差分输入信号对的具有第一增益曲线的高频路径，以及该第一放大级和该第二放大级形成该差分输入信号对的具有第二增益曲线的高增益路径，其中该运算放大器根据该第一增益曲线和该第二增益曲线提供开环增益。依据本专利技术另一实施方式，提供一种基于动态前馈运算放大器的电路。该基于动态前馈运算放大器的电路包括运算放大器。该运算放大器包括：第一放大级，放大差分输入信号对以提供中间差分信号对；第二放大级，放大该中间差分信号对以提供输出差分信号对；第一电容，耦接于该第一放大级的非反相输入端；第二电容，耦接于该第一放大级的反相输入端；第一前馈互导级，耦接于该第一电容、该第二电容和该第二放大级；以及补偿单元，耦接于该第二放大级，提供有效的共模电容量和有效的差模电容量以用于该运算放大器，其中该有效的差模电容量小于该有效的共模电容量。本专利技术所提出的基于动态前馈运算放大器的电路，可提高稳定性。附图说明图1为根据本专利技术实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路的示意图。图2为根据本专利技术实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路的运算放大器的示意图。图3A为图2所示的运算放大器的差分输入信号对的开环增益和频率的关系的频率响应的示意图。图3B为传统的运算放大器的开环增益和频率的关系的频率响应的示意图。图4A为图2所示的放大级的差模的示意图。图4B为图2所示的放大级的共模的示意图。图5为根据本专利技术另一实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路的运算放大器的示意图。图6为根据本专利技术另一实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路的运算放大器的示意图。图7为根据本专利技术另一实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路的运算放大器的示意图。图8为根据本专利技术另一实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路的运算放大器的示意图。具体实施方式以下描述为执行本专利技术的较佳实施方式。然而此较佳实施方式仅用于解释本专利技术，并非用以限定本专利技术。因此，本专利技术的保护范围应以权利要求记载的范围为准。图1为根据本专利技术实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路10的示意图。基于动态前馈运算放大器的电路10包括运算放大器(operationalamplifier，OPAMP)20，运算放大器30、运算放大器40以及其他相关装置(例如，电容、电阻等)。在此实施方式中，运算放大器20、运算放大器30和运算放大器40为动态前馈AB类放大器。此外，基于动态前馈运算放大器的电路10可以应用于跨阻放大器(transimpedanceamplifier，TIA)、增益可编程放大器(programmable-gainamplifier，PGA)、滤波器、模数转换器(ADC)缓冲器、或delta-sigma模数转换器(Δ∑ADC)中，以用于高速和宽频带(wideband)的应用。根据本专利技术的一个实施方式，基于动态前馈运算放大器的电路10仅包括一个运算放大器(例如，运算放大器20、运算放大器30或运算放大器40)。图2为根据本专利技术实施方式的基于动态前馈运算放大器的电路的运算放大器100的示意图。运算放大器100包括放大级110和放大级120，前馈互导级130和共模反馈级(common-modefeedbackstage，在附图中简称为CMFB)140。根据本专利技术的一个实施方式，放大级110和放大级120为互导级。放大级110具有接收差分输入信号VIP的非反相输入端和接收差分输入信号VIN的反相输入端，其中差分输入信号VIP和差分输入信号VIN为差分输入信号对。放大级110放大差分输入信号对VIP和VIN，以提供中间差分信号对VSP和VSN至放大级120。如图2所示，放大级110的反相输出端和非反相输出端分别耦接于放大级120的反相输入端和非反相输入端。放大级120放大中间差分信号对VSP和VSN以输出差分输出信号对VOP和VON。共模反馈级140并联耦接于放大级120，其中放大级120的反相输出端和非反相输出端分别耦接于共模反馈级140的第一输入端和第二输入端，以及共模反馈级140的第一输出端和第二输出端分别耦接于放大级120的反相输入端和非反相输入端。此外，运算放大器100进一步包括电容CB1和电容CB2，电阻RB1和电阻RB2，以及补偿单元150和补偿单元160。电容CB1耦接于放大级110的非反相输入端和前馈互导级130的非反相输入端之间，以及电容CB2耦接于放大级110的反相输入端和前馈互导级130的反相输入端之间。此外，电阻RB1耦接于电容CB1和参考结点N1之间，以及电阻RB2耦接于电容CB2和参考结点N2之间，其中参考结点N1和参考结点N2用于接收固定的参考电压VDC。此外，前馈互导级130的反相输出端和非反相输出端分别耦接于放大级120的反相输出端和非反相输出端。补偿单元150，在放大级120的负反馈环和正反馈环中分别提供第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，包括：运算放大器，包括：第一放大级，放大差分输入信号对以提供中间差分信号对；第二放大级，放大该中间差分信号对以提供差分输出信号对；第一电容，耦接于该第一放大级的非反相输入端；第二电容，耦接于该第一放大级的反相输入端；以及第一前馈互导级，耦接于该第一电容、该第二电容和该第二放大级，其中该第一电容、该第二电容和该第一前馈互导级形成该差分输入信号对的具有第一增益曲线的高频路径，以及该第一放大级和该第二放大级形成该差分输入信号对的具有第二增益曲线的高增益路径，其中该运算放大器根据该第一增益曲线和该第二增益曲线提供开环增益。

【技术特征摘要】
2013.02.07 US 61/761,919;2013.12.23 US 14/138,5571.一种基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，包括：运算放大器，包括：第一放大级，放大差分输入信号对以提供中间差分信号对；第二放大级，放大该中间差分信号对以提供差分输出信号对；第一电容，耦接于该第一放大级的非反相输入端；第二电容，耦接于该第一放大级的反相输入端；以及第一前馈互导级，耦接于该第一电容、该第二电容和该第二放大级，其中该第一电容、该第二电容和该第一前馈互导级形成该差分输入信号对的具有第一增益曲线的高频路径，以及该第一放大级和该第二放大级形成该差分输入信号对的具有第二增益曲线的高增益路径，其中该运算放大器根据该第一增益曲线和该第二增益曲线提供开环增益，当该差分输入信号对的频率小于特定频率时，该运算放大器根据该第二增益曲线提供该开环增益，以及当该差分输入信号对的频率大于该特定频率时，该运算放大器根据该第一增益曲线提供该开环增益，其中该特定频率是根据该第一增益曲线和该第二增益曲线的交点而确定，以及该第二增益曲线具有小于该特定频率的主导极点。2.根据权利要求1所述的基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，进一步包括：第一补偿单元，在该第二放大级的第一负反馈环和第一正反馈环中分别提供第一电容量和第二电容量；以及第二补偿单元，在该第二放大级的第二负反馈环和第二正反馈环中分别提供该第一电容量和该第二电容量。3.根据权利要求2所述的基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，该第一补偿单元包括：第三电容，耦接于该第二放大级的非反相输入端和反相输出端之间，具有该第一电容量；以及第四电容，耦接于该第二放大级的非反相输入端和非反相输出端之间，具有该第二电容量；该第二补偿单元包括：第五电容，耦接于该第二放大级的反相输入端和非反相输出端之间，具有该第一电容量；以及第六电容，耦接于该第二放大级的反相输入端和反相输出端之间，具有该第二电容量。4.根据权利要求3所述的基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，该第一补偿单元进一步包括：第三电阻，与该第三电容串联；第四电阻，与该第四电容串联；以及该第二补偿单元进一步包括：第五电阻，与该第五电容串联；第六电阻，与该第六电容串联。5.根据权利要求2所述的基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，该第一补偿单元和该第二补偿单元中的每一个提供的有效的共模电容量与该第一电容量和该第二电容量之和相等；以及该第一补偿单元和该第二补偿单元中的每一个提供的有效的差模电容量与该第一电容量和该第二电容量之差相等。6.根据权利要求5所述的基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，该有效的差模电容量大致等于零。7.根据权利要求1所述的基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，进一步包括：第一电阻，耦接于该第一电容和用于接收固定的第一参考电压的第一参考结点之间；以及第二电阻，耦接于该第二电容和用于接收固定的该第一参考电压的第二参考结点之间。8.根据权利要求1所述的基于动态前馈运算放大器的电路，其特征在于，进一步包括：第二前馈互导级，并联耦接于该第二放大级；第三电阻，耦接于该第二前馈互导级的非反相输入端和接收固定的第二参考电压的第三参考结点之间；第四电阻，耦接于该第二前馈互导级的反相输入端和接收固定的该第二参考电压的第四参考结点之间；第三电容，耦接于该第三电阻和该第二放大级的非反相输入端之间；以及第四电容，耦接于该第四电阻和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王麒云，楼志宏，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71