一种采用共栅频率补偿的轨到轨输入／输出放大器

一
种 采 用 共 栅 频 率 补 偿 的 轨 到 轨 输 入 ／ 出放 大 器 输
王为之 靳东明
（ 华 大 学 微 电子 学 研 究 所 ，北 京 １０ ８ ） 清 ０ ０４
摘 要 ：提 出 了一 种 采 用 共 栅 频 率 补偿 的 轨 到 轨 输 入 ／ 出放 大 器 ， 传 统 的 Ｍｉｅ 补 偿 相 比 ， 放 大 器 不 仅 可 以 消 输 与 ｌｒ ｌ 该 除 相 平 面右 边 的低 频 零 点 ， 少 频 率 补 偿 所 需 要 的 电 容 ， 可 获 得 较 高 的 单 位 增 益 带 宽 ． 提 出 的 放 大 器 通 过 减 还 所 Ｃ ＭＣ ０６ｚ ＣＭＯＳ数 模 混 合 工 艺 进 行 了仿 真 设 计 和流 片测 试 ： 供 电 电 压 为 ５ 偏 置 电 流 为 ２ “ 负 载 电 容 为 Ｓ ． ｔ ｍ 当 Ｖ， ０ Ａ， １ｐ ０ Ｆ时 ， 功 耗 为 １３ ｍＷ ， 位 增 益 带 宽 为 ２ ＭＨｚ 当 该 放 大 器 作 为 缓 冲 器 ， 电 电 压 为 ３ 负 载 电 容 为 其 ．４ 单 ５ ； 供 Ｖ， １ ０ Ｆ， 入 ２ ６ ｐ １ ｋ ５ｐ 输 ．６Ｖ ｐ ０ Ｈｚ正 弦 信 号 时 ， 谐 波 失 真 Ｔ 总 ＨＤ 为 一５ ． ｄ １ ６ Ｂ． 关 键 词 ：轨 到 轨 ；缓 冲级 ；放 大 器 ；ＣＭＯＳ
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两个 补偿 电容ｌ ， Ｌ 其输 出极 点 可简单 的表示 为 （ １ ］ 假设 ｇ 等于 ｇ ， 是 负载 电容 ） 。 Ｃ ：
ｔ一 （ ２）
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２ 电 路 结 构 和 原 理
图 ｌ ａ 是 本 文提 出 的轨 到轨 输 入 ／ 出放 大 器 （） 输 的 电路 图． 由三个 部分 构成 ： 到轨互 补差 分输 入 它 轨 对 （ ～ Ｍ４ ， Ｍ１ ） 电流 求 和电路 （ ～Ｍ１ ） ｃａｓＡ Ｍ５ ２ ，ｌｓ． Ｂ 输 出级 （ ３ Ｍ２ ） 和共 栅 补 偿 电路 （ ５ Ｍ２ Ｍ１ ～ ４， Ｍ２ ， ６
ＥＥＡＣＣ ： １ ２０； ２５ ０Ｄ ２ ７
中 图分 类号 ：Ｔ ３ Ｎ４ ２
文 献标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：０ ５ — １ ７ ２ ０ ） １２ ２ —４ ２ ３ ４ ７ （０ ６ １ － ０ ５０
级决 定 ：
１ 引 言
随着供 电电压 的降低 ， 得到 足够 的信 噪 比 ， 为 要 求 放大 器 的 输 入 级 能 够 处 理 轨 到 轨 的 共 模 输 入 电 压 ， 可 以采用 互补 差分输 入 对来 实现 ． 样 的输 入 这 这 级再加 上 ｃａｓ ｌｓ ＡＢ输 出级 就 构成 了轨 到轨 输 入／ ． 输 出 电压 的放 大器 ｌ 。． 种放大器具 备较强 的驱 动能 ＿ ］这 １ ￣ 力 ， 以作为模 拟 电路 的输 出缓 冲器 ． 常 的轨 到轨 可 通 放 大器是多级放 大器 ， 需要 两个 （ 两个 以上） 或 电容作 为 Ｍｉｅ 补偿 以提供 足够 的相位 裕 度＿ ］ 这 不仅 会 ｌｒ ｌ １ ． “ 占用大量 的面积 ， 也限制 了单位增 益带 宽 ； 而且 ， 当多 级放大器作 为输 出缓 冲器时 ， 电路 的稳定性 还容 易随 负载 电容大小 的变化 而改变 ， 产生震荡 ［ ． ５ ３ 本 文 提 出了一种 采 用共 栅 （ｏ ｃ ｍｍｏ ．ａｅ 频 率 ｎｇ ｔ） 补偿 的 轨 到 轨 输 入 ／ 出放 大 器 ， 输 与传 统 的 Ｍｉ ｅ ｌｒ ｌ 补偿 相 比 ， 该放 大器 不仅 可 以消 除 相平 面右 边 的低 频零 点 ， 而且 只需一 个补 偿 电容 ， 而 可 以获 得较 高 从 的单 位增 益带 宽 ； 当它用 作缓 冲器 时 ， 稳定 性 随负 其 载 电容大 小 的变化 也都有 所 改善 ．
Ｖ ｕ． ＝ ｌ Ｇ ＋ Ｇ ｓＰ ｌ ｓ ｌ ｓ Ⅲ Ｐ Ｎ＋２ ｓ Ａ ＶＤ Ｔ
（Hale Waihona Puke １ 其 中 。Ｎ ｓ和 。 分别 是 ｎ ｓ Ｐ ＭＯＳ输 入对 （ ， ） Ｍ１ Ｍ２ 和ｐ ＭＯＳ输入 对 （ ， ） Ｍ３ Ｍ４ 的栅 源 电压 ； 。 Ｔ 经 ＶＳ 是 Ａ 过尾 电流 源 （ ７ Ｍ２ ） Ｍ２ ， ８ 的饱 和 压 降 ． ５和 Ｍ１ Ｍ１ ６ 的源 漏 电 压 差 用 来 控 制 ｃａｓ ｌｓ． 输 出 级 Ｍ２ ＡＢ ３和 Ｍ２ ， 偏压 分别 由接 成 二 极 管形 式 的 晶 体管 Ｍ１ ４其 ７ Ｍ２ ０和偏 置 电流 ， ｎ构 成 的两 条 支 路 提 供 ． 两 这 条 支路所 需 的供 电 电压在 （ ） １ 式所 限制 的最 小工 作 电压范 围 内．ｌｓ． ｃａｓＡＢ控制 电路 Ｍ１ ５和 Ｍ１ ， 压 ６偏 支 路 Ｍ１ ￣Ｍ２ ７ ２和输 出电路 Ｍ２ ３和 Ｍ２ ４决 定 了输 出 级 的 静 态 电 流 ． 流 求 和 电 路 由 浮 动 电 流 源 电 Ｍ１ Ｍ１ ３， ４提 供 偏 置 电流 ， 结 构 类 似 ｃａｓ 其 ｌｓ ＡＢ控 ． 制 电路 ， 可产 生与供 电电压无 关 的静 态 电流 ． 统 的 传 Ｍｉ ｅ 补偿要 求在 Ｍ２ ｌｒ ｌ ３和 Ｍ２ ４栅 漏 两端 分 别接 入
和 Ｃ。 ． ）
由于 电容 的前馈 通 路 ， ｌ ｒ 偿 引入 了一个 相平 Ｍｉｅ 补 ｌ 面右侧 的零 点 ， （ ） 所 示 ， 零 点减 小 了相 位裕 如 ３式 该 度， 限制 了单 位增 益带 宽 ； 以通 过在 补偿 电容一端 可 串联消零 电阻或者 共 栅 补 偿来 消 除这 个 零 点 ， 大 增 放 大器 的带 宽Ｉ ］ ５ ． 针 对 ｃａｓＡＢ输 出级 的特殊 结 构 ， 文采 用共 ｌｓ ． 本 享 一个 补偿 电容 的共栅 频率 补偿 来 阻止通 过 电容的 前 馈 电流 ， 并将相 平 面右侧 零点 移至 高频 ． 假设 只考
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第２ ７卷 第 １ 期 １ ２０ ０ ６年 １ 月 １
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ＶＯ１ ２ ＮＯ． １ ．７ １ ＮＯＶ． ２０ ， ０６
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