一种运算放大器制造技术

本申请公开了一种运算放大器，包括输入模块、输出模块、补偿模块和负载响应模块，补偿模块包括与输出模块相连接的补偿电容以及与负载电流同步变化的动态电阻，所述动态电阻与所述补偿电容相连以实现动态零点，负载响应模块分别与补偿电容的上极板和下极板相连接，用于在负载电流发生变化时对补偿电容的上极板和下极板进行快速充电/放电，以减小补偿电容两端的电压从初始电压变化到稳态电压的时间，从而可以迅速的将输出电压拉回到稳态电压，减小环路的响应时间，提高运算放大器在负载范围内的环路稳定的速度，减小输出电压的上冲和下冲，有利于维持输出电压的稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种运算放大器
本专利技术涉及集成电路
，更具体地，涉及一种运算放大器。
技术介绍
电容器是一种可以储存电荷的器件，将两个导体相互靠近，并在二者之间夹一层不导电的绝缘介质，就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。电容器在调谐、旁路、耦合、滤波、补偿等电路中都会起到重要作用。图1示出了现有技术的一种具有驱动能力的运算放大器的电路示意图。如图1所示，运算放大器100包括晶体管Mp1和Mp2、晶体管Mn1至Mn3、以及电流源110和电流源120。晶体管Mp1和Mp2构成差分晶体管对，即晶体管Mp1和Mp2的第一端相互连接，且二者的第一端都连接至电流源110的第二端，电流源110的第一端连接至供电端以接收电源电压Vdd。晶体管Mn1和晶体管Mn2构成电流镜，即晶体管Mn1的控制端和晶体管Mn2的控制端彼此连接，且二者的控制端都连接至晶体管Mn1的第一端，晶体管Mn1的第一端与晶体管Mp1的第二端连接，晶体管Mn2的第一端与晶体管Mp2的第二端连接，晶体管Mn1和晶体管Mn2的第二端都接地。电流源120和晶体管Mn3依次串联连接于供电端和地之间，晶体管Mn3的控制端与晶体管Mn2的第一端连接，晶体管Mn3的第一端用于向后级负载ILOAD提供输出电压Vout。现有的运算放大器通常将晶体管Mp1的控制端与输出电压Vout连接，因单位反馈，所以输出电压Vout的稳态电压等于基准电压VREF。为了提高系统的环路稳定，运算放大器1还包括补偿电容Cc以及一个随负载同步变化的动态电阻，该动态电阻与补偿电容Cc相串联，补偿电容Cc和动态电阻用于得到动态零点，来补偿负载引入的动态极点，以实现全负载范围内的系统稳定。在一般情况下，该动态电阻可以通过与晶体管Mn4实现，晶体管Mn4串联连接在补偿电容Cc的下极板和地之间，晶体管Mn4的控制端与晶体管Mn3的控制端相互连接。由于电容器在稳态时相当于断路，因此晶体管Mn4的第一端和第二端之间因没有电流而没有压差，这样电路环路的稳定时间就由补偿电容的充/放电时间决定。图2a和图2b分别示出了对电容器进行充电的电路示意图和等效电路示意图。图3a和图3b分别示出了对电容器进行放电的电路示意图和等效电路示意图。如图2a和图2b所示，对电容器C1的充电通路包括电容器C1的上极板进行充电的通路和对电容器的下极板进行放电的通路，电容器C1的上极板的充电电流受限于电流源I11提供的电流，电容器C1的下极板的放电电流受限于电流源I12提供的电流。如图3a和图3b所示，对电容器C2的放电通路包括对电容器C2的上极板进行放电的通路和对电容器C2的下极板进行充电的通路，电容器C2的上极板的放电电流受限于电流源I21提供的电流，电容器C2的下极板的充电电流受限于电流源I22提供的电流。此外，电容器的充电和放电过程都满足公式C*(V2-V1)＝I*T，其中，V1为电容器两端的初始电压，V2为电容器两端的稳态电压，C为电容器的电容值。在C和V1/V2都不变的前提下，电容器两端电压由初始电压V1变化到稳态电压V2的时间T取决于电流I。对于充电过程，电流I由电流源I11和电流源I12中的更小值决定；对于放电过程，电流I由电流源I21和电流源I22中的更小值决定。对于图2a，由于电容器C1的下极板直接接地，相当于图2b中的电流源I12无穷大，所以电流I的大小由电流源I11来决定。对于图3a，由于电容器C2的下极板接地，相当于图3b中的电流源I22的电流无穷大，所以电流I的大小由电流源I21来决定。继续参考图1，在现有的运算放大器中，补偿电容Cc的上极板的充电电流由电流源120决定，补偿电容Cc的下极板的放电电流由晶体管Mn4决定。出于功耗和电路稳定性方面的考虑，现有的运算放大器中的电流源110和晶体管Mn4的能力不是很强，继而限制了补偿电容Cc的充/放电时间。所以，现有技术的运算放大器具有稳态响应速度慢、输出电压上冲和下冲大等缺点。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种运算放大器，可以减小补偿电容两端的电压从初始电压变化到稳态电压的时间，减小环路的响应时间，减小输出电压的上冲和下冲，维持输出电压的稳定。根据本专利技术实施例，提供了一种运算放大器，用于将供电端提供的电源电压转换成输出端的输出电压，包括：输入模块，用于将所述输出电压与基准电压进行比较，以获得二者的误差信号；输出模块，与所述输入模块相连接，用于根据所述误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压；补偿模块，包括与所述输出模块相连接的补偿电容以及与负载电流同步变化的动态电阻，所述动态电阻与所述补偿电容相连以实现动态零点；以及负载响应模块，分别与所述补偿电容的上极板和下极板相连接，用于根据所述输出电压提供所述补偿电容的上极板和下极板的快速充电/放电通路。优选地，所述负载响应模块用于将所述输出电压与第一参考电压进行比较，并在所述输出电压大于所述第一参考电压时，提供所述补偿电容的上极板的快速充电通路以及所述补偿电容的下极板的快速放电通路，同时将所述输出电压与第二参考电压进行比较，并在所述输出电压小于所述第二参考电压时，提供所述补偿电容的上极板的快速放电通路以及所述补偿电容的下极板的快速充电通路。优选地，所述负载响应模块包括：第一比较器，正相输入端用于接收所述输出电压，反相输入端用于接收所述第一参考电压，输出端用于提供第一比较信号；第一晶体管，第一端与所述供电端相连接，第二端与所述补偿电容的上极板相连接，控制端受控于所述第一比较信号的反相信号；以及第二晶体管，第一端与所述补偿电容的下极板相连接，第二端接地，控制端受控于所述第一比较信号。优选地，所述负载响应模块还包括：第二比较器，反相输入端用于接收所述输出电压，正相输入端用于接收所述第二参考电压，输出端用于提供第二比较信号；第三晶体管，第一端与所述补偿电容的上极板相连接，第二端接地，控制端受控于所述第二比较信号；以及第四晶体管，第一端与所述补偿电容的下极板相连接，第二端接地，控制端受控于所述第二比较信号。优选地，所述第一参考电压等于所述基准电压与一预设电压的电压和，所述第二参考电压等于所述基准电压与一预设电压的电压差。优选地，所述输入模块包括第一电流源和第五至第八晶体管，其中，所述第一电流源的第一端与所述供电端相连，第五晶体管和第六晶体管构成差分晶体管对，所述第五晶体管和所述第六晶体管的第一端与所述第一电流源的第二端连接，所述第五晶体管的控制端用于接收所述输出电压，所述第六晶体管的控制端用于接收所述基准电压，第七晶体管和第八晶体管构成电流镜，所述第七晶体管和所述第八晶体管的控制端彼此连接，且都连接至所述第七晶体管的第一端，所述第七晶体管的第一端与所述第五晶体管的第二端连接，所述第八晶体管的第一端与所述第六晶体管的第二端连接，所述第七晶体管和所述第八晶体管的第二端接地。优选地，所述输出模块包括依次串联连接于所述供电端和地之间的第二电流源和第九晶体管，其中，所述第九晶体管的控制端受控于所述误差信号，所述第九晶体管的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运算放大器，用于将供电端提供的电源电压转换成输出端的输出电压，其特征在于，包括：/n输入模块，用于将所述输出电压与基准电压进行比较，以获得二者的误差信号；/n输出模块，与所述输入模块相连接，用于根据所述误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压；/n补偿模块，包括与所述输出模块相连接的补偿电容以及与负载电流同步变化的动态电阻，所述动态电阻与所述补偿电容相连以实现动态零点；以及/n负载响应模块，分别与所述补偿电容的上极板和下极板相连接，用于根据所述输出电压提供所述补偿电容的上极板和下极板的快速充电/放电通路。/n

【技术特征摘要】
1.一种运算放大器，用于将供电端提供的电源电压转换成输出端的输出电压，其特征在于，包括：
输入模块，用于将所述输出电压与基准电压进行比较，以获得二者的误差信号；
输出模块，与所述输入模块相连接，用于根据所述误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压；
补偿模块，包括与所述输出模块相连接的补偿电容以及与负载电流同步变化的动态电阻，所述动态电阻与所述补偿电容相连以实现动态零点；以及
负载响应模块，分别与所述补偿电容的上极板和下极板相连接，用于根据所述输出电压提供所述补偿电容的上极板和下极板的快速充电/放电通路。


2.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述负载响应模块用于将所述输出电压与第一参考电压进行比较，并在所述输出电压大于所述第一参考电压时，提供所述补偿电容的上极板的快速充电通路以及所述补偿电容的下极板的快速放电通路，同时
将所述输出电压与第二参考电压进行比较，并在所述输出电压小于所述第二参考电压时，提供所述补偿电容的上极板的快速放电通路以及所述补偿电容的下极板的快速充电通路。


3.根据权利要求2所述的运算放大器，其特征在于，所述负载响应模块包括：
第一比较器，正相输入端用于接收所述输出电压，反相输入端用于接收所述第一参考电压，输出端用于提供第一比较信号；
第一晶体管，第一端与所述供电端相连接，第二端与所述补偿电容的上极板相连接，控制端受控于所述第一比较信号的反相信号；以及
第二晶体管，第一端与所述补偿电容的下极板相连接，第二端接地，控制端受控于所述第一比较信号。


4.根据权利要求3所述的运算放大器，其特征在于，所述负载响应模块还包括：
第二比较器，反相输入端用于接收所述输出电压，正相输入端用于接收所述第二参考电压，输出端用于提供第二比较信号；
第三晶体管，第一端与所述补偿电容的上极板相连接，第二端接地，控制端受控于所述第二比较信号；以及
第四晶体管，第一端与所述补偿电容的下极板相连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁莹莹，张海冰，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11