一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术

一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术

《现代电子技术》2008年第5期总第268期　 电子技术应用

一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术

潘　宇,吴　琨

(西安电子科技大学　陕西西安　710071)

摘　要:给出一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术,用这种间接反馈补偿技术设计的CMOS运算放大器与

(Miller)直接补偿相比,具有高速、低功耗、很高的电源抑制比优点,并极大地减小了版图尺寸。通过电路级仿真,对两种反

馈补偿技术进行比较,结果验证了间接反馈补偿技术的优越性。

关键词:电源抑制比;间接反馈补偿;Miller补偿;运算放大器

中图分类号:TN72217+7　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:10042373X(2008)052155202

ANewTechniqueofIndirectFeedbackCompensationinCMOS2OpAmp

PANYu,WUKun

(XidianUniversity,Xi′an,710071,China)

Abstract:ThepaperpresentsthedesignofCMOSop2ampsusingtechnique.Theindirectfeedbackcompensationresultsinmuchfasterandlowpowerop2sizeandbetterpowersupplynoiserejectionthandirectfeedbackcompensation(.

Keywords:PSRR;indirectfeedback1　引　言

运算放大器是其中非常重要的模块。过去都是用Miller电容补偿技术对CMOS运算放大器进行补偿[1],然而,由于补偿电容Cc会在右半平面(RHP)产生一个零点,这个零点会使相位余度减小,因此必须用大的补偿电容Cc对CMOS运算放大器进行补偿。这样,大的补偿电容会导致运放的单位增益降低,当负载电容Cl大小与Cc相当时,运放的稳定性急剧下降[2]。

本文给出间接反馈补偿技术细节设计,这种技术能使运放速度更快,同时极大减少版图面积,图1给出用直接

Miller补偿技术的运放,运放是在CMOS0.5工艺下的设

道电流可以表示为:iC=vout/(1/jwCc)。电流间接注入输

c

出端,使得极点转移,补偿实现,同时产生零点。只要避免电流直接流入输出端,

这个零点就可以消失。

图2　偏置电路

避免直接流入输出端的补偿电流可以通过如下几种方法产生:共用运放栅极;采用cascode结构;串接一个工作在线性区的三级管。如图3所示,反馈电流通过内部低阻抗节点vx流入输出端,这种低阻抗节点由两个串接管构成,其中一个工作在线性区。因此零点可以避免。图3(b)为拓扑结构,这种结构使补偿电容与电源到地的噪声隔离,因此运放具有很高的电源抑制比[3]。

如图4给出运放的小信号频域响应模型,用他来算出运放的间接反馈频率响应方程。节点①的方程为:

-gm1vs+

R1∥

计完成。偏置电路如图2所示

。

图1　直接反馈补偿

2　间接反馈补偿

两级直接反馈补偿运放中,通过反馈补偿电容Cc,通

收稿日期:2007207216

sc1

+

gmc

+

sc1

=0(1)

　　1/gmc是从vx节点看进去的阻抗。由节点2得:

vout=-gm2v1x2

(2)

155

一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术

电子技术

l

潘　宇等:一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术

增益下可以考虑用更大的负载电容,在同样值的电源下,所用面积更小。

当采用间接补偿技术时,补偿电容可以减小4～10倍[4,5]。同时,间接补偿电路是一个低功耗电路所以对推动f2远离fun的要求不高。

1+

f

3

其中:x2=R2∥xc∥(Rc+xc)是节点②的总阻抗,Rc=

1/gmc。解方程(1),(2)可以得到运放的频率响应:

=vS

-Av1+

1+

f

1

1+

f

2

　　其中:　fz=

　f2=

;f1=πCc22gm2R1R2πCc

;f3=

2(R1C

2+RcCc)

πcl2(R1C1CcRc)πCl

图6　图7,很明显,间接反馈补

图3　反馈补偿电路图

图4　小信号频域响应模型图7　补偿时间

2

单位增益带宽为

funλf1Av=

gmR1gmR2

。直接与π2gmR1CcRc

12

3　结　语

间接反馈补偿是一个实用性、高效性很强的技术,用这种技术对运放进行补偿可以提高运放的速度,减小运放的版图面积。同时这种间接反馈补偿可以运用于三级运放中。

参　考　文　献

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间接补偿电路的频率响应如图5,图6所示。

图5　直接反馈补偿频率响应图

左极点fz增加了相位余度与运放速度。通过Cc,相位高速转换。这使得输出信号值反馈回节点①处,形成正反馈。

这个正反馈增加了运放的速度,而第二主极点f2为高频极点,他对运放的稳定性影响不大。在满足相位余度与156

京:机械工业出版社,2006.