TWI344265B - - Google Patents

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1344265 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種放大電路，特別是關於一種具有内 零點的放大電路。 _ 5 、 【先前技術】 閉迴路負迴授系統一般係應用在線性積體電路中，例 魯 如，切換式調節器使用迴授迴路來監視輸出電壓，藉以調 節及穩定該輸出電壓。圖1係傳統的切換式調節器1〇〇， 10其包括控制電路及濾波器104。在控制電路1〇2中， 輸出控制邏輯108根據輸入電壓VlN及比較器114的輸出 驅動切換電晶體106，以產生一調節的輸出電壓Vsw給濾 波器104,藉以產生輸出電壓ν〇υτ，輸出電壓ν〇υτ經電 阻R1及R2分壓產生電壓Vr，誤差放大器112根據電壓 μ vR及參考電壓VRef產生一誤差信號給比較器ιΐ4。根據奈 •氏準則（Nyquist criterion)，閉迴路系統在單增益㈣办咖) 時，即增益為OdB時，若整個迴路的相位偏移低於18〇产， ^示該閉迴路系統是穩定的。—般來說，—個極點二） ^提供-90度的相位偏移，一個零點（zero)提供+9〇度的相位 20偏移。圖2係圖1中切換式調節器1〇〇沒有任何補償下的 迴路增益對頻率之關係圖。本領域的技術人員都清楚知道 切換式調節器100中的誤差放大器112具有一個極點及一 個零點，而濾波器104具有兩個極點，因此，在沒有進行 補償的情況下，如圖2所示，遽波器刚的雙極點使得= 5 1344265 . 路增益在單增益時的相位偏移等於或大於180度，造成切 換式調節器100不穩定。 圖3係圖1中切換式調節器1〇〇進行補償後的迴路增 ^對頻率之關係圖《為了補償濾波器丨〇4的雙極點以使切 5換式調節器1〇〇穩定，傳統的方法係增加能提供一零點的 ' 補償電路至迴授迴路中，例如增加一電容110與電阻R1 並聯，電容U0將提供一零點，因此，在增加電容' 11〇後， 鲁迴路增益在單增益時的相位偏移將小於180度，如圖3所 不。再者，從圖1可知，電容11〇所提供的零點 10 zero=l/(CxRl) 公式1 其中’ C為電容110的電容值。而心皮器1〇4所提供的極 點 公式2 • P〇le-[l/(CxRl)]x(V〇UT/vR) 因此，極，點pole與零，點zer〇之間的比率被限制在 (V〇ut/Vr) ° 2〇 在美國專利第6,737別1號中，Wrathall提出-種零點 產生電路，其利用一增益放大器來改善極點與零點之間的 比率。 此外，也有人提出-種具有内零點的放大電路來補償 濾波器刚的雙極點。圖4係習知具有内零點的放大電路 1344265 200，其包括一由壓控電流源210及212所組成的差動輸 入對根據輸入電壓VN及VP產生電流II及12,電流鏡2〇2 鏡射電流II產生電流I3=NxIl，電流鏡204鏡射電流12 產生電流Ι4=Ρχΐ2，電流鏡206鏡射電流13產生電流 5 Ι5=ΜχΙ3=ΝχΜχΙ1，其中 ΝχΜ=Ρ。當輸入電壓 VN=VP 時， 電流11=12,因此電流14=15,故沒有電流流經由電阻Rcomp 及電容Ccomp組成的負載電路。當輸入電壓VN关VP時， 電流14及15之間具有一差值，因而產生電壓v〇ut。電阻 Rcomp及電容Ccomp提供一個極點 10 polel = l/(2xTi：xr〇xCcomp) 公式 3 以及一個零點 15 zero 1 = 1/(2χπχRcompxCcomp) 公式 4 其中，ro為放大電路2〇〇的輸出阻抗。此外，一零點產生 電路208連接在壓控電流源210及212與偏壓電流源214 之間’以提供一零點。零點產生電路208包括零點電阻 2〇 Rzerol連接在壓控電流源210及偏壓電流源214之間，零 點電阻Rzero2連接在壓控電流源212及偏壓電流源214 之間，零點電容Czero連接在壓控電流源21〇及212之間， 假如電阻Rzerol等於電阻Rzer〇2，零點電容czero與零 點電阻Rzerol及Rzero2將提供第二個零點 7 1344265 zero2=l/(2><7rxRzerol x2><Czero) 公式 5 圖5係圖4中放大電路200的頻率響應，其中波形216係 5 增益的變化，波形218係相位的變化，參數設定為電阻 Rcomp=100K Ω，電阻 Rzerol=Rzero2=230K Ω，電容 Ccomp=lnF，電容Czero=20pF。在頻率為10Hz左右的位 置，極點polel使增益下降，如波形216所示，在頻率為 1 KHz左右的位置，零點zero 1抵消極點pole 1使增益維持 10 穩定，接著，在頻率為1 OKHz左右的位置，零點zero2使 增益上升。雖然，使用放大電路200的切換式調節器不需 要額外的元件來補償濾波器的雙極點，但是放大電路200 在高頻時將有很高的增益，這將導致高頻雜訊不受控制。 因此，一種具有内零點且可以讓高頻雜訊受到控制的 15 放大電路，乃為所冀。 【發明内容】 本發明的目的之一，在於提出一種具有内零點的放大 電路，其可以提供兩個零點及兩個極點。 20 本發明的目的之一，在於提出一種具有内零點的放大 電路*在南頻時5該放大電路的南頻雜訊可以受到控制。 根據本發明，一種具有内零點的放大電路提供二個極 點及二個零點，在高頻時，該二個極點的其中之一可以防 止增益過高的情況發生，以使高頻雜訊受到控制。 8 1344265 【實施方式】 圖6係本發明的第一實施例，放大電路300包括由壓 控電流源310及312組成的差動輸入對根據電壓VN及VP 5 產生電流II及12,電流鏡302鏡射電流II產生電流 Ι3=ΝχΙ1，電流鏡304鏡射電流12產生電流Ι4=ΡχΙ2，電 流鏡306鏡射電流13產生電流Ι5=ΜχΙ3=ΝχΜχΙ1，其中 ΝχΜ=Ρ，由電阻Rcomp及電容Ccomp組成的負載電路根 據電流14及15的差值產生輸出電壓Vout，電阻Rcomp及 ίο 電容Ccomp將提供如公式3及公式4所示的極點polel及 零點zerol，零點及極點產生電路308連接在差動輸入對 及偏壓電流源314之間，用以提供零點zero2及極點 pole2。零點及極點產生電路308包括零點電容Czero及極 點電阻Rpole串聯在壓控電流源310及312之間，零點電 15 阻Rzerol連接在壓控電流源310及偏壓電流源314之間， 零點電阻Rzero2連接在壓控電流源312及偏壓電流源314 之間，假設電阻Rzerol等於電阻Rzero2，電容Czero與 電阻Rzero 1及Rzero2將提供如公式5所示的零點zero2， 而電容Czero及電阻Rpole將提供極點 20 pole2=l/(2><rtxRpolexCzero) 公式 6 圖7係圖6中放大電路300的頻率響應，其中波形 316為增益，波形318為相位，參數的設定為電阻 9 1344265

Rcomp=33KQ » 電阻 Rzer〇i=：Rzer〇2=230KQ，電阻

Rpole=23KD，電容 ccomp=5nF，電容 Czero=20pF。在頻 率為1Hz左右的位置，極點polel使增益下降，如波形316 所示’在頻率為IKHz左右的位置，零點zer〇l抵消極點 5 polel使增益維持穩定’接著，在頻率為1〇KHz左右的位 ‘ 置’零點zer〇2使得增益再次上升，在頻率為200ΚΗζ左 右的位置’極點P〇le2抵消零點zero2使增益穩定。如圖7 φ 的模擬圖所示’在高頻時，極點pole2將使增益不再上升， 故在高頻時沒有因增益過高導致高頻雜訊無法控制的情 10況。故向頻雜訊在可以控制的範圍内，此外，放大電路3〇〇 的極點pole2與零點zer〇2之間的比率只跟(Rzer〇/Rp〇le) 有關’而使用放大電路3〇〇的切換式調節器之設計非常容 易。 圖8係本發明的第二實施例，放大電路400包括由壓 I5控電流源410及412組成的差動輸入對根據電壓vn及Vp # 產生電流11及，電流鏡402鏡射電流π產生電流13， 電流鏡404鏡射電流12產生電流14，電流鏡406鏡射電 流13產生電流15 ’電阻Rcomp及電容Ccomp組成的負載 電路根據電流14及15的差值產生輸出電壓v〇ut，電阻 2〇 Rcomp及電容Ccomp將提供如公式3及公式4所示的極 點polel及零點zero卜零點及極點產生電路4〇8連接在差 動輸入對及偏壓電流源414之間。在零點及極點產生電路 408中’零點電阻Rzerol連接在壓控電流源41〇及偏壓電 流源414之間，零點電阻Rzero2連接在壓控電流源412 1344265 及偏壓電流源414之間，零點電容Czerol及極點電阻 Rpolel串聯在壓控電流源410及接地GND之間，零點電 容Czero2及極點電阻Rpole2串聯在壓控電流源412及接 地 GND之間，假設電阻 Rzerol=Rzero2，電阻 5 Rpolel=Rpole2=Rp〇le，電容 Czerol=Czero2=Czero，零點 及極點產生電路408將提供一零點 • zero2=l/(2><7i：xRzerol xCzero) 公式 7 10 以及一極點p〇le2，如公式6所示。在高頻時，電容Czerol 及電阻Rpolel以及電容Czero2及電阻Rp〇le2將形成電流 路徑以使電流II及12不被電阻Rzer〇i及Rzer〇2限制住， 而極點Pole2可以防止放大電路400在高頻時的增益過 南，進而讓南頻時的雜訊受到控制。 15 圖9係本發明的第三實施例，放大電路500包括兩 • 級’在第一級中’運算放大器502的反相輸入連接電壓 VFB ’非反相輸入連接電壓Vref，電阻Rcomp及電容Ccomp 組成一迴授電路連接在運算放大器502的反相輸入及輸出 之間’電阻Rcomp及電容ccomp提供如公式3及公式4 2〇所示的極點Polel及零點zer〇i。在第二級中，壓控電流源 5〇6根據電壓VI產生電流，零點及極點產生電路508 連接壓控電流源506，零點及極點產生電路508包括極點 電阻Rpole及零點電容Czero串聯在壓控電流源506及接 地GND之間，以及零點電阻Rzer〇i與電阻Rp〇le及電容 1344265

Czero並聯，電流鏡504鏡射電流II產生電流12給零點電 阻Rzero2以產生電壓Vout，假設電阻Rzerol等於電阻 Rzero2，可推得放大電路500的第二級提供如公式6及公 式7所示的極點Pole2及零點Zero2。同樣的，極點Pole2 5 可以讓高頻時的雜訊受到控制。 圖10係圖9中放大電路500第二級的另一實施例， 其中，壓控電流源602根據電壓VI產生電流II，零點及 極點產生電路608連接壓控電流源602，零點及極點產生 電路608包括極點電阻Rpole及零點電容Czero串聯在壓 ίο 控電流源602及接地GND之間，電流鏡600鏡射電流II 產生電流12，壓控電流源606根據電壓V2產生電流13， 零點電阻Rzero2連接在壓控電流源606及接地GND之 間，電流鏡604鏡射電流13產生電流14，零點電阻Rzerol 根據電流12及14產生電壓Vout。零點及極點產生電路608 15 將提供一如公式6所示的極點pole2以及一零點 zero2=l/(2><7cxRzerolxMxCzero) 公式 8 從公式8可知，此實施例的零點電容Czero的大小只需要 2〇 前述實施例的1/M。同樣的，在高頻時，極點P〇le2可以 讓雜訊受到控制。 【圖式簡單說明】 圖1係傳統的切換式調節器； 12 下的迴 圖2係圖1中切換式調節 路增益對頻率之闕係圖； 圖3係圖1中切換式調節 益對頻率之關係圖； 器100沒有任何補償 器100進行補償後的迴路增

10 圖4係習知具有内零點的放大電路； 圖5係圖4中放大電路2〇〇的頻率響應； 圖6係本發明的第—實施例； 圖7係圖6中放大電路300的頻率響應； 圖8係本發明的第二實施例； 圖9係本發明的第三實施例；以及 圖10係圖9中放大電路500第二級的另一實施例。 【主要元件符號說明】 100 切換式調節器 15 102 控制電路 • 104 渡波器 106 切換電晶體 108 輸出控制邏輯 110 電容 20 112 誤差放大器 114 比較器 200 放大電路 202 電流鏡 204 電流鏡 13 1344265

10 15

20 206 電流鏡 208 零點產生電路 210 壓控電流源 212 壓控電流源 214 偏壓電流源 216 增益的波形 218 相位的波形 300 放大電路 302 電流鏡 304 電流鏡 306 電流鏡 308 零點及極點產生電路 310 壓控電流源 · 312 壓控電流源 314 偏壓電流源 316 增益的波形 318 相位的波形 400 放大電路 402 電流鏡 404 電流鏡 406 電流鏡 408 零點及極點產生電路 410 壓控電流源 412 壓控電流源 14 1344265 414 偏壓電流源 500 放大電路 502 運算放大器 504 電流鏡 5 506 壓控電流源 • 508 零點及極點產生電路 600 電流鏡 602 壓控電流源 w 604 電流鏡 10 606 壓控電流源 608 零點及極點產生電路

Claims (1)

1344265 100年4月26日修正替換頁 十、申請專利範圍： ---- L 一種具有内零點的放大電路，包括： 一偏壓電流源，提供第一電流； 差動輸入對，根據一第一輸入電壓及一第二輸入電壓 產生一第二電流及一第三電流； —負载電路，藉由該第二及第三電流的差值產生一輸出 電壓，該負載電路提供一第一零點及一第一極點， 其中έ玄負載電路包括串聯的電阻及電容；以及 一零點及極點產生電路’連接在該偏壓電流源及差動輸 入對之間，用以提供一第二零點及一第二極點。 2 * .如凊求項1之放大電路，其中該零點及極點產生電路包 括： —第一零點電阻，連接在該偏壓電流源及該差動輸入對 中用以提供該第二電流的第一差動輸入之間； 一第二零點電阻，連接在該偏壓電流源及該差動輸入對 中用以提供該第三電流的第二差動輸入之間； 零點電容，與該第一及第二零點電阻提供該第二零 點；以及 極點電阻，與该零點電容串聯在該差動輸入對之間， 該極點電阻與該零點電容提供該第二極點。 3· 一種具有内零點的放大電路，包括： —偏壓電流源，提供第一電流； 差動輸入對’根據一第一輸入電壓及一第二輸入電壓 產生一第二電流及一第三電流； 16 1344265 100年4月1日修正替換頁 . —負载電踣，藉甴該第二及第三電流的;4值產~~—— 電壓’該負載電路提供一第一零點及一第一極點； 以及 一零點及極點產生電路，連接在該偏壓電流源及差動輸 5 入對之間’用以提供一第二零點及一第二極點，其 中該零點及極點產生電路包含： 一第一零點電阻，連接在該偏壓電流源及該差動 φ 輸入對中用以提供該第二電流的第一差動 輸入之間； 10 一第二零點電阻，連接在該偏壓電流源及該差動 輸入對中用以提供該第三電流的第二差動 輸入之間； 串聯的一第一零點電容及一第一極點電阻，連接 該差動輸入對的該第一差動輸入，但不在包 15 含該第一零點電阻的電流路徑上；以及 • 串聯的一第二零點電容及一第二極點電阻，連接 該差動輸入對的該第二差動輸入，但不在包 含該第二零點電阻的電流路徑上； 其中，該第一及第二零點電容及該第一及第二零 20 點電阻提供該第二零點，而該第一及第二零 點電容及該第一及第二極點電阻提供該第 二極點。 4. 一種具有内零點的放大電路，包括： 一第一級’根據兩輸入電壓的差值產生一第一輸出電 17 mo年4月1曰修正替換頁 壓，該第一級提供二第一零點及一 — 一第二級，放大該第一輸出電壓產生一第二輸出電壓， 該第二級提供一第二零點及一第二極點，其中該第 二極點防止該放大電路於高頻時增益過高，使該放 大電路的高頻雜訊可以受到控制； 其中該第一級包括： 運算放大器，具有兩輸入端用以接收該兩輸入 電壓，以及一輸出端用以提供該第一輸出電 壓；以及 一迴授電路，連接在該運算放大器的該輸出端及 該運算放大器的該兩輸入端其中之一之 間’該迴授電路提供該第一零點及第一極 點。 5. 如請求項4之放大電路，其中該迴授電路包括一電容與 —電阻串聯在該運算放大器的該輸出端及該運算放大 器的該兩輸入端其中之一之間，該電容與電阻提供該第 —零點及第一極點。 6. 如請求項4之放大電路，其中該第二級包括： 一電流源，根據該第一輸出電壓產生一壓控電流，藉以 產生該第二輸出電壓；以及 一零點及極點產生電路，連接該電流源，提供該第二零 點及第二極點。 7. 如請求項6之放大電路，更包括一電流鏡鏡射該壓控電 流產生一鏡射電流給一電阻，以產生該第二輸出電壓。 1344265 100年4月1曰修正替換頁 8. 如請求項6之放，大電路.，其中該零點及 括·· ^ 串聯的一極點電阻及一零點電容，連接該電流源，用以 提供該第二極點；以及 一零點電阻，與串聯的該極點電阻及零點電容並聯，該 零點電阻與該零點電容提供該第二零點。 9. 如請求項4之放大電路，其中該第二級包括： 一第一電流源，根據該第一輸出電壓產生一第一電流，· 一第二電流源，根據該第一輸出電壓產生一第二電流； 一零點及極點產生電路，連接該第一電流源；以及 一零點電阻，根據該第一及第二電流產生該第二輸出電 壓。 10. 如請求項9之放大電路，更包括： 第電流鏡，鏡射該第一電流產生一第三電流給該零 點電阻；以及 一第二電流鏡，鏡射該第二電流產生一第四電流給該零 點電阻。 1 L如响求項9之放大電路，其中該零點及極點產生電路包 括： 一零點電容，連接該第一電流源，該零點電容與該零點 電阻提供該第二零點；以及 一極點電阻，與該零點電容串聯，該極點電阻與該零點 電容提供該第二極點。 19