適合寬范圍容性負載多級運算放大器頻率補償方法研究.pdf

1、運算放大器自1963年問世以來，已經(jīng)走過了40余年的發(fā)展道路，并已經(jīng)成為所有線性系統(tǒng)中的實際意義上的標準部件。目前幾乎每個大型半導體制造商的產(chǎn)品線中都有運算放大器這種產(chǎn)品。現(xiàn)今的運算放大器可以起到放大器、緩沖器、比較器、差分放大器、積分器、電平轉(zhuǎn)換器、峰值檢波器、濾波器等很多功能。其應(yīng)用已經(jīng)延伸到汽車電子、通信、消費等各個領(lǐng)域，幾乎每個電子產(chǎn)品都離不開運算放大器，運算放大器在電子產(chǎn)品設(shè)計中發(fā)揮著巨大的作用。 在運算放大器的實際應(yīng)

2、用中，經(jīng)常遇到諸如選型、供電電路設(shè)計、偏置電路設(shè)計、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題。在驅(qū)動電容負載的應(yīng)用中，如低壓降穩(wěn)壓器，音頻放大器等，系統(tǒng)穩(wěn)定性一直以來是很棘手的問題。各種新的頻率補償方法應(yīng)運而生，在確定負載電容大小的情況下，提高放大器的各項性能指標。然而所驅(qū)動的電容負載多為定值，如何保證在寬范圍可變電容負載的情況下，系統(tǒng)仍然穩(wěn)定是現(xiàn)今研究放大器頻率補償領(lǐng)域的一個重要課題。為了保證放大器的精度，直流增益作為一個重要的指標也是需要考慮的對象。

3、然而由于穩(wěn)定性的要求，其直流增益又受到一定限制。因此，研究和發(fā)展能驅(qū)動寬范圍電容負載的高精度運算放大器，具有很好的理論研究價值和重要的應(yīng)用背景。 基于上述研究背景，本論文對驅(qū)動寬范圍電容負載的運算放大器進行了設(shè)計研究，工作如下： 1、總結(jié)現(xiàn)有多級運算放大器的頻率補償技術(shù)，并針對穩(wěn)定條件進行了詳細研究。在此基礎(chǔ)上對驅(qū)動寬范圍負載電容的多級運算放大器，提出“抑制”的概念提高穩(wěn)定性。 2、在此概念的基礎(chǔ)上進行數(shù)學建模，

4、并進行理論分析，通過計算相位裕度的數(shù)學表達式有力證明這種新的頻率補償結(jié)構(gòu)的有效性。 3、基于這一設(shè)想提出了抑制多徑嵌套式密勒補償(QMNMC：QuenchedMulti-path Nested Miller Compensation)，分布式電阻電容網(wǎng)絡(luò)抑制多徑嵌套式密勒補償(DQMNMC：Distributed RC Network Quenched Multi-path Nested MilletCompensation)，

5、抑制多徑混合嵌套式密勒補償(QMHNMC：Quenched Multi-pathHybrid Nested Miller Compensation)三種新的頻率補償拓撲結(jié)構(gòu)。 4、根據(jù)抑制多徑嵌套式密勒補償(QMNMC)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用IMEC3.3V-5V，兩層金屬，CMOS 0.7-μm工藝設(shè)計制造了樣品芯片。測試結(jié)果表明抑制技術(shù)對于寬范圍電容負載的穩(wěn)定性有明顯改善，在直流增益為90dg的情況下，負載電容從100pF到100