使用接地电容增进共模回授稳定性的方法技术

本发明专利技术提供一种共模回授电路，藉由增加补偿单元来补偿具有共模回授电路的放大器，使放大器的频率响应具有两个极点与一个零点，不但不牺牲放大器的增益值，且改善了相位边际与增加电路的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种放大器，特别是涉及一种具有共模回授(common-mode feedback)电路的放大器。
技术介绍
一般具有回授电路的全差动运算放大器(fully differential operational amplifier),其回授电路只能决定全差动运算放大器的差动输出电压 (differential output voltage)大小，而不能影响其共模输出电压，因此，全差 动运算放大器需要一个额外电路来控制共模输出电压，使该共模输出电压Vcm。趋近于一参考电压值(通常为二个工作电压的中间值)，请参考图1，图 1为具有共模回授电路的全差动运算放大器100,其包含全差动运算放大器110，共模检测器120，以及共模回授放大器130。而共模检测器120，以及 共模回授放大器130构成一共模回授电路，其详细操作原理，请参考Gray.et al， "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" 4th Ed,2001,wiley. PP.816-835以及Razavi, "Design of Analog CMOS Integrated Circuits" 2001，McG匿Hill. PR314-324.。由于具有共模回授电路的全差动运算放大器100必须做适当的补偿，否则，当共模输出电压Vem。被参入噪声之后，易导致共模输出电压V画产生震荡(oscillate)现象，以下介绍两种常见的共模回授电路的补偿方式，第 一种补偿方式是采用源级退化(source degeneration)方式，通过在共模回授放 大器130的二个输入端的两晶体管，增加一电阻，藉由降低共模回授放大 器130的增益来增加其稳定性，第二种补偿方式是将全差动运算放大器110 的控制电流的电流量减少为原来的1/N倍(N为正整数，N>>1)，来增加整体 电路的稳定性，请参考图2，图2为利用此两种补偿方式的共模回授电路， 补偿前与补偿后的放大器频率响应比较图，由图可知，此两种补偿方式会使得补偿后的频率响应牺牲增益，以换取整体电路的稳定性。
技术实现思路
有鉴于上述问题，本专利技术的主要目的之一在于提供一种共模回授电路 的补偿装置，使补偿后的整体电路的频率响应，相较于补偿前的频率响应， 增加了一个极点与一个零点，不但使增益值维持不变，并改善了相位边际 以及增加电路的稳定性。为实现上述的目的，本专利技术披露了一种放大器，包含一运算放大器， 具有 一 第 一输出端及一 第二输出端，用来放大一输入讯号并输出 一输出讯号； 一共模检测器，耦接至该第一、第二输出端，用来检测该输出讯号的 一共模输出电压；以及一共模回授放大器，包含 一第一晶体管，用来接 收该共模输出电压； 一第二晶体管，用来接收一参考电压；以及一第一补 偿电容，用来补偿该放大器。附图说明图1为已知具有共模回授电路的的全差动运算放大器。图2为已知共模回授电路的补偿前与补偿后，放大器的频率响应比较图。图3为本专利技术共模回授电路的补偿前与补偿后，放大器的频率响应比 较图。图4为本专利技术第一实施例的放大器。 图5为本专利技术第二实施例的放大器。 图6为本专利技术第三实施例的放大器。 图7为本专利技术第四实施例的放大器。 图8为本专利技术第五实施例的放大器。附图符号说明100、 400、 500、 600、 700、 800》文大器 120、 420共模检测器130、 430、 530、 630、 730、 830共才莫回4受方文大器 440、 540、 640、 740、 840共模回授电路 431电流源110全差动运算放大器432、 433 PMOS晶体管434、 435 NMOS晶体管d、 C2、 C3电容R、 R,、 R2、 113电阻Z,、 Z2、 Z3、 Z4、 Z5补偿单元具体实施例方式图3显示本专利技术共模回授电路的补偿前与补偿后的频率响应比较图， 补偿前的频率响应曲线原本有两个极点P,、 P2,若要共模回授电路的频率 响应的增益值维持不变，可藉由增加一个极点P3与一个零点N,来改善相位 边际以及增加电路的稳定性，如图3中补偿后频率响应曲线共具有两个极 点P,、 P3与一个零点NP而补偿前的极点P2已被移动至更高频的部份。因 此，本专利技术利用一个额外的补偿电路来达到产生极点P3与零点N,的目的， 而实施该补偿电路是由电容、电阻组合而成，如以下的五个实施例。请参考图4，图4为本专利技术第一实施例的放大器，放大器400包含一全 差动运算放大器110, —共模检测器420，共模回授放大器430,以及一补 偿单元Z,，其中，共模检测器420,以及共模回授放大器430形成一共模回 授电路440,全差动运算放大器110为两级式运算放大器(Two Stage OP Amplifier),用来放大一输入讯号Vin以输出 一差动讯号(V。n-V。p),共模检测 器420包含两相同电阻值的电阻R。两相同电容值的电容Cp其用来检测 全差动运算放大器110的两输出端V。n、 V。p的共模输出电压(V,= (V。n+V叩)/2),而共模回授放大器430,包含一电流源431, 二个PMOS晶体 管432、 433、 二个NMOS晶体管434、 435。电流源431用来提供一电流至 该共模回授放大器430，该共模回授放大器430藉由晶体管433接收一参考电压Vref以及藉由晶体管432接收该共模输出电压Vc以产生一控制讯号(晶体管432漏极端的讯号)至该全差动运算放大器110，该控制讯号用来调整该共模输出电压Vcm。使得共模输出电压V加。等于该参考电压Vref。而本专利技术的第一实施例，其补偿单元Zi为一补偿电容C2，耦接至晶体管432的 栅极与工作电压Vss之间，用来补偿该放大器400。共模回授放大器430在 增加补偿电容C2之后，所新产生的极点&与零点Ni,可由以下的转移函 数(tmnsfer function沐表示7<formula>formula see original document page 8</formula>其中，零点N,频率CONf」—，极点P3频率COp产根据上述的转移函数T(s)可知，藉由调整补偿电容C2的电容值，可以使得零点N,频率C0N1高于极点P3频率(Op3数倍，而补偿电容C2的电容值越大，相位边际越佳，代表放大器400越稳定。另外，零点Nt频率co^与极 点P3频率C0p3的位置必须位于补偿前曲线的单一增益(unit gain)频率之前才 有意义。参考图5，图5为本专利技术第二实施例的放大器500,本实施例与第一实 施例不同的地方在于，共模回授放大器530,在于二个节点E、F(晶体管432、 433的漏极)之间增加了一补偿单元Z2以补偿共模回授放大器530，而补偿 单元Z2包含二个补偿电容C3与一个补偿电阻R2。补偿前的共模回授放大 器530的增益Avl=gmrQ,其中，gm、 r。分别为PMOS晶体管432的电导 (conductance)与NMOS晶体管434输出电阻。而增加补偿单元Z〗之后的共 模回授放大器530的增益<formula>formula see original docume本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大器，包含：　一运算放大器，具有一第一输出端及一第二输出端，用来放大一输入讯号并输出一输出讯号；　一共模检测器，耦接至该第一、第二输出端，用来检测该输出讯号的一共模输出电压；以及　一共模回授放大器，用来依据一参考电压 以产生一控制讯号至该运算放大器，包含：　一第一晶体管，用来接收该共模输出电压；　一第二晶体管，用来接收该参考电压；以及　一第一补偿电容，用来补偿该放大器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝政，冯介民，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]