CN104639076A - 一种低功耗的宽带全差分运算放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低功耗的宽带全差分运算放大器，属于模拟集成电路领域。运放电路采用了一种前馈零点补偿的电路结构。在两级结构放大器的基础上通过额外引入一条输入到输出的前馈路径，在两个极点的基础上形成一个左半平面的零点，对相位进行补偿实现运放的稳定。由于该结构没有采用密勒补偿，所以主极点位置较密勒补偿结构高，更适合低功耗高带宽电路设计。本发明结构简单，在实现宽带应用的要求下所需要的功耗非常的小，能很好满足无线宽带通信系统的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种低功耗的宽带全差分运算放大器，尤其是应用在宽带无线通信收发机的中频电路中，属于模拟集成电路设计领域。
背景技术
由于宽带无线通信的迅速发展，现在收发机的中频电路如滤波器以及ADC电路中的带宽频率一般都会在10MHz以上，有的高速无线通信协议中甚至会达到100MHz的量级，要求较高，因此就要求应用在这些电路中的运算放大器的带宽要比较大。而采用传统的密勒补偿把输出极点向离开原点的方向移动，使两级间的极点向原点移动。采用这中频率补偿的两级运放结构如果其3dB带宽如果要达到10MHz以上的话就需要消耗很大的功耗，一般一个运算放大器消耗的电流会在15mA左右。这对于会采用多个运算放大器的滤波器和ADC的电路，在电流消耗方面显然是不可以接受的。为了满足低功耗设计的要求，本发明提出的运放电路采用了一种前馈零点补偿的电路结构。在两级结构放大器的基础上通过额外引入一条输入到输出的前馈路径，在两个极点的基础上形成一个左半平面的零点，对相位进行补偿实现运放的稳定。由于该结构没有采用密勒补偿，所以主极点位置较密勒补偿结构高，更适合低功耗高带宽电路设计。
发明内容
本发明公开的电路结构主要是实现宽带全差分运算放大器的相位补偿，满足运放稳定性的基础上实现低功耗的要求。
本发明提出的电路包括：作为输入级的第一级主放大器，通过级联方式连接到第一级主放大器输出端的第二级放大电路以及位于第一级主放大器输入端和第二级放大电路输出端之间的前馈频率补偿电路，给尾电流源晶体管M1和第二级放大电路提供偏置电压的偏置电路。
其中第一级主放大器包括：尾电流源晶体管M1的漏极连接到输入晶体管M2M3的源极组成主放大器的输入部分，晶体管M4的漏极连接到晶体管M2的漏极晶体管M5的漏极连接到晶体管M3的漏极构成放大器的负载部分。电阻R1和电容C1并联与电阻R2和电容C2的并联连在一起到晶体管M4和M5的栅极组成共模反馈网络用来设定第一级放大器的输出共模电压。
第二级放大器和前馈补偿电路包括：由晶体管M7和M8的栅极和漏极分别连接到运放的输入端和输出端组成频率补偿的前馈通路，以及由晶体管M9和M11的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M7的负载；晶体管M12和M10的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M8的负载，组成第二级放大电路，电阻R3和电容C3并联与电阻R4和电容C4的并联连在一起到晶体管M6的栅极而M6的漏极再连接到晶体管M7和M8的源极组成共模反馈网络用来设定第二级放大器的输出共模电压。
偏置电路包括：由NMOS晶体管M13和二极管连接的M15的栅极和源极分别相连组成的电流镜，以及二极管连接的PMOS晶体管M14的漏极和栅极连接到晶体管M13的漏极组成。
基于本电路所实现的结构，其优点在于：
(1)低功耗；
(2)运放可以有很大的带宽；
附图说明
图1为本发明提出的低功耗宽带全差分运算放大器实施例的电路结构图一。
图2为本发明提出的低功耗宽带全差分运算放大器实施例的电路结构图二。
具体实施方式
图1和2图解说明电路的具体实施方式如下：尾电流源晶体管M1和输入晶体管M2M3的组成的输入部分，以及放大器的负载晶体管M4和M5。电阻R1，R2和电容C1，C2组成共模反馈网络用来设定第一级放大器的输出共模电压；由连接运放的输入和输出的晶体管M7和M8组成的前馈通路，以及由晶体管M9，M10和M11，M12组成的第二级放大电路负载，电阻R3，R4和电容C3，C4组成的共模反馈网络用来设定第二级放大器的输出共模电压；由NMOS晶体管M13和M15组成的电流镜，以及二极管连接的PMOS晶体管M14组成。图1和图2的区别在于由晶体管M9，M10和M11，M12组成的第二级放大电路连接方式不同，图1中晶体管M9和M11的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M7的负载；晶体管M12和M10的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M8的负载。而图2中的连接方式则是交叉耦合结构，其优点在于阻抗较大。具体的连接如下：晶体管M9和M12的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M7的负载；晶体管M11和M10的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M8的负载。
以上所述本发明的优化电路实施结构，凡依本申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种低功耗的宽带全差分运算放大器，采用CMOS工艺实现，其特征在于包括作为输入级的第一级主放大器、第二级放大电路、前馈补偿电路；第二级放大电路通过级联方式连接到第一级主放大器输出端，前馈补偿电路位于第一级主放大器输入端和第二级放大电路输出端之间；
第一级主放大器包括尾电流源晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、电阻R1、电容C1、电阻R2和电容C2；尾电流源晶体管M1的漏极连接到晶体管M2、M3的源极组成第一级主放大器的输入部分，晶体管M4的漏极连接到晶体管M2的漏极，晶体管M5的漏极连接到晶体管M3的漏极构成第一级主放大器的负载部分；电阻R1和电容C1并联与电阻R2和电容C2的并联连在一起到晶体管M4和M5的栅极组成共模反馈网络用来设定第一级放大器的输出共模电压；
由晶体管M7和晶体管M8的栅极和漏极分别连接到运放的输入端和输出端组成前馈补偿电路的前馈通路，以及由晶体管M9和晶体管M11的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M7的负载；晶体管M12和晶体管M10的漏极和源极分别连在一起作为晶体管M8的负载，组成第二级放大电路，电阻R3和电容C3并联与电阻R4和电容C4的并联连在一起到晶体管M6的栅极而M6的漏极再连接到晶体管M7和晶体管M8的源极组成共模反馈网络用来设定第二级放大器的输出共模电压；
前馈补偿电路给尾电流源晶体管M1和第二级放大电路提供偏置电压的偏置电路。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于电阻R1、R2和电容C1、C2组成共模反馈网络用来设定第一级主放大器的输出共模电压，电阻R3、R4和电容C3、C4组成的共模反馈网络用来设定第二级放大电路的输出共模电压。
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