一種應用于ＣＭＯＳ運放的高速間接反饋補償技術

摘 要：給出一種應用于CMOS運放的高速間接反饋補償技術，用這種間接反饋補償技術設計的CMOS運算放大器與(Miller)直接補償相比，具有高速、低功耗、很高的電源抑制比優點，并極大地減小了版圖尺寸。通過電路級仿真，對兩種反饋補償技術進行比較，結果驗證了間接反饋補償技術的優越性。

關鍵詞：電源抑制比；間接反饋補償；Miller補償；運算放大器

中圖分類號：TN722-7+7 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0515502

A New Technique of Indirect Feedback Compensation in CMOS-Op Amp

PAN Yu，WU Kun

(Xidian University，Xi′an，710071，China)

Abstract：The paper presents the design of CMOS op-amps using indirect feedback compensation technique.The indirect feedback compensation results in much faster and low power op-amps，significant reduction in the layout size and better power supply noise rejection than direct feedback compensation(Miller).

Keywords：PSRR;indirect feedback compensation;Miller compensation;op-amp

1 引 言

現代集成電路模塊中，CMOS運算放大器是其中非常重要的模塊。過去都是用Miller 電容補償技術對CMOS運算放大器進行補償^[1]，然而，由于補償電容Cc會在右半平面(RHP)產生一個零點，這個零點會使相位余度減小，因此必須用大的補償電容Cc對CMOS運算放大器進行補償。這樣，大的補償電容會導致運放的單位增益降低，當負載電容Cl大小與Cc相當時，運放的穩定性急劇下降^[2]。

本文給出間接反饋補償技術細節設計，這種技術能使運放速度更快，同時極大減少版圖面積，圖1給出用直接Miller補償技術的運放，運放是在CMOS 0.5工藝下的設計完成。偏置電路如圖2所示。

2 間接反饋補償

兩級直接反饋補償運放中，通過反饋補償電容Cc，通道電流可以表示為：iCc=vout/(1/jwCc)。電流間接注入輸出端，使得極點轉移，補償實現，同時產生零點。只要避免電流直接流入輸出端，這個零點就可以消失。

避免直接流入輸出端的補償電流可以通過如下幾種方法產生：共用運放柵極；采用cascode結構；串接一個工作在線性區的三級管。如圖3所示，反饋電流通過內部低阻抗節點vx流入輸出端，這種低阻抗節點由兩個串接管構成，其中一個工作在線性區。因此零點可以避免。圖3(b)為拓撲結構，這種結構使補償電容與電源到地的噪聲隔離，因此運放具有很高的電源抑制比^[3]。

如圖4給出運放的小信號頻域響應模型，用他來算出運放的間接反饋頻率響應方程。節點①的方程為：

左極點fz增加了相位余度與運放速度。通過Cc，相位高速轉換。這使得輸出信號值反饋回節點①處，形成正反饋。這個正反饋增加了運放的速度，而第二主極點f2為高頻極點，他對運放的穩定性影響不大。在滿足相位余度與[LL]增益下可以考慮用更大的負載電容，在同樣值的電源下，所用面積更小。當采用間接補償技術時，補償電容可以減小4~10倍^[4，5]。同時，間接補償電路是一個低功耗電路所以對推動f2遠離fun的要求不高。

3 結 語

間接反饋補償是一個實用性、高效性很強的技術，用這種技術對運放進行補償可以提高運放的速度，減小運放的版圖面積。同時這種間接反饋補償可以運用于三級運放中。

參考文獻

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”