專利名稱：全差動(dòng)式放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種放大器，特別是指一種全差動(dòng)式放大器。
背景技術(shù)：
全差動(dòng)式放大器(Fully Differential Amplifier)具有良好的抗噪聲 能力，因此在現(xiàn)今的模擬集成電路中常被使用。由于全差動(dòng)式放大器的共模 回路增益通常不夠大，導(dǎo)致其差動(dòng)輸出電壓的共模電平會(huì)漂移，因此需要一 共模反饋(Common Mode Feedback, CMFB )電路來建立該共模電平。
參閱圖1, 一全差動(dòng)式放大器包含一第一放大級(jí)l、 一第二放大級(jí)2及一 共模反饋電路3,其中，該共模反饋電路3包括一共模電平感測單元31及一 放大單元32。由于該全差動(dòng)式放大器是一閉回路系統(tǒng)，本身有穩(wěn)定度 (Stability)的問題，如果沒有把頻率補(bǔ)償做好，將會(huì)發(fā)生振蕩。公知的共 模頻率外卜償方法有以下二種
(1) 降低回路增益(Loop Gain)
在極點(diǎn)(Pole)頻率不變的情況下，當(dāng)回路增益變小時(shí)，均一增益(Unity Gain)頻率會(huì)往.低頻方向移動(dòng)，使得相位邊限(Phase Margin)變大。公知 做法可在該放大單元32加入一對(duì)電阻(圖未示)，以源極退化(Source Degeneration)的方式來降低回路增益，也可在該第一放大級(jí)1加入一對(duì)電 流源(圖未示)，以減少反饋電流鏡之電流比的方式來降低回路增益。然而， 此種方法卻會(huì)導(dǎo)致頻寬較低、偏移電壓(Offset Voltage)較大及共模噪聲 較大等問題。
(2) 增加零點(diǎn)(Zero)
除上述的方法之外，亦可在該共模反饋電路3加入一零點(diǎn)產(chǎn)生單元(圖 未示)，并藉由增加零點(diǎn)所產(chǎn)生的相位領(lǐng)先(Lead),來減少極點(diǎn)的相位落后 (Lag),使得相位邊限變大。然而，此方法受到處理飄移的影響較大，且該 零點(diǎn)產(chǎn)生單元需要大電阻及大電容，以使其所增加的零點(diǎn)位在低頻處，如此 將導(dǎo)致需要增加更多面積以放入該零點(diǎn)產(chǎn)生單元。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的即在提供一種頻寬高、偏置電壓小、共模噪聲小、 受處理飄移影響小且面積小的全差動(dòng)式放大器。
于是，本發(fā)明全差動(dòng)式放大器包含N個(gè)放大級(jí)、 一共模反饋電路及一共
模頻率補(bǔ)償電路。
該N個(gè)放大級(jí)包括一第一放大級(jí)、…以及一第N放大級(jí)，其中該第一放 大級(jí)、…以及該第N放大級(jí)依序串接以產(chǎn)生一對(duì)差動(dòng)輸出電壓，其中N為大 于等于2的正整數(shù)。
該共模反饋電路用于感測該對(duì)差動(dòng)輸出電壓的一共模電平，并根據(jù)該共 模電平控制該第一放大級(jí)。
該共模頻率補(bǔ)償電路包括一對(duì)電容，其中每一該對(duì)電容的一第一端分別 接收該對(duì)差動(dòng)輸出電壓，每一該對(duì)電容的一第二端耦接至該第一放大級(jí)、… 以及該第N-l放大級(jí)的一共模點(diǎn)。


圖l是一電路示意圖，說明一全差動(dòng)式放大器；
圖2是一電路示意圖，說明本發(fā)明全差動(dòng)式放大器的較佳實(shí)施例；
圖3是一示意圖，說明米勒補(bǔ)償?shù)姆蛛x極點(diǎn)特性；
圖4是一電路示意圖，說明該較佳實(shí)施例如何提高差?；芈分械姆侵鳂O 點(diǎn)頻率；及
圖5是一電路示意圖，說明該較佳實(shí)施例使用其它共模點(diǎn)的情況。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式 的一個(gè)較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚地呈現(xiàn)。
參閱圖2，本發(fā)明全差動(dòng)式放大器的較佳實(shí)施例包含一第一放大級(jí)4、 一 第二放大級(jí)5、 一共模反饋電路6、 一共模頻率補(bǔ)償電路7及一差模頻率補(bǔ)償 電路8。該第一及該第二放大級(jí)4、 5依序放大一對(duì)差動(dòng)輸入電壓VIP、 VIN,以 產(chǎn)生一對(duì)差動(dòng)輸出電壓VQP、 VQN。該共模反饋電路6用于調(diào)整該對(duì)差動(dòng)輸入電 壓V,p、 V^的共模電平，且包括一共模電平感測單元61及一放大單元62。其 中，該共模電平感測單元61感測該共模電平，該放大單元62放大該共模電平與一參考電壓V，的差異,并將一放大結(jié)果VpB反饋到該第一放大級(jí)4。如
此一來，可以使該共模電平實(shí)質(zhì)上與該參考電壓v加相同。
該共模頻率補(bǔ)償電路7用于補(bǔ)償共模頻率響應(yīng)，且包括一對(duì)電容71,其 中每一個(gè)電容71的一端分別接收該對(duì)差動(dòng)輸出電壓V。p、 V。N,而另一端耦接 到該第一放大級(jí)4中的一共模點(diǎn)A。該差模頻率補(bǔ)償電路8用于補(bǔ)償差模頻 率響應(yīng)，且包括一對(duì)電容81,其中每一個(gè)電容81的一端分別接收該對(duì)差動(dòng) 輸出電壓V。p、 V。N,而另一端分別耦接到該第一放大級(jí)4中的一對(duì)差才莫點(diǎn)。
在本實(shí)施例中，差?；芈饭灿卸€(gè)放大級(jí)，因此有二個(gè)極點(diǎn)，其均一增 益頻率、非主極點(diǎn)頻率及相位邊限分別如下所示
L81 4 T

其中，他是均一增益頻率，站2是非主極點(diǎn)頻率，/W是相位邊限，g組是
該第一放大級(jí)4的PMOS 41的互導(dǎo)(Transconductance), ^是該電容81的 值，&51是該第二放大級(jí)5的麗OS 51的互導(dǎo)，G是補(bǔ)償前在該對(duì)差動(dòng)輸出電 壓V。p、 V。n的輸出點(diǎn)B看到的電容值，G,是該電容71的電容值，而^是反饋因 子(Feedback Factor )。
在本實(shí)施例中，共模回路共有三個(gè)放大級(jí)，因此有三個(gè)極點(diǎn)，其均一增 益頻率、非主極點(diǎn)頻率及相位邊限分別如下所示
廣廣 7/72_c — 廣 ？/ 3 —c 廣 gm622 + 4 4
綴二90 — tan一1
-tan一1
L 2—JL —J
其中，戰(zhàn)-e是均一增益頻率，幼"、叫3_。是非主極點(diǎn)頻率，/w是相位邊限，
g,超是該放大單元62的PM0S 621的互導(dǎo)，^622是該放大單元62的麗0S 622 的互導(dǎo)，&2是該第一放大級(jí)4的麗0S 42的互導(dǎo)，而G是在該放大結(jié)果VFB 的反饋點(diǎn)C看到的電容值。
在本實(shí)施例中，因?yàn)槊桌招?yīng)(Miller Effect)的關(guān)系，每一電容71 可以產(chǎn)生一等效電容，其值為(1-4jC71,且^是從該共模點(diǎn)A到該對(duì)差動(dòng) 輸出電壓V。p、 V。n的輸出點(diǎn)B的電壓增益。當(dāng)A<-1時(shí)，(l-4jC71〉2C71，因 此該共模頻率補(bǔ)償電路7只需要較小的電容，就可以達(dá)到共模頻率補(bǔ)償?shù)男?果。參閱圖3,米勒補(bǔ)償還有極點(diǎn)分離(Pole Splitting)的特性，當(dāng)該對(duì) 電容71的值Cn增加時(shí)，主極點(diǎn)頻率詠—。會(huì)往低頻方向移動(dòng)(如線91所示)，而非主極點(diǎn)頻率叫2—。會(huì)往高頻方向移動(dòng)(如線92所示)，因而使得頻寬較大。
然而，由于該共模頻率補(bǔ)償電路7在該對(duì)差動(dòng)輸出電壓V。P、 V。N的輸出點(diǎn)
B看到的電容性負(fù)載會(huì)增加，使得差?；芈分械姆侵鳂O點(diǎn)叫2無法達(dá)到
gm5I/Cs。請參閱圖4,該共模頻率補(bǔ)償電路7可更包含一對(duì)電阻72,且該對(duì)
電容71的一端分別透過該對(duì)電阻72耦接到該共模點(diǎn)A。此時(shí)，在該對(duì)差動(dòng)
輸出電壓V。P、 V訓(xùn)的輸出點(diǎn)B看到的阻抗如下所示
&(1 + W72C71)
《c71+(i+w72c71Xi+^c￡
&_
:+(i+《cs)
(1 + W72C71
其中，^是在該輸出點(diǎn)B看到的阻抗，而l是該電阻72的值。當(dāng)A2〉〉A(chǔ) 時(shí)，tl/gw， Zji s/(l + WflCj,因此 22^51/^。在本實(shí)施例中，是 將4設(shè)定為1/&,51的2—3倍，但不應(yīng)以此為限。
值得注意的是，該對(duì)電容71的一端也可以是分別透過該對(duì)電阻72耦接 至該第一放大級(jí)4中的其它共模點(diǎn)(例如圖5中的一共才莫點(diǎn)D),只要從該 共^^點(diǎn)到該對(duì)差動(dòng)輸出電壓V。P、 V。w的輸出點(diǎn)B的電壓增益為負(fù)值即可。另外， 該全差動(dòng)式放大器可以是包含N個(gè)放大級(jí)，分別是依序串接的一第一至一第 N方文大級(jí)，且依序》丈大該對(duì)差動(dòng)輸入電壓VIP、 VIN,以產(chǎn)生該對(duì)差動(dòng)輸出電壓 V0P、 V。N,其中N為大于等于2的正整數(shù)。該共模頻率補(bǔ)償電路7是耦接在該 對(duì)差動(dòng)輸出電壓V、 V。w的輸出點(diǎn)及該第一至一第N-1放大級(jí)中的一共模點(diǎn)之 間。
歸納上述，本發(fā)明藉由米勒補(bǔ)償來進(jìn)行共模頻率響應(yīng)的補(bǔ)償，在不會(huì)降 低回路增益的情況下，使得頻寬高、偏移電壓小、共模噪聲小，而且受處理 飄移影響小，加上所使用的電阻及電容較小，使得面積亦小，因此確實(shí)能達(dá) 到本發(fā)明的目的。
惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明 實(shí)施的范圍，即大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等 效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種全差動(dòng)式放大器，包括N個(gè)放大級(jí)，包括一第一放大級(jí)、...以及一第N放大級(jí)，其中該第一放大級(jí)、...以及該第N放大級(jí)依序串接以產(chǎn)生一對(duì)差動(dòng)輸出電壓，其中N為大于等于2的正整數(shù)；一共模反饋電路，用于感測該對(duì)差動(dòng)輸出電壓的一共模電平，并根據(jù)該共模電平控制該第一放大級(jí)；及一共模頻率補(bǔ)償電路，包括一對(duì)電容，其中每一該對(duì)電容的一第一端分別接收該對(duì)差動(dòng)輸出電壓，每一該對(duì)電容的一第二端耦接至該第一放大級(jí)、...以及該第N-1放大級(jí)的一共模點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全差動(dòng)式放大器，其中該共模點(diǎn)到該對(duì)差動(dòng)輸 出電壓的一輸出點(diǎn)的一電壓增益為負(fù)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全差動(dòng)式放大器，其中該共模頻率補(bǔ)償電路更 包括一對(duì)電阻，且每一該對(duì)電容的該第二端分別透過該對(duì)電阻耦接至該共模 點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全差動(dòng)式放大器，其中該對(duì)電阻分別的電阻值 實(shí)質(zhì)上等于該第N放大級(jí)互導(dǎo)倒數(shù)的2至3倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全差動(dòng)式放大器，其中該共模頻率補(bǔ)償電路包括一共模電平感測單元，用于感測該共模電平；及一放大單元，用于放大該共模電平與一參考電壓的差異，并產(chǎn)生一放大 結(jié)果；其中該放大結(jié)果反饋至該第一放大級(jí)，以使得該共模電平實(shí)質(zhì)上與該 參考電壓相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全差動(dòng)式放大器，其更包括一差模頻率補(bǔ)償電 路，用于補(bǔ)償差模頻率響應(yīng)。
7. —種全差動(dòng)式放大器，包括 一第一放大級(jí)；一第二放大級(jí)，串接至該第一放大級(jí)以產(chǎn)生一對(duì)差動(dòng)輸出電壓； 一共模反饋電路，用于感測該對(duì)差動(dòng)輸出電壓的一共模電平，并根據(jù)該 共模電平控制該第一放大級(jí)；及一共模頻率補(bǔ)償電路，包括一對(duì)電容，其中每一該對(duì)電容的一第一端分別接收該對(duì)差動(dòng)輸出電壓，每一該對(duì)電容的一第二端耦接至該第一放大級(jí)以 及該第二放大級(jí)的一共模點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全差動(dòng)式放大器，其中該共模點(diǎn)到該對(duì)差動(dòng)輸 出電壓的一輸出點(diǎn)的一電壓增益為負(fù)值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全差動(dòng)式放大器，其中該共模頻率補(bǔ)償電路更 包括一對(duì)電阻，且每一該對(duì)電容的該第二端分別透過該對(duì)電阻耦接至該共模 點(diǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的全差動(dòng)式放大器，其中該對(duì)電阻分別的電阻值 實(shí)質(zhì)上等于該第二放大級(jí)互導(dǎo)倒數(shù)的2至3倍。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全差動(dòng)式放大器，其中該共模頻率補(bǔ)償電路包括一共^f莫電平感測單元，用于感測該共^f莫電平；及 一放大單元，用于放大該共模電平與一參考電壓的差異，并產(chǎn)生一放大 結(jié)果；其中該放大結(jié)果反饋至該第一放大級(jí)，以使得該共模電平實(shí)質(zhì)上與該參 考電壓相同。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全差動(dòng)式放大器，其更包括一差模頻率補(bǔ)償電 路，用于補(bǔ)償差模頻率響應(yīng)。
全文摘要
一種全差動(dòng)式放大器，包括N個(gè)放大級(jí)，包括一第一放大級(jí)、…以及一第N放大級(jí)，其中該第一放大級(jí)、…以及該第N放大級(jí)依序串接以產(chǎn)生一對(duì)差動(dòng)輸出電壓，其中N為大于等于2的正整數(shù)；一共模反饋電路，用于感測該對(duì)差動(dòng)輸出電壓的一共模電平，并根據(jù)該共模電平控制該第一放大級(jí)；及一共模頻率補(bǔ)償電路，包括一對(duì)電容，其中每一該對(duì)電容的一第一端分別接收該對(duì)差動(dòng)輸出電壓，每一該對(duì)電容的一第二端耦接至該第一放大級(jí)、…以及該第N-1放大級(jí)的一共模點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101471630SQ20071016015
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者張文華 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司