专利名称：全差动式放大器的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种放大器，特别是指一种全差动式放大器。
背景技术：
全差动式放大器(Fully Differential Amplifier)具有良好的抗噪声 能力，因此在现今的模拟集成电路中常被使用。由于全差动式放大器的共模 回路增益通常不够大，导致其差动输出电压的共模电平会漂移，因此需要一 共模反馈(Common Mode Feedback, CMFB )电路来建立该共模电平。
参阅图1, 一全差动式放大器包含一第一放大级l、 一第二放大级2及一 共模反馈电路3,其中，该共模反馈电路3包括一共模电平感测单元31及一 放大单元32。由于该全差动式放大器是一闭回路系统，本身有稳定度 (Stability)的问题，如果没有把频率补偿做好，将会发生振荡。公知的共 模频率外卜偿方法有以下二种
(1) 降低回路增益(Loop Gain)
在极点(Pole)频率不变的情况下，当回路增益变小时，均一增益(Unity Gain)频率会往.低频方向移动，使得相位边限(Phase Margin)变大。公知 做法可在该放大单元32加入一对电阻(图未示)，以源极退化(Source Degeneration)的方式来降低回路增益，也可在该第一放大级1加入一对电 流源(图未示)，以减少反馈电流镜之电流比的方式来降低回路增益。然而， 此种方法却会导致频宽较低、偏移电压(Offset Voltage)较大及共模噪声 较大等问题。
(2) 增加零点(Zero)
除上述的方法之外，亦可在该共模反馈电路3加入一零点产生单元(图 未示)，并藉由增加零点所产生的相位领先(Lead),来减少极点的相位落后 (Lag),使得相位边限变大。然而，此方法受到处理飘移的影响较大，且该 零点产生单元需要大电阻及大电容，以使其所增加的零点位在低频处，如此 将导致需要增加更多面积以放入该零点产生单元。
发明内容
因此，本发明的目的即在提供一种频宽高、偏置电压小、共模噪声小、 受处理飘移影响小且面积小的全差动式放大器。
于是，本发明全差动式放大器包含N个放大级、 一共模反馈电路及一共
模频率补偿电路。
该N个放大级包括一第一放大级、…以及一第N放大级，其中该第一放 大级、…以及该第N放大级依序串接以产生一对差动输出电压，其中N为大 于等于2的正整数。
该共模反馈电路用于感测该对差动输出电压的一共模电平，并根据该共 模电平控制该第一放大级。
该共模频率补偿电路包括一对电容，其中每一该对电容的一第一端分别 接收该对差动输出电压，每一该对电容的一第二端耦接至该第一放大级、… 以及该第N-l放大级的一共模点。
图l是一电路示意图，说明一全差动式放大器；
图2是一电路示意图，说明本发明全差动式放大器的较佳实施例；
图3是一示意图，说明米勒补偿的分离极点特性；
图4是一电路示意图，说明该较佳实施例如何提高差模回路中的非主极 点频率；及
图5是一电路示意图，说明该较佳实施例使用其它共模点的情况。
具体实施例方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式 的一个较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。
参阅图2，本发明全差动式放大器的较佳实施例包含一第一放大级4、 一 第二放大级5、 一共模反馈电路6、 一共模频率补偿电路7及一差模频率补偿 电路8。该第一及该第二放大级4、 5依序放大一对差动输入电压VIP、 VIN,以 产生一对差动输出电压VQP、 VQN。该共模反馈电路6用于调整该对差动输入电 压V,p、 V^的共模电平，且包括一共模电平感测单元61及一放大单元62。其 中，该共模电平感测单元61感测该共模电平，该放大单元62放大该共模电平与一参考电压V，的差异,并将一放大结果VpB反馈到该第一放大级4。如
此一来，可以使该共模电平实质上与该参考电压v加相同。
该共模频率补偿电路7用于补偿共模频率响应，且包括一对电容71,其 中每一个电容71的一端分别接收该对差动输出电压V。p、 V。N,而另一端耦接 到该第一放大级4中的一共模点A。该差模频率补偿电路8用于补偿差模频 率响应，且包括一对电容81,其中每一个电容81的一端分別接收该对差动 输出电压V。p、 V。N,而另一端分别耦接到该第一放大级4中的一对差才莫点。
在本实施例中，差模回路共有二个放大级，因此有二个极点，其均一增 益频率、非主极点频率及相位边限分別如下所示
L81 4 T
其中，他是均一增益频率，站2是非主极点频率，/W是相位边限，g組是
该第一放大级4的PMOS 41的互导(Transconductance), ^是该电容81的 值，&51是该第二放大级5的丽OS 51的互导，G是补偿前在该对差动输出电 压V。p、 V。n的输出点B看到的电容值，G,是该电容71的电容值，而^是反馈因 子(Feedback Factor )。
在本实施例中，共模回路共有三个放大级，因此有三个极点，其均一增 益频率、非主极点频率及相位边限分别如下所示
广广 7/72_c — 广 ？/ 3 —c 广 gm622 + 4 4
缀二90 — tan一1
-tan一1
L 2—JL —J
其中，战-e是均一增益频率，幼"、叫3_。是非主极点频率，/w是相位边限，
g,超是该放大单元62的PM0S 621的互导，^622是该放大单元62的丽0S 622 的互导，&2是该第一放大级4的丽0S 42的互导，而G是在该放大结果VFB 的反馈点C看到的电容值。
在本实施例中，因为米勒效应(Miller Effect)的关系，每一电容71 可以产生一等效电容，其值为(1-4jC71,且^是从该共模点A到该对差动 输出电压V。p、 V。n的输出点B的电压增益。当A<-1时，(l-4jC71〉2C71，因 此该共模频率补偿电路7只需要较小的电容，就可以达到共模频率补偿的效 果。参阅图3,米勒补偿还有极点分离(Pole Splitting)的特性，当该对 电容71的值Cn增加时，主极点频率咏—。会往低频方向移动(如线91所示)，而非主极点频率叫2—。会往高频方向移动(如线92所示)，因而使得频宽较大。
然而，由于该共模频率补偿电路7在该对差动输出电压V。P、 V。N的输出点
B看到的电容性负载会增加，使得差模回路中的非主极点叫2无法达到
gm5I/Cs。请参阅图4,该共模频率补偿电路7可更包含一对电阻72,且该对
电容71的一端分别透过该对电阻72耦接到该共模点A。此时，在该对差动
输出电压V。P、 V训的输出点B看到的阻抗如下所示
&(1 + W72C71)
《c71+(i+w72c71Xi+^c￡
&_
:+(i+《cs)
(1 + W72C71
其中，^是在该输出点B看到的阻抗，而l是该电阻72的值。当A2〉〉A 时，tl/gw， Zji s/(l + WflCj,因此 22^51/^。在本实施例中，是 将4设定为1/&,51的2—3倍，但不应以此为限。
值得注意的是，该对电容71的一端也可以是分别透过该对电阻72耦接 至该第一放大级4中的其它共模点(例如图5中的一共才莫点D),只要从该 共^^点到该对差动输出电压V。P、 V。w的输出点B的电压增益为负值即可。另外， 该全差动式放大器可以是包含N个放大级，分别是依序串接的一第一至一第 N方文大级，且依序》丈大该对差动输入电压VIP、 VIN,以产生该对差动输出电压 V0P、 V。N,其中N为大于等于2的正整数。该共模频率补偿电路7是耦接在该 对差动输出电压V、 V。w的输出点及该第一至一第N-1放大级中的一共模点之 间。
归纳上述，本发明藉由米勒补偿来进行共模频率响应的补偿，在不会降 低回路增益的情况下，使得频宽高、偏移电压小、共模噪声小，而且受处理 飘移影响小，加上所使用的电阻及电容较小，使得面积亦小，因此确实能达 到本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明 实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等 效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1. 一种全差动式放大器，包括N个放大级，包括一第一放大级、...以及一第N放大级，其中该第一放大级、...以及该第N放大级依序串接以产生一对差动输出电压，其中N为大于等于2的正整数；一共模反馈电路，用于感测该对差动输出电压的一共模电平，并根据该共模电平控制该第一放大级；及一共模频率补偿电路，包括一对电容，其中每一该对电容的一第一端分别接收该对差动输出电压，每一该对电容的一第二端耦接至该第一放大级、...以及该第N-1放大级的一共模点。
2. 根据权利要求1所述的全差动式放大器，其中该共模点到该对差动输 出电压的一输出点的一电压增益为负值。
3. 根据权利要求1所述的全差动式放大器，其中该共模频率补偿电路更 包括一对电阻，且每一该对电容的该第二端分别透过该对电阻耦接至该共模 点。
4. 根据权利要求3所述的全差动式放大器，其中该对电阻分别的电阻值 实质上等于该第N放大级互导倒数的2至3倍。
5. 根据权利要求1所述的全差动式放大器，其中该共模频率补偿电路包括一共模电平感测单元，用于感测该共模电平；及一放大单元，用于放大该共模电平与一参考电压的差异，并产生一放大 结果；其中该放大结果反馈至该第一放大级，以使得该共模电平实质上与该 参考电压相同。
6. 根据权利要求1所述的全差动式放大器，其更包括一差模频率补偿电 路，用于补偿差模频率响应。
7. —种全差动式放大器，包括 一第一放大级；一第二放大级，串接至该第一放大级以产生一对差动输出电压； 一共模反馈电路，用于感测该对差动输出电压的一共模电平，并根据该 共模电平控制该第一放大级；及一共模频率补偿电路，包括一对电容，其中每一该对电容的一第一端分别接收该对差动输出电压，每一该对电容的一第二端耦接至该第一放大级以 及该第二放大级的一共模点。
8. 根据权利要求7所述的全差动式放大器，其中该共模点到该对差动输 出电压的一输出点的一电压增益为负值。
9. 根据权利要求7所述的全差动式放大器，其中该共模频率补偿电路更 包括一对电阻，且每一该对电容的该第二端分别透过该对电阻耦接至该共模 点。
10. 根据权利要求9所述的全差动式放大器，其中该对电阻分别的电阻值 实质上等于该第二放大级互导倒数的2至3倍。
11. 根据权利要求7所述的全差动式放大器，其中该共模频率补偿电路包括一共^f莫电平感测单元，用于感测该共^f莫电平；及 一放大单元，用于放大该共模电平与一参考电压的差异，并产生一放大 结果；其中该放大结果反馈至该第一放大级，以使得该共模电平实质上与该参 考电压相同。
12. 根据权利要求7所述的全差动式放大器，其更包括一差模频率补偿电 路，用于补偿差模频率响应。
全文摘要
一种全差动式放大器，包括N个放大级，包括一第一放大级、…以及一第N放大级，其中该第一放大级、…以及该第N放大级依序串接以产生一对差动输出电压，其中N为大于等于2的正整数；一共模反馈电路，用于感测该对差动输出电压的一共模电平，并根据该共模电平控制该第一放大级；及一共模频率补偿电路，包括一对电容，其中每一该对电容的一第一端分别接收该对差动输出电压，每一该对电容的一第二端耦接至该第一放大级、…以及该第N-1放大级的一共模点。
文档编号H03F3/45GK101471630SQ20071016015
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月24日 优先权日2007年12月24日
发明者张文华 申请人:瑞昱半导体股份有限公司