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  • 一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术
    http://www.ic72.com 发布时间:2009/2/25 8:57:39

        1 引 言

        现代集成电路模块中,CMOS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,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Ct大小与Cc相当时,运放的稳定性急剧下降。

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        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CMOS 0.5工艺下的设计完成。偏置电路如图2所示。

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        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,通道电流可以表示为:iC=vout/(1/jωCc)。电流间接注入输出端,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。

        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。

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        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:

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        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。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。

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        图7给出两者的建立时间比较,很明显,间接反馈补偿比直接反馈建立时间快很多。

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        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。


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