一种带有零点补偿的三级放大器的制作方法

一种带有零点补偿的三级放大器
1.技术领域：本发明涉及集成电路设计及应用领域，特别是涉及一种带有零点补偿的放大器。


背景技术：

2.如今，随着集成电路的制造工艺不断进步，电源电压也降得越来越低，越来越多的电路设计者注意到了低压多级放大器的好处。多个增益级的级联结构不仅能够实现高增益，而且在低电源电压下还能保持较大的电压摆幅。但是多级放大器相比于单级放大器也有劣势，多级放大器的带宽变低了。多个增益级级联结构的频率补偿技术是个难点。多个增益级有多个高阻抗节点，频率补偿技术重新分配极点的位置，以确保稳定性。传统的频率补偿技术是通过极点分裂，减小主极点的频率来获得理想的相位裕度，这就是传统的密勒补偿。常用的频率补偿技术就是简单的密勒补偿和嵌套密勒补偿(nmc)。在多级运放设计中，非主极点的零极点对抵消通常是很难完全抵消的，所以就需要控制非主极点，最好将非主极点推到高频或者取消。这种频率补偿的做法多样，但效果不一定明显。因此，为了解决上述问题，有必要提出一种新的带有零点补偿的放大器，解决上述问题。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带有零点补偿的
4.放大器结构，用于解决现有技术中三级运放的频率补偿的难点问题。
5.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种带有零点补偿的放大器，其特征在于，包括：第一级输入级，第二级前馈级，第三级推挽输出级，及电容补偿部分。
6.所述第一级输入级，为折叠式共源共栅结构，所述折叠式共源共栅由pmos管pm1、pmos管pm2、pmos管pm3、pmos管pm4、pmos管pm5、pmos管pm6、pmos管pm7、pmos管pm8、pmos管pm9、pmos管pm9、nmos管nm1、nmos管nm2、nmos管nm3、nmos管nm4构成。
7.所述pmos管pm1、pm2的源端接电源，所述pmos管pm1、pm2的漏端接pmos管pm3、pm4源端，所述pmos管pm1、pm2的栅端接偏置电压vb1。所述pmos管pm3、pm4的漏端接pmos管pm5、pm6源端，所述pmos管pm3、pm4的栅端接偏置电压vb2。所述pmos管pm5、pm6作为输入管，所述pmos管pm5、pm6的栅端作为输入端，所述pmos管pm5、pm6的漏端分别与nmos管nm1的源端、nmos管nm3的漏端，nmos管nm2、nmos管nm4的漏端相连。所述nmos管nm3、nmos管nm4的源端接地。所述nmos管nm3、nmos管nm4的栅端接偏置电压vb4。所述nmos管nm1、nmos管nm2的栅端接偏置电压vb3。所述nmos管nm1的漏端分别与pmos管pm7、pm8的栅端，pmos管pm9的漏端，pmos管pm12的栅端相连。所述nmos管nm2的漏端分别与pmos管pm10的漏端，pmos管pm11的栅端，以及电容c1相连。所述pmos管pm9、pmos管nm10的栅端接偏置电压vb2。所述pmos管pm9、pmos管pm10的源端接pmos管pm7、pm8的漏端。所述pmos管pm7、pmos管pm10的源端接电源。
8.所述第二级前馈级，由pmos管pm11、pmos管pm12、nmos管nm5、nmos管nm6、电阻r1、r2、r3，电容c3、c4构成。
9.所述第二级由pmos管pm11实现，通过一对电流镜nmos管nm5、nmos管nm6，前馈pmos
管pm12，反馈电阻r1，第二级输出端串联电阻r2、r3、电容c3、c4组成。
10.所述pmos管pm11、pmos管pm12的源端接电源。所述pmos管pm11的漏端分别与nmos管nm5的漏端、栅端，nmos管nm6的栅端，电阻r1相连。所述nmos管nm5、nm6源端接地。所述nmos管nm6的漏端分别与pmos管pm12的漏端、nmos管nm8的源端、pmos管pm18的漏端、nmos管nm12的栅端、电阻r1、电阻r3相连。电容c3与电阻r2相接。所述电容c4与电阻r3相接。
11.所述反馈电阻r1，通过使用负反馈电阻来提高电路环路的线性度，抑制可能带来的毛刺。
12.所述pmos管pm12为前馈通路，产生带宽附近的零点，补偿主要由米勒补偿电容c1实现。
13.所述电容c2较小，产生的零点较为高频，对频率补偿起的作用较小。所以增加了控制阻尼因子的零点补偿方式。通过串联电阻电容r2c3和r3c4减小阻抗衰减，实现控制阻尼因子。该块衰减了第二级输出的高频电阻，并实现了复极的频率和q因子之间的优化折衷。当低频电阻保持不变时，高直流增益也保持不变。
14.所述第三级由pmos管pm13、pmos管pm14、pmos管pm15、pmos管pm16、pmos管pm17、pmos管pm18、pmos管pm19、pmos管pm120、nmos管nm7、nmos管nm8、nmos管nm9、nmos管nm10、nmos管nm11、nmos管nm12构成。
15.所述pmos管pm13、pm15的源端接电源。所述pmos管pm13、pm15的栅端接偏置电压vb1。所述pmos管pm13的漏端接pmos管pm14的源端。所述pmos管pm15的漏端分别与pmos管pm16的源端，电容c2相连。所述pmos管pm14、pmos管pm16的栅端接偏置电压vb2。所述pmos管pm14的漏端分别与nmos管nm7的漏端栅端，nmos管nm8的栅端相接。所述nmos管nm7的源端接nmos管nm9的栅端漏端。所述nmos管nm9的栅端和漏端相接。所述nmos管nm9的源端接地。所述pmos管pm16的漏端分别和nmos管的nm8的漏端，pmos管pm18的源端，pmos管pm20的栅端，电阻r2相连。所述pmos管的pm18的栅端分别与pmos管pm19的栅端漏端，nmos管nm11的漏端相接。所述pmos管的pm19的栅端和漏端相接。所述pmos管的pm19的源端接pmos管pm17的栅端漏端。所述pmos管的pm17的栅端和漏端相接。所述pmos管的pm17的源端接电源。所述nmos管nm11的栅端接偏置电压vb3。所述nmos管的nm11的源端接nmos管nm10的漏端。所述nmos管的nm10的栅端接偏置电压vb4。所述nmos管的nm10的源端接地。所述pmos管的pm20的源端接电源。所述pmos管的pm20的漏端分别与电容c1、c2，nm12的漏端，输出端相接。
16.所述电容补偿部分由电容c1、c2构成。c1为第一级和第三级的补偿电容，c2为第二级和第三级的补偿电容。与电容相连的管子分别为pmos管pm10、pmos管pm11pmos管pm20、nmos管nm2、nmos管nm12；所述电容c1分别与pmos管pm10的漏端、pmos管pm11的栅端、pmos管pm20的漏端、nmos管nm2的漏端、nmos管nm12的漏端相连。
具体实施方式：
17.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
18.请参阅图1，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局
形态也可能更为复杂。
19.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种带有零点补偿的放大器，其特征在于，包括：第一级输入级，第二级前馈级，第三级推挽输出级，及电容补偿部分。
20.所述第一级输入级，为折叠式共源共栅结构，所述折叠式共源共栅由pmos管pm1、pmos管pm2、pmos管pm3、pmos管pm4、pmos管pm5、pmos管pm6、pmos管pm7、pmos管pm8、pmos管pm9、pmos管pm9、nmos管nm1、nmos管nm2、nmos管nm3、nmos管nm4构成。
21.所述pmos管pm1、pm2的源端接电源，所述pmos管pm1、pm2的漏端接pmos管pm3、pm4源端，所述pmos管pm1、pm2的栅端接偏置电压vb1。所述pmos管pm3、pm4的漏端接pmos管pm5、pm6源端，所述pmos管pm3、pm4的栅端接偏置电压vb2。所述pmos管pm5、pm6作为输入管，所述pmos管pm5、pm6的栅端作为输入端，所述pmos管pm5、pm6的漏端分别与nmos管nm1的源端、nmos管nm3的漏端，nmos管nm2、nmos管nm4的漏端相连。所述nmos管nm3、nmos管nm4的源端接地。所述nmos管nm3、nmos管nm4的栅端接偏置电压vb4。所述nmos管nm1、nmos管nm2的栅端接偏置电压vb3。所述nmos管nm1的漏端分别与pmos管pm7、pm8的栅端，pmos管pm9的漏端，pmos管pm12的栅端相连。所述nmos管nm2的漏端分别与pmos管pm10的漏端，pmos管pm11的栅端，以及电容c1相连。所述pmos管pm9、pmos管nm10的栅端接偏置电压vb2。所述pmos管pm9、pmos管pm10的源端接pmos管pm7、pm8的漏端。所述pmos管pm7、pmos管pm10的源端接电源。
22.所述第二级前馈级，由pmos管pm11、pmos管pm12、nmos管nm5、nmos管nm6、电阻r1、r2、r3，电容c3、c4构成。
23.所述第二级由pmos管pm11实现，通过一对电流镜nmos管nm5、nmos管nm6，前馈pmos管pm12，反馈电阻r1，第二级输出端串联电阻r2、r3、电容c3、c4组成。
24.所述pmos管pm11、pmos管pm12的源端接电源。所述pmos管pm11的漏端分别与nmos管nm5的漏端、栅端，nmos管nm6的栅端，电阻r1相连。所述nmos管nm5、nm6源端接地。所述nmos管nm6的漏端分别与pmos管pm12的漏端、nmos管nm8的源端、pmos管pm18的漏端、nmos管nm12的栅端、电阻r1、电阻r3相连。电容c3与电阻r2相接。所述电容c4与电阻r3相接。
25.所述反馈电阻r1，通过使用负反馈电阻来提高电路环路的线性度，抑制可能带来的毛刺。
26.所述pmos管pm12为前馈通路，产生带宽附近的零点，补偿主要由米勒补偿电容c1实现。
27.所述电容c2较小，产生的零点较为高频，对频率补偿起的作用较小。所以增加了控制阻尼因子的零点补偿方式。通过串联电阻电容r2c3和r3c4减小阻抗衰减，实现控制阻尼因子。该块衰减了第二级输出的高频电阻，并实现了复极的频率和q因子之间的优化折衷。当低频电阻保持不变时，高直流增益也保持不变。
28.所述第三级由pmos管pm13、pmos管pm14、pmos管pm15、pmos管pm16、pmos管pm17、pmos管pm18、pmos管pm19、pmos管pm120、nmos管nm7、nmos管nm8、nmos管nm9、nmos管nm10、nmos管nm11、nmos管nm12构成。
29.所述pmos管pm13、pm15的源端接电源。所述pmos管pm13、pm15的栅端接偏置电压vb1。所述pmos管pm13的漏端接pmos管pm14的源端。所述pmos管pm15的漏端分别与pmos管pm16的源端，电容c2相连。所述pmos管pm14、pmos管pm16的栅端接偏置电压vb2。所述pmos管pm14的漏端分别与nmos管nm7的漏端栅端，nmos管nm8的栅端相接。所述nmos管nm7的源端接
nmos管nm9的栅端漏端。所述nmos管nm9的栅端和漏端相接。所述nmos管nm9的源端接地。所述pmos管pm16的漏端分别和nmos管的nm8的漏端，pmos管pm18的源端，pmos管pm20的栅端，电阻r2相连。所述pmos管的pm18的栅端分别与pmos管pm19的栅端漏端，nmos管nm11的漏端相接。所述pmos管的pm19的栅端和漏端相接。所述pmos管的pm19的源端接pmos管pm17的栅端漏端。所述pmos管的pm17的栅端和漏端相接。所述pmos管的pm17的源端接电源。所述nmos管nm11的栅端接偏置电压vb3。所述nmos管的nm11的源端接nmos管nm10的漏端。所述nmos管的nm10的栅端接偏置电压vb4。所述nmos管的nm10的源端接地。所述pmos管的pm20的源端接电源。所述pmos管的pm20的漏端分别与电容c1、c2，nm12的漏端，输出端相接。
30.所述电容补偿部分由电容c1、c2构成。c1为第一级和第三级的补偿电容，c2为第二级和第三级的补偿电容。
31.所述前馈偏置的推挽输出级使用vgs电压回路，可将信号电流放在输入端的同时保持输出在恒定电压。
32.所述零点补偿的作用和稳定度，可从图2看出，使用本发明带有零点补偿的三级放大器结构，在实现高增益的同时控制阻尼因子，确保频率补偿的稳定度，体现出具有较好的稳定性。
33.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
附图说明：
34.图1显示为本发明实施例中提供的带有零点补偿的三级放大器的电路示意图及在不同频率条件下稳定性示意图。
35.图2显示为本发明实施例中带有零点补偿的三级放大器在不同频率条件下的稳定性示意图。

技术特征：
1.一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于，包括：第一级为输入级；第二级为前馈级，带有零点补偿结构；该结构由电阻r2和电容c3串联，电阻r3和电容c4串联构成，该结构的应用为减小阻抗衰减，实现阻尼因子的控制；第三级为前馈偏置的class-ab推挽输出级；除了第二级的零点补偿外，连接放大器第一级和第三级、第二级和第三级的补偿方式由电容c1、c2组成。2.如权利要求1所述一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于第一级包括偏置电流源和全差分折叠式共源共栅结构。3.如权利要求2所述一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于其中偏置电流源包括pmos管pm1、pmos管pm2、pmos管pm3、pmos管pm4组成，pmos管pm1、pmos管pm2的源端与电源连接，栅端与偏置电压vb1连接，漏端与pmos管pm3、pm4的源端连接，pmos管pm3、pmos管pm4的栅端与偏置电压vb2连接，漏端与输入管pmos管pm5、pmos管pm6的源端连接。4.如权利要求2所述一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于全差分折叠式共源共栅结构包括输入管pmos管pm5、pmos管pm6，栅端接输入信号作为输入端，漏端分别与nmos管nm4、nmos管nm3的漏端，与nmos管nm1、nmos管nm2的源端连接；共源共栅结构的nmos管nm3、nmos管nm4的源端接地，nmos管nm3、nmos管nm4的栅端与偏置电压vb4连接；nmos管nm1、nmos管nm2的栅端与偏置电压vb3连接；nmos管nm1的漏端分别与pmos管pm7、pm8的栅端，pmos管pm9的漏端，pmos管pm12的栅端相连；nmos管nm2的漏端分别与pmos管pm10的漏端，pmos管pm11的栅端，以及电容c1相连；pmos管pm9、pmos管nm10的栅端与偏置电压vb2连接；pmos管pm9、pmos管pm10的源端接pmos管pm7、pm8的漏端；pmos管pm7、pmos管pm10的源端与电源连接。5.如权利要求1所述一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于，所述第二级包括电流镜结构，前馈和带有控制阻尼因子的零点补偿结构。6.如权利要求4所述一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于，所述pmos管pm11、pmos管pm12的源端接电源，pmos管pm12作为前馈推拉pmos管pm11、nmos管nm5、nmos管nm6；所述pmos管pm11的漏端分别与nmos管nm5的漏端、栅端、nmos管nm6的栅端、电阻r1相连构成电流镜部分；所述nmos管nm5、nm6源端接地；所述nmos管nm6的漏端分别与pmos管pm12的漏端、nmos管nm8的源端、pmos管pm18的漏端、nmos管nm12的栅端、电阻r1、电阻r3相连；带有控制阻尼因子的零点补偿结构部分由电容c3、c4和电阻r2、r3构成；电容c3与电阻r2连接，电容c4与电阻r3连接。7.如权利要求1所述一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于，所述第三级由偏置电流源和输出管的前馈偏置、输出管组成。8.如权利要求7所述一种带有零点补偿的三级放大器，其特征在于，第一部分偏置电流源由pmos管pm13、pmos管pm14、nmos管nm10、nmos管nm11组成；第二部分输出管的前馈偏置由pmos管pm15、pmos管pm16、pmos管pm17、pmos管pm18、pmos管pm19、nmos管nm7、nmos管nm8、nmos管nm9、nmos管nm10、nmos管nm11组成；第三部分输出管由pmos管pm20、nmos管nm12组
成；所述pmos管pm13、pm15的源端接电源，所述pmos管pm13、pm15的栅端接偏置电压vb1，所述pmos管pm13的漏端接pmos管pm14的源端，所述pmos管pm15的漏端分别与pmos管pm16的源端，电容c2相连，所述pmos管pm14、pmos管pm16的栅端接偏置电压vb2，所述pmos管pm14的漏端分别与nmos管nm7的漏端栅端，nmos管nm8的栅端相接，所述nmos管nm7的源端接nmos管nm9的栅端漏端，所述nmos管nm9的栅端和漏端相接，所述nmos管nm9的源端接地，所述pmos管pm16的漏端分别和nmos管的nm8的漏端，pmos管pm18的源端，pmos管pm20的栅端，电阻r2相连，所述pmos管的pm18的栅端分别与pmos管pm19的栅端漏端，nmos管nm11的漏端相接，所述pmos管的pm19的栅端和漏端相接，所述pmos管的pm19的源端接pmos管pm17的栅端漏端，所述pmos管的pm17的栅端和漏端相接，所述pmos管的pm17的源端接电源，所述nmos管nm11的栅端接偏置电压vb3，所述nmos管的nm11的源端接nmos管nm10的漏端，所述nmos管的nm10的栅端接偏置电压vb4，所述nmos管的nm10的源端接地，所述pmos管的pm20的源端接电源，所述pmos管的pm20的漏端分别与电容c1、c2，nm12的漏端，输出端相接。

技术总结
本发明提供了一种带有零点补偿的三级放大器，包括：第一级输入级，第二级带有零点补偿的前馈级，第三级带前馈偏置的推挽输出级。相对于传统的零点补偿结构，本发明在传统结构的基础上，第一点是第二级接入了反馈电阻，通过使用负反馈电阻来提高电路环路的线性度，抑制可能带来的毛刺；第二点是第二级的输出端使用RC串联的零点补偿方式，衰减了第二级输出的高频电阻，并实现了复极的频率和Q因子之间的优化折衷。当低频电阻保持不变时，高直流增益也保持不变；第三点是第三级CLASS-AB推挽输出级前加入了前馈偏置，保证CLASS-AB输出级的上下输出都为三级结构。输出都为三级结构。输出都为三级结构。


技术研发人员：郑耿煌 王宇飞
受保护的技术使用者：上海先积集成电路有限公司
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/7/14