電流控制型高增益共模反饋電路的設計

摘要：介紹了全差分運放的共模反饋原理，并對閉環工作的一級全差分運放結構進行分析，給出了一種電流控制型的高增益共模反饋電路的設計方案。該方案采用標準CMOS0．13μm工藝庫，并通過CAD仿真軟件驗證，結果表明：該共模反饋電路的開環直流增益可達到95dB，補償后的相位裕度可達到50°，并可在150ns后確保一級全差分運放穩定工作。
關鍵詞：共模反饋電路；電流控制；高增益；全差分運放

0 引言
隨著半導體技術的發展，工藝線寬不斷減小。線寬的減小不僅限制了電路的電源電壓，同時也抑制了電路的輸出擺幅。這樣，在小線寬的工藝中，全差分運放相對于單端輸出運放輸出擺幅較大的優點就變得更加明顯。除此之外，全差分運放對共模噪聲和高階的諧波失真也有更好的抑制作用。
在高增益的全差分運放中，輸出共模電平對器件的特性和失配相當敏感，而且不能通過差模反饋來達到穩定，這就要求我們必須引入額外的負反饋電路來穩定共模電平，該電路即為共模反饋電路。共模反饋電路的工作原理如圖1所示。首先，通過共模電平檢測電路檢測得到輸出的共模電平。然后將檢測得到的共模電平與參考共模電平進行比較。最后，再將得到的誤差信號通過放大器放大并反饋回運放的偏置電路以調節輸出共模電平。這樣，輸出共模電平的任何微小波動都可以通過反饋回路放大后再輸入運放中，以對其波動進行抑制，從而達到穩定輸出工作點的目的。

1 電流控制型高增益共模反饋電路設計
通常的一級全差分運放一般有連續性和開關電容型兩種類型的共模反饋電路。連續型共模反饋中MOS管的閾值電壓會限制運放的輸出擺幅，而開關電容型共模反饋電路雖然避免了對輸出擺幅的限制，但卻存在增益過低的缺點，并且會提高對反饋環路穩定性的設計要求。為此，本文設計了一種高增益的連續型共模反饋電路，其具體的電路結構如圖2所示。