专利名称：一种适用于高速集成放大器的频率补偿电路的制作方法
一种适用于高速集成放大器的频率补偿电路技术领域
本发明属于集成放大器技术领域，具体涉及一种适用于高速集成放大器的频率补 偿电路。技术背景
随着信息技术的发展，对于信息数据的处理速度要求越来越高，而集成放大器是 各种电路的最基础单元之一。例如，在通信系统中射频前端需要越来越高速的可变增益放 大器，而在测量仪器中则要求检测放大器具有超宽带的特点。然而，CMOS工艺的截止频率 fT受到限制，版图寄生电容随着工作频率的升高起到越来越大的负面作用，通过负反馈扩 展频带的传统方法以牺牲直流增益为代价，而应用片上电感则使芯片面积大大增加，这带 来芯片成本的激增。因此各种频率补偿电路相继提出，其中中和电容的补偿技术具有低代 价高性能的特点。但是由于本征增益的不断缩小，这种技术对于深亚微米工艺的CMOS电路 效用降低，而且在主级放大器的输出端产生了负载效应，对于低功耗的放大器，频率补偿作 用进一步减弱。因此，在避免使用片上电感的前提下，要实现集成放大器的带宽扩展是一个 难题。最后，CMOS集成电路容易受到电源电压，工作温度以及工艺容差等影响，由于频率补 偿电路往往通过谐振或者正反馈的办法，一旦电路参数发生偏差，电路容易振荡，因此另一 个需要解决的问题则是如何保证集成放大器的带宽恒定，提高其稳定性。发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高速集成放大器的低代价、高性能的频率补偿 电路。
本发明提出的频率补偿电路主要基于“电容中和”的原理，由电阻负载的全差分主 级放大器的同相输入输出端间插入可变增益的源极跟随器和补偿电容组成。
根据密勒效应，在主级放大器的输入端将看到由补偿电容形成的负电容。为完全 抵消CMOS晶体管源漏寄生电容Cgd所产生的正密勒电容，补偿电容的大小增大，大小为Cgd 的(1+11|)/(|4」-1)，其中1是主级放大器的增益，Auj是主级放大器和源极跟随器的增 益之积。本发明由于在主级电路的输出结点上附加的电容负载较小，电阻负载无穷大，因此 补偿电路不影响原有主级电路的直流增益和高频特性。在此基础上，由于补偿了 Cgd的密勒 效应而使主级放大器的频带显著拓宽。不仅如此，补偿电容的倍增还带来多项好处，包括版 图易匹配，对寄生电容的敏感度降低，后者对于高速放大器具有重要意义，可避免其发生振 荡，提高其稳定性。而补偿电容的可控性消除电路在不同电源电压或者工作温度下可能发 生的频率响应过冲，尤其是当本电路嵌入到其它电路模块中，可以方便地通过Vc被顶层电 路控制，在不增加管脚的同时，进一步保证整个电路的频带恒定和工作稳定性。
本发明的适用于高速集成放大器的频率补偿电路，其中，源极跟随器的增益由工 作在线性区的MOS管M。s控制，使MOS管Mci, Mc2形成的等效负密勒电容增大的倍数可控， 当该放大器单独工作或者作为放大单元嵌入顶层电路时，可以通过V。方便地控制频带的响应，使电路在不同电源电压或者工作温度下正反馈的量得到控制，使电路的带宽保持恒定， 提高电路的稳定性。
本发明的频率补偿电路可以单独应用于需要高速放大器的设备中，如测量仪器， 也可以作为辅助单元，应用于手机等通信电子类产品射频前端的部分电路模块。
图1是本发明设计的带频率补偿的集成放大器电路图。
图2是集成放大器的频率响应图，包括频率补偿与未补偿两种情况比较。
图3是带有频率补偿电路的集成放大器随V。变化的频率响应图。
具体实施方式
以下根据附图对本发明进行详细说明。
本发明设计的是适用于高速集成放大器的频率补偿电路，其基本应用图如图1所 示。该频率补偿电路由主级放大器和频率补偿电路构成。其中，主级放大器为电阻负载的 全差分放大器。电阻负载所带来的寄生电容相比有源负载较小，适于高频应用电路。频率 补偿电路由可变增益的源极跟随器以及一对补偿电容组成。输入信号施加在主级放大器输 入MOS管M1J2的栅端，在漏端的负载电阻1^ 上产生电压信号输出。MOS管MfM6构成源 极跟随器，MOS管M3, M4是源极跟随器的输入管，栅端分别连接在MOS管M1, M2的漏端。M5, M6是偏置MOS管。MOS管Mcs工作在线性区，接在MOS管M3,M4的源端，用以调节源极跟随器 的增益。MOS管Ma，MC2的源漏连接，工作在截止区，栅源(漏)的寄生电容用作补偿电容。由 于MOS管Ma，Mc2两端为主级放大器的输入和源极跟随器的输出，为同相输入与输出，等效 为负密勒电容，能够取消MOS管M1, M2栅漏寄生电容Cgd产生的密勒效应。在输入输出结点 上，看到的电容负载由以下两个等式表示
权利要求
1.一种适用于高速集成放大器的频率补偿电路，其特征在于该频率补偿电路由电阻负 载的全差分主级放大器以及在其同相输入输出端间插入的可变增益源极跟随器和一对补 偿电容组成。
2.根据权利要求1所述的适用于高速集成放大器的频率补偿电路，其特征在于输入信 号施加在主级放大器输入端分别为第一 MOS管(M1X第二 MOS管(M2)的栅端，分别在第一 MOS管(M1X第二 MOS管(M2)漏端的第一负载电阻(礼)、第二负载电阻( )上产生电压信号 输出；第三 第六MOS管(MfM6)构成源极跟随器，其中，第三MOS管(Μ3)、第四MOS管(M4) 是源极跟随器的输入管，它们的栅端分别连接在第一 MOS管(M1X第二 MOS管(M2)的漏端； 第五MOS管(M5)、第五MOS管(M6)是偏置MOS管；第七MOS管(Mcs)工作在线性区，接在第 三MOS管(M3)、第四MOS管(M4)的源端，用以调节源极跟随器的增益；第八MOS管(MC1)、第 九MOS管(Mc2)的源漏连接，工作在截止区，栅源(漏)的寄生电容用作补偿电容；第八MOS管 (Μα)、第九MOS管(Mra)两端分别为主级放大器的输入和源极跟随器的输出，为同相输入与 输出，等效为负密勒电容。
3 根据权利要求1或2所述的适用于高速集成放大器的频率补偿电路，其特征在于 第八MOS管(MciX第九MOS管(Mc2)的栅源电容是Cgd的(1+|AV|)/(|A」-1)倍，其中Av是主 级放大器的增益，Alp是主级放大器和源极跟随器的增益之积，Cgd是晶体管源漏寄生电容。
全文摘要
本发明属于集成放大器技术领域，具体为一种适用于高速集成放大器的频率补偿电路。该频率补偿电路由电阻负载的全差分主级放大器的同相输入输出端间插入可变增益的源极跟随器和一对补偿电容组成。该电路利用可控倍增的负密勒电容，在抵消CMOS晶体管源漏寄生电容Cgd所产生的正密勒电容效应的同时，对主级电路产生很小的负载效应，能够显著提高带宽。而且由于可以通过外部控制电压调节等效负密勒电容的大小，这种频率补偿技术还能消除电路在不同电源电压或者不同工作温度下可能发生的频率响应过冲，从而保证电路的频带恒定和工作稳定性。
文档编号H03F1/30GK102035478SQ201010543420
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者洪志良, 秦希, 黄杏丽 申请人:复旦大学