一种应用于CMOS运放的高速间接反馈补偿技术

1 引 言

现代集成电路模块中，CMOS运算放大器是其中非常重要的模块。过去都是用Miller电容补偿技术对CMOS运算放大器进行补偿，然而，由于补偿电容Cc会在右半平面(RHP)产生一个零点，这个零点会使相位余度减小，因此必须用大的补偿电容Cc对CMOS运算放大器进行补偿。这样，大的补偿电容会导致运放的单位增益降低，当负载电容Ct大小与Cc相当时，运放的稳定性急剧下降。

本文给出间接反馈补偿技术细节设计，这种技术能使运放速度更快，同时极大减少版图面积，图1给出用直接Miller补偿技术的运放，运放是在CMOS 0.5工艺下的设计完成。偏置电路如图2所示。

2间接反馈补偿

两级直接反馈补偿运放中，通过反馈补偿电容Cc，通道电流可以表示为：iC=vout／(1／jωCc)。电流间接注入输出端，使得极点转移，补偿实现，同时产生零点。只要避免电流直接流入输出端，这个零点就可以消失。

避免直接流入输出端的补偿电流可以通过如下几种方法产生：共用运放栅极；采用cascode结构；串接一个工作在线性区的三级管。如图3所示，反馈电流通过内部低阻抗节点vx流入输出端，这种低阻抗节点由两个串接管构成，其中一个工作在线性区。因此零点可以避免。图3(b)为拓扑结构，这种结构使补偿电容与电源到地的噪声隔离，因此运放具有很高的电源抑制比。

如图4给出运放的小信号频域响应模型，用他来算出运放的间接反馈频率响应方程。节点①的方程为：

左极点fz增加了相位余度与运放速度。通过Cc，相位高速转换。这使得输出信号值反馈回节点①处，形成正反馈。这个正反馈增加了运放的速度，而第二主极点f2为高频极点，他对运放的稳定性影响不大。在满足相位余度与增益下可以考虑用更大的负载电容，在同样值的电源下，所用面积更小。当采用间接补偿技术时，补偿电容可以减小4～10倍。同时，间接补偿电路是一个低功耗电路所以对推动f2远离fun的要求不高。

图7给出两者的建立时间比较，很明显，间接反馈补偿比直接反馈建立时间快很多。

3结 语

间接反馈补偿是一个实用性、高效性很强的技术，用这种技术对运放进行补偿可以提高运放的速度，减小运放的版图面积。同时这种间接反馈补偿可以运用于三级运放中。