[发明专利]基于反相器输入结构的分裂补偿两级运算放大器

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及模拟集成电路中的运算放大器的频率补偿技术。

背景技术

半导体和通信工业需求日益增加，加快了模拟集成电路的发展。运算放大器作为模拟集成电路中一个重要的模块广泛应用于带隙基准、DC-DC变换器和数据转换器中。常用的运算放大器包括单级放大器、两级运算放大器、三级运算放大器。两级运算放大器因为其较高的增益和较宽的输出摆幅而得到了广泛的应用。然而由于两级运算放大器具有两个相近的低频极点，因此需要对其进行频率补偿，将两个相近的低频极点推开。

两级运算放大器常用的频率补偿技术是米勒补偿，其电路结构如图1所示，它通过极点分裂来使得运算放大器稳定输出。然而传统的米勒补偿因为米勒电容C_m的双向通路会产生一个右半平面零点，从而减小运算放大器的单位增益带宽(GBW)。

为了消除传统米勒补偿两级运算放大器的右半平面零点，现有技术中给出了不同的解决方案：1）如图2所示，在米勒电容C_m上串联一个电阻R以消除右半平面零点，但是需要的电阻阻值较大，这需要消耗更多的芯片面积；2）如图3所示，在米勒电容上串联一个电压（或电流）缓冲器以破坏其双向通路从而消除右半平面零点，但这需要额外的偏置电流，使得电路结构更加复杂；3）共源共栅补偿（如图4所示），利用电流缓冲器的原理可以将运算放大器的非主极点推向更高频率的位置，且不需要额外的偏置电流，但是其性能参数与第一级输出的寄生电容相关，可靠性较低。

现有检索资料利用传统米勒补偿，也有检索资料利用共源共栅补偿来提高运算放大器的性能。但目前能提高运算放大器的性能，且具有强的鲁棒性的频率补偿报道尚未查实。

发明内容

为了消除基于米勒补偿的两级运算放大器固有的右半平面零点，本发明提供一种分裂补偿的两级运算放大器。该运算放大器采用反相器输入结构，在消除两级运算放大器固有的右半平面零点的基础上提高了运算放大器小信号和大信号性能，具有强的鲁棒性。

本发明详细技术方案如下：

基于反相器输入结构的分裂补偿两级运算放大器，如图5、6所示，包括两级运放，第一级运放由NMOS管M_1N、M_2N、M₃、M₄和PMOS管M_1P、M_2P、M₀组成，第二级运放由PMOS管M_5P和NMOS管M_5N组成。

第一级运放中，PMOS管M₀的源极接电源VDD，PMOS管M₀的栅极接NMOS管M₃和M₄的栅极以及NMOS管M_1N和PMOS管M_1P的漏极，PMOS管M₀的漏极PMOS管M_1P和M_2P的源极；PMOS管M_1P和NMOS管M_1N的栅极互连并作为整个两级运算放大器的反向输入端，PMOS管M_2P和NMOS管M_2N的栅极互连并作为整个两级运算放大器的正向输入端；PMOS管M_1P和NMOS管M_1N的漏极互连，PMOS管M_2P和NMOS管M_2N的漏极互连并作为第一级运放的输出端；NMOS管M_1N的源极接NMOS管M₃的漏极，NMOS管M_2N的源极接NMOS管M₄的漏极，NMOS管M₃和M₄的源极接地。

第二级运放中，PMOS管M_5P的源极接电源VDD，PMOS管M_5P和NMOS管M_5N的栅极互连并接第一级运放的输出端，PMOS管M_5P和NMOS管M_5N的漏极互连并作为整个两级运算放大器的输出端，NMOS管M_5N的源极接地。