专利名称：一种抵消前馈通路的密勒补偿方法
技术领域：
本发明应用于运算放大器领域，具体涉及一种抵消前馈通路的密勒补偿方法。
背景技术：
运算放大器通常作为信号运算以及反馈系统的基本元件，其稳定性影响着系 统的性能。由于组成运算放大器的基本部件都具有寄生电容或者电感，因而运算 放大器输出相对于输入将会有相移。对于一个普通的二级运算放大器的传递函数 可表示如下
H (s) =Av/(s+pl)(s+p2) 其中Av表示直流增益，pl为主极点，p2为次极点，在每一个极点会使增益 按20dB/10倍频程下降，而每个极点最终会产生90度的相移。当运算放大器运用 于负反馈控制系统中时，如果传递函数的增益随频率变化，单位增益之前，由于 极点所引起的相移超过180度以上，系统将振荡，也就是不稳定。通常一个稳定 系统是具有小于135度的相移，也可以说至少需要45度以上的相位裕度。
为了得到稳定的系统，常常引入频率补偿，最常见的二级运算放大器补偿方 法为密勒补偿，如图1所示，GM1是第一增益级跨导，而GM2是第二增益级跨导， Rl为第一增益级输出电阻，RL是负载电阻，CL是负载电容， CC便是密勒电容。 其主要原理是第一个极点和第二个极点分离，即使第一个极点到更低的频率，而 第二个极点也不在单位增益带宽内。如图l所示的电路中的第一个极点可表示为-
pl=l/(2*pi*Rl*GM2*RL*CC) p2=GM2〃2*pi*CL) 同时，因为CC的前馈作用，会产生一个右平面零点
Z=-GM2/CC
右平面零点产生相移90度，将影响系统稳定性，为了减小其影响通常增加GM2， 即增加输出级电流，这将增加功耗。为了消除右平面零点的影响，出现了许多方 法，方法1是可加一个电阻与CC串联，方法2也可阻止CC的前馈作用，如图2 所示。如图2所示的电路在CC与X相连的地方连接一放大器A，该放大器的单向传
输作用使得cc仅处于反馈通路上，而并没有形成前馈通路。这样有效的消除前馈
通路，也就消除了右平面零点。
图2中所示电路的结构中，A输入端一般为P型或者N型器件。如图3所示为 +A的两种较为普遍结构，当+A选择图3 (a)所示结构，那么输出摆幅为 VGS(M1)+VDSAT(M2)到VDD。相应地，如果采用图3 (b)所示电路，那么输出摆幅 为GND到VDD-VGS(M4)-VDSAT(M3)，因此达不到RAIL-TO-RAIL的摆幅。当超出这 些范围时，图3 (a)或者(b)所示结构将不会正常工作，补偿就不起作用。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，运 用该密勒补偿方法，能够实现rail-to-rail的输出范围，而不影响系统稳定。 本发明的技术方案如下
一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，是通过放大器A1实现补偿支路，该方法 中包括第一级增益级放大器和第二级增益级放大器，放大器A1输入与第二级增益 级放大器输出连接，其特征在于设置另一个包含放大器A2的补偿支路，放大器 A2的输入级与所述放大器Al为对偶关系，即当Al为n型输入时，那么A2的输入 级是p型；若Al为p型输入，则A2的输入级是n型。
所述两个增益级放大器串联，组成运算放大器。
所述第一级增益放大器由第一增益级跨导GM1和第一增益级输出电阻Rl组 成，所述第二级增益放大器由第二增益级跨导GM2和第二增益级输出电阻RL组成。
根据上述方法中的两个补偿支路，当运算放大器的输出较高时，p型输入的放 大器不工作，n型输入的放大器工作；或者，当运算放大器的输出较低时，n型输 入的放大器不工作，p型输入的放大器工作；或者，当运算放大器的输出为中间值 时，n型输入的放大器和p型输入的放大器同时工作，从而保证补偿作用。
因为对于传统的抵消前馈通路补偿方法中，仅仅存在一个p型输入或者n型 输入的放大器A1，该放大器输入为运算放大器的输出，输出连接于补偿电容CC。 当运算放大器输出较高或者较低的情况下，那么p型输入或者n型输入的放大器A 将不会正常工作，而让补偿失去作用。所以为了能够让运算放大器的输出在较高 或者较低的电压下(即rail-to-rail的输出范围)，也能够稳定，需要在原有的 补偿基础上增加一路补偿支路。所述第一级增益放大器与两个补偿支路放大器A1、 A2的输出之间分别连接有 补偿电容CC1、 CC2，放大器A1、 A2的输入是所述运算放大器的输出，放大器A1 的输出与CC1的一端连接，CC1的另一端连接第一级增益级的输出，放大器A2的 输入与第二级增益级放大器的输出连接，A2的输出与CC2的一端连接，CC2的另 一端连接第一级增益级输出。
所述n型和p型的形式是各种M0S器件或者双极器件。
本发明的有益效果如下
本发明可以使得抵消前馈通路的密勒补偿方法能够实现rail-to-rail的输出 范围，而不影响系统稳定；该方法是针对补偿电路中A的输入端不仅仅是n或者p 型输入，而是n型和p型输入的同时作用。
图1为传统的密勒补偿电路结构示意图
图2为传统的密勒补偿电路结构示意图
图3为传统方法器+A的两种较为普遍结构示意图
图4为本发明的原理示意图
图5为本发明设置输出为0. 5V的频率响应BODE图 具体实施例
如图4所示， 一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，是通过放大器A1实现补偿 支路，该方法中包括第一级增益级放大器和第二级增益级放大器，放大器A1输入 与第二级增益级放大器输出连接，还设置有另一个包含放大器A2的补偿支路，放 大器A2的输入级与所述放大器Al为对偶关系，即当Al为n型输入时，那么A2 的输入级是p型；若Al为p型输入，则A2的输入级是n型。
所述两个增益级放大器串联，组成运算放大器。
所述第一级增益放大器由第一增益级跨导GM1和第一增益级输出电阻Rl组 成，所述第二级增益放大器由第二增益级跨导GM2和第二增益级输出电阻RL组成。
根据上述方法中的两个补偿支路，当运算放大器的输出较高时，p型输入的放 大器不工作，n型输入的放大器工作；或者，当运算放大器的输出较低时，n型输 入的放大器不工作，p型输入的放大器工作；或者，当运算放大器的输出为中间值 时，n型输入的放大器和p型输入的放大器同时工作，从而保证补偿作用。
如图2所示，因为对于传统的抵消前馈通路补偿方法中，仅仅存在一个p型输入或者n型输入的放大器Al，该放大器输入为运算放大器的输出，输出连接于 补偿电容CC。当运算放大器输出较高或者较低的情况下，那么p型输入或者n型 输入的放大器A将不会正常工作，而让补偿失去作用。所以为了能够让运算放大 器的输出在较高或者较低的电压下(即rail-to-rail的输出范围)，也能够稳定， 需要在原有的补偿基础上增加一路补偿支路。
所述第一级增益放大器与两个补偿支路放大器A1、 A2的输出之间分别连接有 补偿电容CC1、 CC2，放大器A1、 A2的输入是所述运算放大器的输出，放大器A1 的输出与CC1的一端连接，CC1的另一端连接第一级增益级的输出，放大器A2的 输入与第二级增益级放大器的输出连接，A2的输出与CC2的一端连接，CC2的另 一端连接第一级增益级输出。
所述n型和p型的形式是各种M0S器件或者双极器件。
如图5所示，(a)为图2中A仅用n型输入的相位裕度，当输出低于0. 87V 时，相位裕度开始低于45度；(b)为图2中仅用p型输入时的相位裕度，当输出 高于2.63时，相位裕度幵始低于45度；(c)则为本发明电路中的相位裕度，图 显示，在输出范围为0.2V 3. 1V的范围内，相位裕度保持在60度以上。
权利要求
1、一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，通过放大器A1实现补偿支路，该方法中包括第一级增益级放大器和第二级增益级放大器，放大器A1输入与第二级增益级放大器输出连接，其特征在于设置另一个包含放大器A2的补偿支路，放大器A2的输入级与所述放大器A1为对偶关系，即当A1为n型输入时，那么A2的输入级是p型；若A1为p型输入，则A2的输入级是n型。
2、 根据权利要求1所述一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，其特征在于所 述两个增益级放大器串联，组成运算放大器。
3、 根据权利要求1所述一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，其特征在于所 述第一级增益放大器由第一增益级跨导GM1和第一增益级输出电阻Rl组成，所述 第二级增益放大器由第二增益级跨导GM2和第二增益级输出电阻RL组成。
4、 根据权利要求2所述一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，其特征在于当 运算放大器的输出较高时，P型输入的放大器不工作，n型输入的放大器工作；或 者，当放大器的输出较低时，n型输入的放大器不工作，p型输入的放大器工作； 或者，当放大器的输出为中间值时，n型输入的放大器和p型输入的放大器同时工 作，从而保证补偿作用。
5、 根据权利要求2或4所述一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，其特征在于 所述第一级增益放大器与两个补偿支路放大器A1、 A2的输出之间分别连接有补偿 电容CC1、 CC2，放大器A1、 A2的输入是所述运算放大器的输出，放大器A1的输 出与CC1的一端连接，CC1的另一端连接第一级增益级的输出，放大器A2的输入 与第二级增益级放大器的输出连接，A2的输出与CC2的一端连接，CC2的另一端 连接第一级增益级输出。
6、 根据权利要求1或2所述一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，其特征在于 所述n型和p型的形式是各种M0S器件或者双极器件。
全文摘要
本发明公开了一种抵消前馈通路的密勒补偿方法，是通过放大器A1实现补偿支路，该方法中包括第一级增益级放大器和第二级增益级放大器，放大器A1输入与第二级增益级放大器输出连接，还设置有另一个包含放大器A2的补偿支路，放大器A2的输入级与所述放大器A1为对偶关系，即当A1为n型输入时，那么A2的输入级是p型；若A1为p型输入，则A2的输入级是n型；本发明可以使得抵消前馈通路的密勒补偿方法能够实现rail-to-rail的输出范围，而不影响系统稳定；该方法是针对补偿电路中A的输入端不仅仅是n或者p型输入，而是n型和p型输入的同时作用。
文档编号H03F1/08GK101626219SQ200910060379
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者黄俊维 申请人:和芯微电子(四川)有限公司