一种三级运放有源网络米勒补偿电路的制作方法

1.本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种三级运放有源网络米勒补偿电路。


背景技术：

2.传统运算跨导放大器作为一个重要基础单元，被广泛应用于现代电子产品设计。随着集成电路行业的发展，所用设计工艺特征尺寸及产品供电电压不断下降，因此可在低电源电压下实现高增益和宽输出摆幅的多级运放受到设计人员越来越多的关注。但在多级运放的设计中随着增益级的增加，环路中高阻节点及低频极点也相应增加，需进行频率补偿以避免稳定性问题。
3.传统三级运放第二增益级通常采用反向放大结构，并基于反向网络米勒结构进行频率补偿。传统反向网络米勒补偿电路的小信号模型如附图1所示，由于补偿电容c
c1
和c
c2
会在环路中形成前馈通路，因此环路中将存在位于右半平面的零点，其将减小运放环路相位裕度、降低运放稳定性、限制运放最大可实现带宽。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种三级运放有源网络米勒补偿电路，以解决传统三级运放反向网络米勒补偿导致电路相位裕度和带宽减小、稳定性降低的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种三级运放有源网络米勒补偿电路，包括第一电容c
c1
、第二电容c
c2
、第三电容c
l
、nmos管mn1～nmos管mn7和pmos管mp1～pmos管mp8；其中，
6.nmos管mn1～mn4、pmos管mp1～mp5构成运放第一增益级，其为折叠共源共栅输入结构；
7.nmos管mn5、pmos管mp6构成运放第二增益级，其为反向放大结构；
8.nmos管mn6、pmos管mp7～mp8构成运放第三增益级，其中nmos管mn7为前馈增益级，两者构成伪ab类推挽输出结构，可提高运放输出对容性负载的驱动能力；
9.第一电容c
c1
、第二电容c
c2
为补偿电容，nmos管mn2为有源跨导反馈补偿级。
10.在一种实施方式中，所述第一电容c
c1
的上端接nmos管mn2的源端，下端接pmos管mp8的漏端；所述第二电容c
c2
的上端接pmos管mp5的漏端，下端接pmos管mp6的漏端；所述第三电容c
l
的上端接输出v
out
，下端接gnd。
11.在一种实施方式中，所述nmos管mn1的漏端接pmos管mp4的漏端，栅端接第三偏置电压v
b3
，源端接nmos管mn3的漏端；nmos管mn2的漏端接pmos管mp5的漏端，栅端接第三偏置电压v
b3
，源端接nmos管mn4的漏端；nmos管mn3的漏端接pmos管mp2的漏端，栅端接第二偏置电压v
b2
，源端接gnd；nmos管mn4的漏端接pmos管mp3的漏端，栅端接第二偏置电压v
b2
，其源端接gnd；nmos管mn5的漏端接pmos管mp6的漏端，栅端接nmos管mn2的漏端，源端接gnd；nmos管mn6的漏端接pmos管mp7的漏端，栅端接nmos管mn5的漏端，源端接gnd；nmos管mn7的漏端接pmos管mp8的漏端，栅端接nmos管mn2的漏端，源端接gnd。
12.在一种实施方式中，所述pmos管mp1的漏端同时接pmos管mp2的源端和pmos管mp3的源端，pmos管mp1的栅端接第一偏置电压v
b1
，源端接v
dd
；pmos管mp2的漏端接nmos管mn3的漏端，栅端接运放负输入端v
in-，源端接pmos管mp1的漏端；pmos管mp3的漏端接nmos管mn4的漏端，栅端接运放正输入端v
in
，源端接pmos管mp1的漏端；pmos管mp4的漏端接nmos管mn1的漏端，栅端接nmos管mn1的漏端，源端接v
dd
；pmos管mp5的漏端接nmos管mn2的漏端，栅端接pmos管mp4的栅端，源端接v
dd
；pmos管mp6的漏端接nmos管mn5的漏端，栅端接第一偏置电压v
b1
，源端接v
dd
；pmos管mp7的漏端接nmos管mn6的漏端，栅端接nmos管mn6的漏端，源端接v
dd
；pmos管mp8的漏端接nmos管mn7的漏端，栅端接pmos管mp7的栅端，源端接v
dd
。
13.本发明提供的一种三级运放有源网络米勒补偿电路，具有以下有益效果：
14.(1)本发明基于三级运放自身固有结构中跨导增益级进行补偿，无需引入额外器件，可简化逻辑设计和降低电路功耗；
15.(2)经补偿后，环路中左半平面零点被移动至右半平面，电路相位裕度大幅提升，稳定性增加。
附图说明
16.图1为传统反向网络米勒补偿电路小信号模型图；
17.图2为本发明提供的一种三级运放有源网络米勒补偿电路结构图；
18.图3为本发明提供的一种三级运放有源网络米勒补偿电路小信号模型图。
具体实施方式
19.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种三级运放有源网络米勒补偿电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
20.本发明提供一种三级运放有源网络米勒补偿电路，其具体结构如图2所示，包括第一电容c
c1
、第二电容c
c2
、第三电容c
l
、nmos管mn1～nmos管mn7和pmos管mp1～第八pmos管mp8。nmos管mn1～mn4、pmos管mp1～mp5为运放第一增益级，其为折叠共源共栅输入结构；nmos管mn5、pmos管mp6为运放第二增益级，其为反向放大结构；nmos管mn6、pmos管mp7～mp8为运放第三增益级，nmos管mn7为前馈增益级，两者构成伪ab类推挽输出结构，可提高运放输出对容性负载的驱动能力。c
c1
、c
c2
为补偿电容，nmos管mn2为有源跨导反馈补偿级。
21.所述第一电容c
c1
的上端接nmos管mn2的源端，下端接pmos管mp8的漏端；所述第二电容c
c2
的上端接pmos管mp5的漏端，下端接pmos管mp6的漏端；所述第三电容c
l
的上端接输出v
out
，下端接gnd；
22.所述nmos管mn1的漏端接pmos管mp4的漏端，栅端接第三偏置电压v
b3
，源端接nmos管mn3的漏端；nmos管mn2的漏端接pmos管mp5的漏端，栅端接第三偏置电压v
b3
，源端接nmos管mn4的漏端；nmos管mn3的漏端接pmos管mp2的漏端，栅端接第二偏置电压v
b2
，源端接gnd；nmos管mn4的漏端接pmos管mp3的漏端，栅端接第二偏置电压v
b2
，其源端接gnd；nmos管mn5的漏端接pmos管mp6的漏端，栅端接nmos管mn2的漏端，源端接gnd；nmos管mn6的漏端接pmos管mp7的漏端，栅端接nmos管mn5的漏端，源端接gnd；nmos管mn7的漏端接pmos管mp8的漏端，栅
端接nmos管mn2的漏端，源端接gnd；
23.pmos管mp1的漏端同时接pmos管mp2的源端和pmos管mp3的源端，pmos管mp1的栅端接第一偏置电压v
b1
，源端接v
dd
；pmos管mp2的漏端接nmos管mn3的漏端，栅端接运放负输入端v
in-，源端接pmos管mp1的漏端；pmos管mp3的漏端接nmos管mn4的漏端，栅端接运放正输入端v
in
，源端接pmos管mp1的漏端；pmos管mp4的漏端接nmos管mn1的漏端，栅端接nmos管mn1的漏端，源端接v
dd
；pmos管mp5的漏端接nmos管mn2的漏端，栅端接pmos管mp4的栅端，源端接v
dd
；pmos管mp6的漏端接nmos管mn5的漏端，栅端接第一偏置电压v
b1
，源端接v
dd
；pmos管mp7的漏端接nmos管mn6的漏端，栅端接nmos管mn6的漏端，源端接v
dd
；pmos管mp8的漏端接nmos管mn7的漏端，栅端接pmos管mp7的栅端，源端接v
dd
。
24.本发明的工作原理为：
25.图3所示三级运放有源网络米勒补偿电路的小信号模型图中，g
m1
、-g
m2
、g
m3
为第一到第三增益级等效跨导，r
o1
～r
o3
为第一到第三增益级等效输出阻抗，c
o1
、c
o2
、c
l
为第一到第三增益级等效输出电容。c
c1
为补偿电容，补偿电容c
c1
与有源反馈级串联，g
mb
和rb为有源反馈级的跨导和输入阻抗，g
mb
＝1/rb。c
c2
为补偿电容，其与第二增益级并联；-g
mf
为前馈增益级。
26.合理选取电路器件参数确保补偿电容大于寄生电容(即c
c1
＞＞c
o1
、c
c2
＞＞c
o2
)和每个增益级的放大倍数远大于1(即g
m1ro1
＞＞1、g
m2ro2
＞＞1、g
m3ro3
＞＞1)，则可得三级运放开环传输函数如(1)式所示：
[0027][0028]
其中a0代表直流增益，如(2)式所示；ω
p1
代表主极点，如(3)式所示：
[0029]
a0＝g
m1ro1gm2ro2gm3ro3
(2)
[0030][0031]
单位增益带宽如(4)式所示：
[0032][0033]
如g
mf
》g
m3
，则(1)式中两个零点均位于左半平面；如g
mf
＝g
m3
，则(1)式中仅存在一个位于左半平面零点，且传输函数可简化为(5)式，此时唯一零点如(6)式所示：
[0034][0035]
[0036]
通常c
c1
＜＜c
l
，此时对相位裕度φ有(7)式成立，其中φz代表零点引起的相移，
[0037][0038]
因此如未满足特定相位裕度φ的要求，可按(8)式完成补偿电容c
c1
取值：
[0039][0040]
补偿电容c
c2
并未直接与负载电容相连，因此其取值不影响运放闭环稳定性。同时由(5)式可知，c
c2
取值越小，其所引入共轭复极点频率越高，从而运放具有更好的相位裕度和稳定性。
[0041]gmb
不可任意取值，如想电路在瞬态响应时不存在过冲，则g
mb
应满足(9)式条件：
[0042][0043]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。