專利名稱：一種抵消前饋通路的密勒補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于運算放大器領(lǐng)域，具體涉及一種抵消前饋通路的密勒補償方法。
背景技術(shù)：
運算放大器通常作為信號運算以及反饋系統(tǒng)的基本元件，其穩(wěn)定性影響著系 統(tǒng)的性能。由于組成運算放大器的基本部件都具有寄生電容或者電感，因而運算 放大器輸出相對于輸入將會有相移。對于一個普通的二級運算放大器的傳遞函數(shù) 可表示如下
H (s) =Av/(s+pl)(s+p2) 其中Av表示直流增益，pl為主極點，p2為次極點，在每一個極點會使增益 按20dB/10倍頻程下降，而每個極點最終會產(chǎn)生90度的相移。當(dāng)運算放大器運用 于負反饋控制系統(tǒng)中時，如果傳遞函數(shù)的增益隨頻率變化，單位增益之前，由于 極點所引起的相移超過180度以上，系統(tǒng)將振蕩，也就是不穩(wěn)定。通常一個穩(wěn)定 系統(tǒng)是具有小于135度的相移，也可以說至少需要45度以上的相位裕度。
為了得到穩(wěn)定的系統(tǒng)，常常引入頻率補償，最常見的二級運算放大器補償方 法為密勒補償，如圖1所示，GM1是第一增益級跨導(dǎo)，而GM2是第二增益級跨導(dǎo)， Rl為第一增益級輸出電阻，RL是負載電阻，CL是負載電容， CC便是密勒電容。 其主要原理是第一個極點和第二個極點分離，即使第一個極點到更低的頻率，而 第二個極點也不在單位增益帶寬內(nèi)。如圖l所示的電路中的第一個極點可表示為-
pl=l/(2*pi*Rl*GM2*RL*CC) p2=GM2〃2*pi*CL) 同時，因為CC的前饋作用，會產(chǎn)生一個右平面零點
Z=-GM2/CC
右平面零點產(chǎn)生相移90度，將影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，為了減小其影響通常增加GM2， 即增加輸出級電流，這將增加功耗。為了消除右平面零點的影響，出現(xiàn)了許多方 法，方法1是可加一個電阻與CC串聯(lián)，方法2也可阻止CC的前饋作用，如圖2 所示。如圖2所示的電路在CC與X相連的地方連接一放大器A，該放大器的單向傳
輸作用使得cc僅處于反饋通路上，而并沒有形成前饋通路。這樣有效的消除前饋
通路，也就消除了右平面零點。
圖2中所示電路的結(jié)構(gòu)中，A輸入端一般為P型或者N型器件。如圖3所示為 +A的兩種較為普遍結(jié)構(gòu)，當(dāng)+A選擇圖3 (a)所示結(jié)構(gòu)，那么輸出擺幅為 VGS(M1)+VDSAT(M2)到VDD。相應(yīng)地，如果采用圖3 (b)所示電路，那么輸出擺幅 為GND到VDD-VGS(M4)-VDSAT(M3)，因此達不到RAIL-TO-RAIL的擺幅。當(dāng)超出這 些范圍時，圖3 (a)或者(b)所示結(jié)構(gòu)將不會正常工作，補償就不起作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了一種抵消前饋通路的密勒補償方法，運 用該密勒補償方法，能夠?qū)崿F(xiàn)rail-to-rail的輸出范圍，而不影響系統(tǒng)穩(wěn)定。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種抵消前饋通路的密勒補償方法，是通過放大器A1實現(xiàn)補償支路，該方法 中包括第一級增益級放大器和第二級增益級放大器，放大器A1輸入與第二級增益 級放大器輸出連接，其特征在于設(shè)置另一個包含放大器A2的補償支路，放大器 A2的輸入級與所述放大器Al為對偶關(guān)系，即當(dāng)Al為n型輸入時，那么A2的輸入 級是p型；若Al為p型輸入，則A2的輸入級是n型。
所述兩個增益級放大器串聯(lián)，組成運算放大器。
所述第一級增益放大器由第一增益級跨導(dǎo)GM1和第一增益級輸出電阻Rl組 成，所述第二級增益放大器由第二增益級跨導(dǎo)GM2和第二增益級輸出電阻RL組成。
根據(jù)上述方法中的兩個補償支路，當(dāng)運算放大器的輸出較高時，p型輸入的放 大器不工作，n型輸入的放大器工作；或者，當(dāng)運算放大器的輸出較低時，n型輸 入的放大器不工作，p型輸入的放大器工作；或者，當(dāng)運算放大器的輸出為中間值 時，n型輸入的放大器和p型輸入的放大器同時工作，從而保證補償作用。
因為對于傳統(tǒng)的抵消前饋通路補償方法中，僅僅存在一個p型輸入或者n型 輸入的放大器A1，該放大器輸入為運算放大器的輸出，輸出連接于補償電容CC。 當(dāng)運算放大器輸出較高或者較低的情況下，那么p型輸入或者n型輸入的放大器A 將不會正常工作，而讓補償失去作用。所以為了能夠讓運算放大器的輸出在較高 或者較低的電壓下(即rail-to-rail的輸出范圍)，也能夠穩(wěn)定，需要在原有的 補償基礎(chǔ)上增加一路補償支路。所述第一級增益放大器與兩個補償支路放大器A1、 A2的輸出之間分別連接有 補償電容CC1、 CC2，放大器A1、 A2的輸入是所述運算放大器的輸出，放大器A1 的輸出與CC1的一端連接，CC1的另一端連接第一級增益級的輸出，放大器A2的 輸入與第二級增益級放大器的輸出連接，A2的輸出與CC2的一端連接，CC2的另 一端連接第一級增益級輸出。
所述n型和p型的形式是各種M0S器件或者雙極器件。
本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明可以使得抵消前饋通路的密勒補償方法能夠?qū)崿F(xiàn)rail-to-rail的輸出 范圍，而不影響系統(tǒng)穩(wěn)定；該方法是針對補償電路中A的輸入端不僅僅是n或者p 型輸入，而是n型和p型輸入的同時作用。


圖1為傳統(tǒng)的密勒補償電路結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為傳統(tǒng)的密勒補償電路結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為傳統(tǒng)方法器+A的兩種較為普遍結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為本發(fā)明的原理示意圖
圖5為本發(fā)明設(shè)置輸出為0. 5V的頻率響應(yīng)BODE圖 具體實施例
如圖4所示， 一種抵消前饋通路的密勒補償方法，是通過放大器A1實現(xiàn)補償 支路，該方法中包括第一級增益級放大器和第二級增益級放大器，放大器A1輸入 與第二級增益級放大器輸出連接，還設(shè)置有另一個包含放大器A2的補償支路，放 大器A2的輸入級與所述放大器Al為對偶關(guān)系，即當(dāng)Al為n型輸入時，那么A2 的輸入級是p型；若Al為p型輸入，則A2的輸入級是n型。
所述兩個增益級放大器串聯(lián)，組成運算放大器。
所述第一級增益放大器由第一增益級跨導(dǎo)GM1和第一增益級輸出電阻Rl組 成，所述第二級增益放大器由第二增益級跨導(dǎo)GM2和第二增益級輸出電阻RL組成。
根據(jù)上述方法中的兩個補償支路，當(dāng)運算放大器的輸出較高時，p型輸入的放 大器不工作，n型輸入的放大器工作；或者，當(dāng)運算放大器的輸出較低時，n型輸 入的放大器不工作，p型輸入的放大器工作；或者，當(dāng)運算放大器的輸出為中間值 時，n型輸入的放大器和p型輸入的放大器同時工作，從而保證補償作用。
如圖2所示，因為對于傳統(tǒng)的抵消前饋通路補償方法中，僅僅存在一個p型輸入或者n型輸入的放大器Al，該放大器輸入為運算放大器的輸出，輸出連接于 補償電容CC。當(dāng)運算放大器輸出較高或者較低的情況下，那么p型輸入或者n型 輸入的放大器A將不會正常工作，而讓補償失去作用。所以為了能夠讓運算放大 器的輸出在較高或者較低的電壓下(即rail-to-rail的輸出范圍)，也能夠穩(wěn)定， 需要在原有的補償基礎(chǔ)上增加一路補償支路。
所述第一級增益放大器與兩個補償支路放大器A1、 A2的輸出之間分別連接有 補償電容CC1、 CC2，放大器A1、 A2的輸入是所述運算放大器的輸出，放大器A1 的輸出與CC1的一端連接，CC1的另一端連接第一級增益級的輸出，放大器A2的 輸入與第二級增益級放大器的輸出連接，A2的輸出與CC2的一端連接，CC2的另 一端連接第一級增益級輸出。
所述n型和p型的形式是各種M0S器件或者雙極器件。
如圖5所示，(a)為圖2中A僅用n型輸入的相位裕度，當(dāng)輸出低于0. 87V 時，相位裕度開始低于45度；(b)為圖2中僅用p型輸入時的相位裕度，當(dāng)輸出 高于2.63時，相位裕度幵始低于45度；(c)則為本發(fā)明電路中的相位裕度，圖 顯示，在輸出范圍為0.2V 3. 1V的范圍內(nèi)，相位裕度保持在60度以上。
權(quán)利要求
1、一種抵消前饋通路的密勒補償方法，通過放大器A1實現(xiàn)補償支路，該方法中包括第一級增益級放大器和第二級增益級放大器，放大器A1輸入與第二級增益級放大器輸出連接，其特征在于設(shè)置另一個包含放大器A2的補償支路，放大器A2的輸入級與所述放大器A1為對偶關(guān)系，即當(dāng)A1為n型輸入時，那么A2的輸入級是p型；若A1為p型輸入，則A2的輸入級是n型。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抵消前饋通路的密勒補償方法，其特征在于所 述兩個增益級放大器串聯(lián)，組成運算放大器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抵消前饋通路的密勒補償方法，其特征在于所 述第一級增益放大器由第一增益級跨導(dǎo)GM1和第一增益級輸出電阻Rl組成，所述 第二級增益放大器由第二增益級跨導(dǎo)GM2和第二增益級輸出電阻RL組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種抵消前饋通路的密勒補償方法，其特征在于當(dāng) 運算放大器的輸出較高時，P型輸入的放大器不工作，n型輸入的放大器工作；或 者，當(dāng)放大器的輸出較低時，n型輸入的放大器不工作，p型輸入的放大器工作； 或者，當(dāng)放大器的輸出為中間值時，n型輸入的放大器和p型輸入的放大器同時工 作，從而保證補償作用。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述一種抵消前饋通路的密勒補償方法，其特征在于 所述第一級增益放大器與兩個補償支路放大器A1、 A2的輸出之間分別連接有補償 電容CC1、 CC2，放大器A1、 A2的輸入是所述運算放大器的輸出，放大器A1的輸 出與CC1的一端連接，CC1的另一端連接第一級增益級的輸出，放大器A2的輸入 與第二級增益級放大器的輸出連接，A2的輸出與CC2的一端連接，CC2的另一端 連接第一級增益級輸出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種抵消前饋通路的密勒補償方法，其特征在于 所述n型和p型的形式是各種M0S器件或者雙極器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抵消前饋通路的密勒補償方法，是通過放大器A1實現(xiàn)補償支路，該方法中包括第一級增益級放大器和第二級增益級放大器，放大器A1輸入與第二級增益級放大器輸出連接，還設(shè)置有另一個包含放大器A2的補償支路，放大器A2的輸入級與所述放大器A1為對偶關(guān)系，即當(dāng)A1為n型輸入時，那么A2的輸入級是p型；若A1為p型輸入，則A2的輸入級是n型；本發(fā)明可以使得抵消前饋通路的密勒補償方法能夠?qū)崿F(xiàn)rail-to-rail的輸出范圍，而不影響系統(tǒng)穩(wěn)定；該方法是針對補償電路中A的輸入端不僅僅是n或者p型輸入，而是n型和p型輸入的同時作用。
文檔編號H03F1/08GK101626219SQ200910060379
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者黃俊維 申請人:和芯微電子(四川)有限公司