CN104734646A

CN104734646A - 应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法

Info

Publication number: CN104734646A
Application number: CN201510173716.6A
Authority: CN
Inventors: 徐义强; 施家鹏; 葛玉洋
Original assignee: WST (WUXI) MICROELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: Nanjing Guobo Electronics Co.,Ltd.
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2035-04-13
Also published as: CN104734646B

Abstract

本发明公开了一种应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法，在多级放大环路上的第一级和最后一级之间加入米勒电容，将所述米勒电容的一端连接最后一级放大器的输出端，另一端通过一个共栅级放大器连接到第一级放大器的输出端。本发明可以实现多级运放的频率补偿，结构简单，且环路带宽很高，应用在三级或以上的运放电路中。

Description

应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法

技术领域

本发明属于多级放大电路频率补偿领域，具体涉及一种多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法。

背景技术

LDO(低压差)线性电源中为了提高输出电压精度，一般会在内部设计高增益运算放大电路。随着集成电路工作电压的不断下降，高增益运放不能采用共源共栅结构，而多采用多级运算放大器级联。这样每增加一级放大电路就会相应带来一个极点，当放大级数达到3级甚至4级时，环路稳定性成为电路设计中最困难的部分，而且往往难以达到理想效果。在目前的LDO设计中，一般采用的补偿方法是通过限制输出电容的容值、ESR(等效串联电阻)的方法来将输出主极点同其它极点分离，同时在内部加入多个电容电阻增加零点用以抵消极点来达到环路稳定。但该方法不仅结构复杂增加了电路设计的难度，也限制了客户在使用***元件时的自由度，造成LDO电路通用性降低，而且环路带宽往往很低(低于1MHz)，影响电路工作速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法，只需要一个较小的电容就可以实现多级运放的频率补偿，结构简单，且环路带宽很高。

本发明的技术方案如下：

一种应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法，在多级放大环路上的第一级和最后一级之间加入米勒电容，所述米勒电容的一端连接最后一级放大器的输出端，另一端通过一个共栅级放大器连接到第一级放大器的输出端。

所述米勒电容连接共栅级放大器的源端。

所述多级放大环路的级数大于等于三级。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过单米勒电容实现多级运放的频率补偿，结构简单，且环路带宽很高。本发明和传统的嵌套式米勒补偿不同，嵌套式米勒补偿是将补偿电容直接接在最后一级输出端和第一级输出端之间。并且本发明在最后一级的漏和栅端间通过共栅极进行了隔离，补偿电容是从最后一级的漏端接到第一级的源端。本发明应用在三级或三级以上的运放电路中。

本发明的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是使用单米勒电容补偿的三级运放原理框图。

图2是使用单米勒电容补偿的三级运放等效小信号原理图。

图3是使用单米勒电容补偿的N(N>3)级运放原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

图1是使用单米勒电容补偿的三级运放原理框图，图2是使用单米勒电容补偿的三级运放等效小信号原理图。根据图2，列出使用单米勒电容补偿的三级运放四个节点的电流方程。

g_m1V_in-g_m0V_A＝sC_c(V_A-V_O) (1)

g_{m 0} V_{A} (R_{1} / / \frac{1}{{sC}_{1}}) = V_{1} - - - (2)

g_{m 2} V_{1} (R_{2} / / \frac{1}{{sC}_{2}}) = V_{2} - - - (3)

[{sC}_{c} (V_{A} - V_{o}) - g_{m 3} V_{2}] (R_{3} / / \frac{1}{{sC}_{3}}) = V_{o} - - - (4)

将(1)、(2)、(3)式代入(4)式可以得到从Vin到Vo的传输函数：

H (s) \approx \frac{g_{m 1} g_{m 2} g_{m 3} R_{1} R_{2} R_{3} [1 - \frac{C_{c}}{g_{m 0} g_{m 2} g_{m 3} R_{1} R_{2}} s - \frac{C_{C} (R_{1} C_{1} + R_{2} C_{2})}{g_{m 0} g_{m 2} g_{m 3} R_{1} R_{2}} s^{2} - \frac{C_{1} C_{2} C_{c}}{g_{m 0} g_{m 2} g_{m 3}} s^{3}]}{1 + g_{m 2} g_{m 3} R_{1} R_{2} R_{3} C_{c} s + R_{3} C_{3} (R_{1} C_{1} + R_{2} C_{2}) s^{2} + R_{1} C_{1} R_{2} C_{2} R_{3} C_{3} s^{3} + \frac{R_{1} C_{1} R_{2} C_{2} R_{3} C_{3} C_{c}}{g_{m 0}} s^{4}} - - - (5)

将式(5)按照标准多项式的形式整理，得到所有零点和极点的表达式：

z_{1} \approx \frac{g_{m 0} g_{m 2} g_{m 3} R_{1} R_{2}}{C_{c}} - - - (6)

z_{2} \approx \frac{- 1}{R_{1} C_{1} + R_{2} C_{2}} - - - (7)

z_{3} \approx - \frac{R_{1} C_{1} + R_{2} C_{2}}{R_{1} C_{1} R_{2} C_{2}} - - - (8)

p_{1} \approx - \frac{1}{g_{m 2} g_{m 3} R_{1} R_{2} R_{3} C_{c}} - - - (9)

p_{2} \approx - \frac{g_{m 2} g_{m 3} R_{1} R_{2} C_{c}}{(R_{1} C_{1} + R_{2} C_{2}) C_{3}} - - - (10)

p_{3} \approx - \frac{R_{1} C_{1} + R_{2} C_{2}}{R_{1} C_{1} R_{2} C_{2}} - - - (11)

p_{4} \approx \frac{g_{m 0}}{C_{c}} - - - (12)

z₃和p₃可以相互抵消，一般g_m*R>>1，则有p₄远大于p₁、p₂，p₁远小于z₁、z₂。因此，式(5)传输函数的相位移动主要是由p₁来完成，其结果类似于一个单极点放大器的传输函数，相位裕度约为90°。

当放大器级数扩展为N级(N>3)，如图3所示，主极点的表达式变为(以4级放大器为例)：

p_{1} \approx - \frac{1}{g_{m 2} g_{m 3} g_{m 4} R_{1} R_{2} R_{3} R_{4} C_{c}} - - - (13)

相比式(9)，p₁向原点又靠近了因此当放大器级数增加时，主极点相应向原点靠近，正好可以抵消由于放大级数增加带来的增益变高。因此，单米勒电容补偿在N(N>3)级放大器中仍然是起作用的。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法，其特征在于，在多级放大环路上的第一级和最后一级之间加入米勒电容，所述米勒电容的一端连接最后一级放大器的输出端，另一端通过一个共栅级放大器连接到第一级放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法，其特征在于，所述米勒电容连接共栅级放大器的源端。

3.根据权利要求1所述应用于多级放大电路的单米勒电容频率补偿方法，其特征在于，所述多级放大环路的级数大于等于三级。