本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種全差分放大器。

背景技術(shù)：

全差分運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)均為差分信號(hào)，由于其在噪聲、電壓擺幅、帶寬頻率和單位增益等方面都顯示出較好的優(yōu)越性，所以全差分的形式便經(jīng)常成為高性能的代名詞。傳統(tǒng)的差分放大器常見(jiàn)的有單級(jí)和兩級(jí)差分放大器，而單級(jí)全差分運(yùn)放還可以分成簡(jiǎn)單的全差分、套筒式共源-共柵和折疊式共源-共柵這三種結(jié)構(gòu)。

(1)如圖1所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)差分放大器，vdd表示電源電壓，m1和m2構(gòu)成輸入差分對(duì)，m3和m4構(gòu)成負(fù)載，這種放大器的增益表示為：

av≈gm1(ro1||ro3)

其中：gm1表示輸入管m1跨導(dǎo)，ro1和ro3表示m1和m3管的輸出電阻。

(2)在模擬電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，共源-共柵結(jié)構(gòu)的運(yùn)算放大器是應(yīng)用最廣泛的一種，其能在保持頻率特性?xún)?yōu)秀的前提下，實(shí)現(xiàn)電壓增益的最大化。選擇這種結(jié)構(gòu)的目的，大多數(shù)都是為了盡可能大的提高增益。共源-共柵結(jié)構(gòu)的運(yùn)算放大器主要分為套筒式和折疊式兩種。套筒式共源-共柵運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，對(duì)比于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)運(yùn)放，套筒式共源-共柵結(jié)構(gòu)增加了兩對(duì)nmos管，使得運(yùn)放增益得到相當(dāng)大的改善。該電路中輸入管的跨導(dǎo)仍為gm1，輸入阻抗約增大為(gm4ro4)ro2||(gm6ro6)ro8，由此可以得到該電路的增益為：av≈gm1[(gm4ro4)ro2||(gm6ro6)ro8]，由此可見(jiàn)套筒式結(jié)構(gòu)要比簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的增益提高許多。

如果對(duì)單級(jí)套筒式結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)增益還是不夠的話(huà)就需要增加一級(jí)采用兩級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)，對(duì)兩級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)其增益等于前后兩級(jí)運(yùn)放的增益乘積，這樣可以有效的提升運(yùn)放的增益，如圖3所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的兩級(jí)運(yùn)放電路結(jié)構(gòu)。但兩級(jí)運(yùn)放通常穩(wěn)定性較差，即相位裕度較低，這時(shí)候通常需要使用穩(wěn)定性補(bǔ)償技術(shù)來(lái)使其穩(wěn)定，一般采用米勒補(bǔ)償技術(shù)，即在運(yùn)放的第一級(jí)輸出和第二級(jí)輸出之間跨接一個(gè)電容從而調(diào)整整個(gè)電路的主極點(diǎn)和次級(jí)極點(diǎn)之間的位置起到提高相位裕度的效果，如圖3中的電容cc，但是這種補(bǔ)償會(huì)增加一個(gè)右半平面零點(diǎn)，這是通過(guò)米勒電容的前饋路徑得到的，右半平面零點(diǎn)增加了相移，但是幅度是增加的，會(huì)導(dǎo)致相位裕度減小，要轉(zhuǎn)移或者抵消這個(gè)零點(diǎn)需要用到其他的技術(shù)，如添加調(diào)零電阻等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)需穩(wěn)定性補(bǔ)償?shù)膬杉?jí)全差分放大器。本發(fā)明不使用額外的補(bǔ)償技術(shù)來(lái)補(bǔ)償穩(wěn)定性，而是通過(guò)調(diào)節(jié)電路中的管子尺寸來(lái)提高電路的相位裕度，對(duì)電路的帶寬影響較小并且不引入額外的零極點(diǎn)，相比傳統(tǒng)的密勒補(bǔ)償兩級(jí)運(yùn)放降低了電路復(fù)雜度并降低了功耗。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種無(wú)需穩(wěn)定性補(bǔ)償?shù)膬杉?jí)全差分放大器，包括具有兩個(gè)輸出端的第一級(jí)電路和具有兩個(gè)輸入端的第二級(jí)電路，第一級(jí)電路的輸出端分別與第二級(jí)電路的輸入端連接，所述第一級(jí)電路包括mos管m9～mos管m15；所述mos管m9的源極接地，mos管m9的漏極分別與mos管m10的源極、mos管m11的源極連接，mos管m10的漏極分別與mos管m12的漏極、mos管m15的源極連接，mos管m11的漏極分別與mos管m13的漏極、mos管m14的源極連接，mos管m12的源極、mos管m13的源極、mos管m14的漏極和mos管m15的漏極分別與電源vdd連接，mos管m12的柵極與mos管m13的柵極連接，mos管m10的漏極、mos管m11的漏極分別與第二級(jí)電路的輸入端連接，mos管m10的柵極與mos管m11的柵極分別作為第一級(jí)電路的兩個(gè)輸入端。

進(jìn)一步，所述第二級(jí)電路包括mos管m16～mos管m29，所述mos管m16的源極與電源vdd連接，mos管m16的漏極與mos管m18的源極連接，mos管m18的漏極與mos管m20的源極連接，mos管20的漏極與mos管m22的源極連接，mos管m22的源極與mos管m24的漏極連接，mos管m24的源極與mos管m26的漏極連接，mos管m26的源極與mos管m28的漏極連接，mos管m28的源極接地；所述mos管m17的源極與電源vdd連接，mos管m17的漏極與mos管m19的源極連接，mos管m19的漏極與mos管m21的源極連接，mos管21的漏極與mos管m23的漏極連接，mos管m23的源極與mos管m25的漏極連接，mos管m25的源極與mos管m27的漏極連接，mos管m27的源極與mos管m29的漏極連接，mos管m29的源極接地；所述mos管m16的柵極與mos管m17的柵極連接，mos管m18的柵極與mos管m19的柵極連接，mos管m20的柵極與mos管m21的柵極連接，mos管m22的柵極與mos管m23的柵極連接，mos管m24的柵極與mos管m25的柵極連接，mos管m26的柵極與mos管m27的柵極連接，mos管m28的柵極與mos管m29的柵極連接，所述mos管m26的柵極與mos管m2的源極連接，mos管m27的柵極與mos管m3的源極連接，mos管m20的源極、mos管m21的源極分別作為放大器的兩個(gè)輸出端。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

與傳統(tǒng)的兩級(jí)全差分運(yùn)放相比，本發(fā)明沒(méi)有使用米勒補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性補(bǔ)償，而是通過(guò)改變電路結(jié)構(gòu)和管子尺寸的方式直接改變極點(diǎn)位置來(lái)改善相位裕度，提高電路穩(wěn)定性，并且相對(duì)傳統(tǒng)電路來(lái)說(shuō)，增益高電路復(fù)雜度低。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：

圖1為簡(jiǎn)單的全差分運(yùn)放結(jié)構(gòu)；

圖2為套筒式共源-共柵運(yùn)算放大器；

圖3為一個(gè)簡(jiǎn)單的兩級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)；

圖4為本發(fā)明的兩級(jí)運(yùn)放電路結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)電路的電路圖；

圖5為本發(fā)明的兩級(jí)運(yùn)放電路結(jié)構(gòu)中的第二級(jí)電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)如圖4、5所示，一種無(wú)需穩(wěn)定性補(bǔ)償?shù)膬杉?jí)全差分放大器，包括具有兩個(gè)輸出端的第一級(jí)電路和具有兩個(gè)輸入端的第二級(jí)電路，第一級(jí)電路的輸出端分別與第二級(jí)電路的輸入端連接，第一級(jí)的增益較低，第二級(jí)是一個(gè)兩級(jí)套筒，增益較高。

所述第一級(jí)電路包括mos管m9～mos管m15；所述mos管m9的源極接地，mos管m9的漏極分別與mos管m10的源極、mos管m11的源極連接，mos管m10的漏極分別與mos管m12的漏極、mos管m15的源極連接，mos管m11的漏極分別與mos管m13的漏極、mos管m14的源極連接，mos管m12的源極、mos管m13的源極、mos管m14的漏極和mos管m15的漏極分別與電源vdd連接，mos管m12的柵極與mos管m13的柵極連接，mos管m10的漏極、mos管m11的漏極分別與第二級(jí)電路的輸入端連接，mos管m10的柵極與mos管m11的柵極分別作為第一級(jí)電路的兩個(gè)輸入端。

所述第二級(jí)電路包括mos管m16～mos管m29，所述mos管m16的源極與電源vdd連接，mos管m16的漏極與mos管m18的源極連接，mos管m18的漏極與mos管m20的源極連接，mos管20的漏極與mos管m22的源極連接，mos管m22的源極與mos管m24的漏極連接，mos管m24的源極與mos管m26的漏極連接，mos管m26的源極與mos管m28的漏極連接，mos管m28的源極接地；所述mos管m17的源極與電源vdd連接，mos管m17的漏極與mos管m19的源極連接，mos管m19的漏極與mos管m21的源極連接，mos管21的漏極與mos管m23的漏極連接，mos管m23的源極與mos管m25的漏極連接，mos管m25的源極與mos管m27的漏極連接，mos管m27的源極與mos管m29的漏極連接，mos管m29的源極接地；所述mos管m16的柵極與mos管m17的柵極連接，mos管m18的柵極與mos管m19的柵極連接，mos管m20的柵極與mos管m21的柵極連接，mos管m22的柵極與mos管m23的柵極連接，mos管m24的柵極與mos管m25的柵極連接，mos管m26的柵極與mos管m27的柵極連接，mos管m28的柵極與mos管m29的柵極連接，所述mos管m26的柵極與mos管m2的源極連接，mos管m27的柵極與mos管m3的源極連接，mos管m20的源極、mos管m21的源極分別作為放大器的兩個(gè)輸出端。

圖4中，m1和m2是輸入對(duì)管，m3到m6是第一級(jí)的負(fù)載，其中m3和m6并聯(lián)，m4和m5并聯(lián)，因?yàn)楸景l(fā)明的兩級(jí)電路為全差分電路，所以電路兩端是完全對(duì)稱(chēng)等效的，從第一級(jí)的輸出端看進(jìn)去可以知道第一級(jí)的輸出阻抗約為1/gm5(或1/gm6)，在靜態(tài)電流一定的情況下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)m3和m4的管子尺寸大小來(lái)調(diào)節(jié)流過(guò)m5和m6的電流從而調(diào)節(jié)gm5和gm6，從而調(diào)節(jié)輸出阻抗，我們可以在保持主極點(diǎn)即第二級(jí)輸出端的極點(diǎn)穩(wěn)定的情況下通過(guò)調(diào)節(jié)次級(jí)極點(diǎn)的位置來(lái)調(diào)節(jié)相位裕度從而提高電路穩(wěn)定性。

以適當(dāng)?shù)南辔辉６全@得“好的穩(wěn)定度”的重要性可以通過(guò)研究時(shí)域閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)得到最好理解，相位裕量越大，引起的輸出信號(hào)振鈴越小，所以有足夠的相位裕量保證振鈴在可以接受的范圍內(nèi)是很重要的，相位裕量至少要45°，最好是60°。而與相位裕度直接相關(guān)的是電路極點(diǎn)之間的距離，對(duì)一個(gè)兩級(jí)運(yùn)放電路來(lái)說(shuō)，它的主極點(diǎn)和次級(jí)極點(diǎn)分別存在于第二級(jí)輸出端和第一級(jí)輸出端，主極點(diǎn)為p1＝-1/r1cl，其中cl為輸出負(fù)載電容，r1為從第二級(jí)輸出端看進(jìn)去的對(duì)地電阻，次級(jí)極點(diǎn)為p2＝-1/r2c2，r2為從第一級(jí)輸出端看進(jìn)去的對(duì)地電阻，c2為從第一級(jí)輸出端看進(jìn)去的對(duì)地電容。對(duì)本次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，從第一級(jí)輸出端看進(jìn)去的對(duì)地電阻為1/gm5(或1/gm6)，而對(duì)地電容則為第二級(jí)的輸入對(duì)管的寄生電容，因此我們可以在保證主極點(diǎn)不動(dòng)的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)1/gm5(或1/gm6)的大小改變次級(jí)極點(diǎn)的位置來(lái)改善總電路的相位裕度。

本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)電路中管子尺寸的方式來(lái)調(diào)節(jié)電路中主極點(diǎn)和次級(jí)極點(diǎn)的位置從而調(diào)節(jié)相位裕度。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。