KR100613428B1 - Differential operational amplifier with current re-using feedforward frequency compensation - Google Patents

Differential operational amplifier with current re-using feedforward frequency compensation Download PDF

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Abstract

본 발명은 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기는 입력 신호를 증폭하여 출력하는 제1 증폭단, 상기 제1 증폭단의 출력 신호를 증폭하여 출력하는 제2 증폭단, 상기 제1 증폭단 및 상기 제2 증폭단 중 적어도 어느 하나에 전기적으로 연결되어, 상기 제1 증폭단 혹은 상기 제2 증폭단의 적어도 하나의 폴(pole)을 취소하기 위한 피드포워드단을 포함하되, 상기 피드포워드 단에 흐르는 전류는 상기 첫번째 단 및 상기 두번째 단 중 어느 하나의 단에서 미리 사용된 전류인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 따른 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기는 전력소모를 최소화하면서 광대역 특성을 가질 수 있으므로, 저전력의 소모와 고성능을 요구하는 전자 분야에서 이용될 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method for reusing current. The differential amplifier using a feedforward frequency compensation method for reusing current according to the present invention includes a first amplifier for amplifying and outputting an input signal. A second amplifying stage for amplifying and outputting an output signal of the amplifying stage, and electrically connected to at least one of the first amplifying stage and the second amplifying stage, thereby providing at least one pole of the first amplifying stage or the second amplifying stage. Including a feedforward stage to cancel, the current flowing in the feedforward stage may be characterized in that the current used in advance in any one of the first stage and the second stage. Since the differential amplifier using the feedforward frequency compensation method of reusing the current according to the present invention may have a wideband characteristic while minimizing power consumption, it may be used in an electronic field that requires low power consumption and high performance.

피드포워드, 주파수 보상, 증폭기, 전류 재사용.Feedforward, frequency compensation, amplifiers, and current reuse.

Description

전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기{Differential operational amplifier with current re-using feedforward frequency compensation} Differential operational amplifier with current re-using feedforward frequency compensation             

도 1은 종래 기술에 따른 밀러 캐패시터를 삽입한 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 개략적인 구성도.1 is a schematic diagram of a differential amplifier using a frequency compensation method in which a Miller capacitor is inserted according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 회로도. 2 is a circuit diagram of a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method according to the prior art.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 개략적인 구성도.3 is a schematic configuration diagram of a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 회로도.4 is a circuit diagram of a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에서 출력된 주파수와 이득과의 관계를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the relationship between the frequency and the gain output from the differential amplifier using the feed forward frequency compensation method according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에서 출력된 주파수의 특징을 나타낸 도면.6 is a view showing the characteristics of the frequency output from the differential amplifier using the feed forward frequency compensation method according to an embodiment of the present invention.

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<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

410 : 증폭기의 첫번째 단410: first stage of the amplifier

420 : 증폭기의 두번째 단420: second stage of the amplifier

430 : 피드포워드 단430: feed forward stage

440 : 첫번째 단의 CMFB(common-mode feedback) 회로440: common-mode feedback circuit of the first stage

450 : 두번째 단의 CMFB(common-mode feedback) 회로450: CMFB (common-mode feedback) circuit of second stage

본 발명은 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에 관한 것으로, 특히 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a differential amplifier using a feed forward frequency compensation method, and more particularly, to a differential amplifier using a feed forward frequency compensation method of reusing current.

현재 아날로그와 혼성신호처리 회로에서 고성능 증폭기에 대한 요구가 높아지고 있다. 고성능 증폭기의 요건은 첫째, 보다 넓은 대역폭을 가져야 하며, 둘째, 소비전력이 최소화되어야 한다는 것이다. 그러나 일반적으로 증폭기의 대역폭은 전력소비와 비례하므로, 보다 넓은 대역폭을 갖기 위해서는 전력소모가 커지게 된다. There is an increasing demand for high performance amplifiers in analog and mixed signal processing circuits. The requirement for a high performance amplifier is firstly, to have a wider bandwidth, and secondly, to consume less power. However, in general, the bandwidth of the amplifier is proportional to the power consumption, so the power consumption is increased to have a wider bandwidth.

광대역 특성을 갖기 위해 주파수 보상법(frequency compensation)이 이용되 는데, 주파수 보상은 일반적으로 입력신호의 높은 주파수 성분이 안정한 범위의 증폭도를 갖도록 하는 조치를 말한다. 주파수 보상법은 종래 기술에 따를 때 세가지 방법으로 구분될 수 있다. Frequency compensation is used to have broadband characteristics. Frequency compensation is generally a measure to ensure that high frequency components of the input signal have a stable range of amplification. The frequency compensation method can be divided into three methods according to the prior art.

첫번째 주파수 보상법으로 가장 간단한 방법은 증폭기에 낮은 값을 갖는 폴(pole)을 삽입하는 방법이다. 새로운 폴이 삽입되는 위치는 추가될 위상의 변화를 계산하여 정해지는데, 이때에는 증폭기의 대역폭이 본래의 값보다 훨씬 줄어들게 되므로 처음부터 성능이 떨어지는 증폭기 주위에 피드백 회로를 구성한 것과 같게 된다. 따라서 루프 이득이 필요 이상으로 줄어들게 되고, 피드백 회로 본래의 장점이 사라지게 되는 단점이 있다. The first simplest method of frequency compensation is to insert a low value pole into the amplifier. The position at which a new pole is inserted is determined by calculating the change in phase to be added, which is equivalent to configuring a feedback circuit around the amplifier that degrades from the beginning because the amplifier's bandwidth is much less than its original value. Therefore, the loop gain is reduced more than necessary, and the inherent advantages of the feedback circuit disappear.

두번째 주파수 보상법은 상술한 새로운 폴을 삽입하는 방법보다 효율적인 방법으로서 증폭기의 입출구 사이에 밀러(Miller) 캐패시터를 삽입하는 방법이다. The second frequency compensation method is more efficient than inserting a new pole as described above, and inserts a Miller capacitor between the inlet and outlet of the amplifier.

도 1은 종래 기술에 따른 밀러 캐패시터를 삽입한 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 증폭기(120)의 입출구 사이에 밀러 캐패시터(140)가 삽입되어 있다. 이 방법에 따르면, 밀러 캐패시터(140)는 입출구 사이에 삽입되어 밀러 효과에 의해 큰 값의 캐패시턴스를 나타내고, 이 큰 값을 가지는 캐패시터는 증폭기(120)의 등가회로에서 보이는 캐패시터와 병렬로 연결되므로, 증폭기(120)의 입구쪽의 시상수 RC값을 증가시키고, 따라서 이에 해당하는 폴 값이 작아지게 한다. 또한, 밀러 캐패시터(140)는 출력쪽에서 등가회로의 캐패시터와 직렬로 연결되므로, 증폭기(120)의 출구쪽의 시상수 RC값을 감소시키고, 따라서 두번째 폴값을 크게 한다. 이에 따라 두개의 폴사이의 간격을 더욱 멀어지 게 함으로써(폴-splitting) 도미넌트(dominant) 폴의 위치를 효율적으로 낮추게 된다. 그러나, 밀러 캐패시터(140)를 이용하는 경우 위상이 더 크게 이동되기 전에 먼저 이득을 줄임에 따라 도미넌트 폴이 낮은 주파수로 형성되어, 보다 높은 이득 대역폭(gain bandwidth)을 형성하지 못하며 빠른 반응을 얻지 못하는 단점이 있다. 1 is a schematic configuration diagram of a differential amplifier using a frequency compensation method in which a Miller capacitor is inserted according to the prior art. Referring to FIG. 1, the Miller capacitor 140 is inserted between the inlets and outlets of the amplifier 120. According to this method, the Miller capacitor 140 is inserted between the inlet and the outlet and exhibits a large value of capacitance by the Miller effect, and the capacitor having this large value is connected in parallel with the capacitor shown in the equivalent circuit of the amplifier 120, The time constant RC value at the inlet side of the amplifier 120 is increased, thereby making the corresponding pole value smaller. In addition, since the Miller capacitor 140 is connected in series with the capacitor of the equivalent circuit at the output side, the time constant RC value at the outlet side of the amplifier 120 is reduced, thereby increasing the second pole value. This effectively lowers the position of the dominant poles by making the spacing between the two poles farther apart (pole-splitting). However, when the Miller capacitor 140 is used, the dominant pole is formed at a lower frequency as the gain is first reduced before the phase shifts to a greater degree, thereby failing to form a higher gain bandwidth and failing to obtain a fast response. There is this.

세번째 주파수 보상법은 피드포워드 방식을 이용한 방법이다. 도 2는 종래 기술에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 회로도이다. 2003년 2월에 IEEE J. Solid-State Circuit, pp. 237-243 에 발표된 B.K. Thandri와 J.Silva-Martinez의 "A robust feedforward compensation scheme for multistage operational transconductance amplifier with no Miller capacitor"에는 LHP zero를 생성하기 위해서 상술한 밀러 캐패시터를 사용하지 않고, 피드포워드 경로를 이용하는 방법에 대해서 상세히 설명되어 있다. 따라서 이하에서는 자세한 설명은 생략하고, 개략적인 설명만 한다.The third frequency compensation method is a feedforward method. 2 is a circuit diagram of a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method according to the prior art. In February 2003, IEEE J. Solid-State Circuit, pp. B.K. published in 237-243. Thandri and J. Silva-Martinez's "A robust feedforward compensation scheme for multistage operational transconductance amplifier with no Miller capacitor" describes in detail how to use the feedforward path without using the above-mentioned Miller capacitor to generate LHP zero. It is. Therefore, hereinafter, detailed description will be omitted, and only a brief description.

도 2를 참조하면, 첫번째 단은 트랜지스터 M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8을 포함하여 구성되며, 두번째 단은 트랜지스터 M11, M12, M13, M14 를 포함하여 구성되고, 피드포워드 단은 트랜지스터 M9, M10, M11, M12 를 포함하여 구성된다. 피드포워드 주파수 보상법에는 첫번째 단 또는 두번째 단의 폴을 캔슬(cancel)하는 선택이 있으나, 일반적으로 두번째 단의 폴은 부하쪽의 커패시턴스와 관련되어 예측되어야 하므로, 첫번째 단의 폴과 LHP Zero를 캔슬하는 것이 더 효과적이다. 여기서 LHP Zero를 첫번째 단의 폴에 가깝게 이동시키기 위해서는 피드포워드 단의 이득A3이 거 의 A1A2(A1 : 첫번째 단의 이득, A2 : 두번째 단의 이득)가 되어야 한다. 따라서 피드포워드 경로의 gm(트랜스컨덕턴스 : transconductanc)은 매우 커야 하며, 종래 기술에 따르면 전류는 첫번째 단, 두번째 단, 피드포워드 단이 개별적으로 각각의 단에 공급되기 때문에 이는 추가적인 큰 전력소모를 요구하는 단점이 있다. Referring to FIG. 2, the first stage includes transistors M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , M 5 , M 6 , M 7 , and M 8 , and the second stage includes transistors M 11 , M 12 , M 8. 13 , M 14 , and the feedforward stage include transistors M 9 , M 10 , M 11 , and M 12 . In feedforward frequency compensation, there is a choice to cancel the pole of the first or second stage, but in general, the pole of the second stage should be predicted in terms of the capacitance on the load side, thus canceling the pole and LHP zero of the first stage. Is more effective. In order to move LHP Zero closer to the pole of the first stage, the gain of feed forward stage A 3 should be almost A 1 A 2 (A 1 : gain of the first stage, A 2 : gain of the second stage). Therefore, the g m (transconductanc) of the feedforward path must be very large, and according to the prior art, the current is additionally consumed because the first, second and feedforward stages are individually supplied to each stage. There is a disadvantage.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기를 제시하는데 있다. Accordingly, in order to solve the above problem, an object of the present invention is to provide a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method that reuses current.

본 발명의 다른 목적은 전력소모를 최소화하면서 광대역 특성을 가지는 차동 증폭기를 제시하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a differential amplifier having wideband characteristics while minimizing power consumption.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.
Other objects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described below.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기를 제시할 수 있다. In order to achieve the above objects, according to an aspect of the present invention, it is possible to provide a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method that reuses current.

바람직한 실시예에 따르면, 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기는 입력 신호를 증폭하여 출력하는 제1 증폭단, 상기 제1 증폭단의 출력 신호를 증폭하여 출력하는 제2 증폭단, 상기 제1 증폭단 및 상기 제2 증폭단 중 적어도 어 느 하나에 전기적으로 연결되어, 상기 제1 증폭단 혹은 상기 제2 증폭단의 적어도 하나의 폴(pole)을 취소하기 위한 피드포워드단을 포함하되, 상기 피드포워드 단에 흐르는 전류는 상기 첫번째 단 및 상기 두번째 단 중 어느 하나의 단에서 미리 사용된 전류인 것을 특징으로 할 수 있다.According to a preferred embodiment, a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method includes a first amplifier stage for amplifying and outputting an input signal, a second amplifier stage for amplifying and outputting an output signal of the first amplifier stage, the first amplifier stage, and the second amplifier stage. A feedforward stage electrically connected to at least one of the amplification stages for canceling at least one pole of the first amplification stage or the second amplification stage, wherein a current flowing through the feedforward stage is the first; It may be characterized in that the current used in advance in any one of the stage and the second stage.

여기서 상기 미리 사용된 전류는 바이어스 전류인 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the pre-used current may be a bias current.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 증폭단을 구비하여 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기를 제시할 수 있다.In order to achieve the above objects, according to another aspect of the present invention, it is possible to provide a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method of reusing current by providing a plurality of amplifier stages.

바람직한 다른 실시예에 따르면, 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기는 직렬로 연결되어 입력신호를 증폭하여 출력하는 복수의 증폭단, 상기 복수의 증폭단 중의 적어도 하나의 증폭단에 연결되어 적어도 하나의 폴(pole)을 취소하는 피드포워드 단을 포함하되, 상기 피드포워드 단의 각각에 흐르는 전류는 상기 복수의 단 중 어느 하나의 단에서 미리 사용된 전류인 것을 특징으로 할 수 있다. According to another preferred embodiment, a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method is connected to a plurality of amplifier stages in series to amplify and output the input signal, at least one pole connected to at least one amplification stage of the plurality of amplifier stages It includes a feed forward stage for canceling, wherein the current flowing in each of the feed forward stage may be characterized in that the current used in advance in any one of the plurality of stages.

여기서 상기 미리 사용된 전류는 바이어스 전류인 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the pre-used current may be a bias current.

이하, 본 발명에 따른 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용 한 차동 증폭기의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method for reusing current according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 개략적인 구성도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기는 밀러 캐패시터를 삽입하지 않고, 폴들에 기인한 음의 위상 천이(negative phase shift)를 보상하기 위해서 Left-Half-Plane(LHP) zero의 양의 위상 천이(positive phase shift)를 이용할 수 있다. 3 is a schematic diagram of a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method according to an exemplary embodiment of the present invention. The differential amplifier using the feedforward frequency compensation method according to the preferred embodiment of the present invention uses a left-half-plane (LHP) zero to compensate for negative phase shift caused by poles without inserting a Miller capacitor. Positive phase shift can be used.

도 3을 참조하면, 첫번째 단(210), 두번째 단(220), 세번째 단(230)이 도시 되어 있으며, 세번째 단(230)이 피드포워드(feedforward) 단이다. LHP Zero를 생성시키는 추가적인 피드포워드 경로를 이용하면, 높은 이득과 빠른 반응을 얻을 수 있다. Referring to FIG. 3, a first stage 210, a second stage 220, and a third stage 230 are illustrated, and the third stage 230 is a feedforward stage. By using an additional feedforward path that generates LHP Zero, high gain and fast response can be achieved.

A1, A2 및 A3는 각각 증폭기의 첫번째 단(210), 두번째 단(220) 및 피드포워드 단(230)의 DC 이득이다. 이들은 다음과 같이 표현된다 : A 1 , A 2 and A 3 are the DC gains of the first stage 210, the second stage 220 and the feedforward stage 230 of the amplifier, respectively. These are expressed as follows:

A1 = gm1/g01 (1)A 1 = g m1 / g 01 (1)

A2 = gm2/g02 (2)A 2 = g m2 / g 02 (2)

A3 = gm3/g02 (3)A 3 = g m3 / g 02 (3)

여기서, gm1, gm2, gm3 은 각각 첫번째, 두 번째, 세번째 단의 트랜스컨덕턴스(transconductance)이고, g01, g02 은 각각 첫번째, 두 번째 단의 출력 부하의 컨덕턴스이다.Here, g m1 , g m2 and g m3 are transconductances of the first, second and third stages, respectively, and g 01 and g 02 are conductances of the output loads of the first and second stages, respectively.

또한, 전체적인 증폭기의 전달함수는 다음과 같이 표현된다. In addition, the transfer function of the overall amplifier is expressed as follows.

Figure 112004037047919-pat00001
Figure 112004037047919-pat00001

Figure 112004037047919-pat00002
(4)
Figure 112004037047919-pat00002
(4)

DC 이득은 A1A2 + A3 로 표현되고, 도미넌트 폴의 위치는 P1이다. P2에 기인한 음의 위상 천이(negative phase shift)가 Left-Half-Plane(LHP) zero의 양의 위상 천이(positive phase shift)에 의해 보상되도록 두번째 단(220)과 피드포워드 단(230)은 구성될 수 있다. P1의 주파수가 LHP zero의 주파수와 정확히 일치하면, 증폭기의 위상 마진(phase margin)은 90˚가 된다. The DC gain is expressed as A 1 A 2 + A 3 , and the location of the dominant pole is P 1 . The second stage 220 and the feedforward stage 230 are such that the negative phase shift due to P 2 is compensated for by the positive phase shift of Left-Half-Plane (LHP) zero. May be configured. If the frequency of P 1 exactly matches the frequency of LHP zero, the phase margin of the amplifier is 90 ° .

상술한 피드포워드 주파수 보상법을 이용하면 높은 이득과 빠른 반응을 가 지는 증폭기를 얻을 수 있다. 또한, 밀러 캐패시터를 삽입하는 경우와 달리 폴이 분리되지 않기 때문에 주파수 대역이 넓어 질 수 있다. By using the above-described feedforward frequency compensation method, an amplifier having high gain and fast response can be obtained. In addition, unlike the case of inserting the Miller capacitor, the frequency band can be widened because the pole is not separated.

여기서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 증폭기는 두번째 단(220)에 사용된 바이어스 전류가 피드포워드 단(230)에 재사용되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 증폭기는 첫번째 단(210)에 사용된 전류가 피드포워드 단(230)에 재사용되도록 구성될 수도 있다(미도시). Here, the amplifier according to the preferred embodiment of the present invention may be configured such that the bias current used in the second stage 220 is reused in the feedforward stage 230. The amplifier according to another preferred embodiment of the present invention may be configured such that the current used in the first stage 210 is reused in the feedforward stage 230 (not shown).

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 첫번째 단(410)은 트랜지스터 M1, M2 를 포함하여 구성되고, 두번째 단(420)은 트랜지스터 M11, M12 을 포함하여 구성되며, 피드포워드 단(430)은 트랜지스터 M9, M10 을 포함하여 구성된다. 4 is a circuit diagram of a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the first stage 410 includes transistors M 1 and M 2 , the second stage 420 includes transistors M 11 and M 12 , and the feedforward stage 430 includes a transistor. And M 9 , M 10 .

트랜지스터 M16 내지 M21(440)과 M22 내지 M27(450)은 각각 첫번째 단(410)과 두번째 단(420)의 공통 모드 피드백 증폭기(Common-Mode Feedback Amplifier)에 해당한다. 따라서 공통 모드 피드백 증폭기를 개별적으로 분리함으로써 첫번째 단(410)과 두번째 단(420)의 공통 모드 레벨(Common-Mode Level)을 각각 독립적으로 적용할 수 있다. 여기에서 첫번째 단(410)의 공통 모드 레벨은 두번째 단(420)의 적절한 바이어싱을 위해 선택되어 지고, 두번째 단(420)의 공통 모드 레벨은 출력단의 공통 모드 범위를 최대화하기 위해 선택된다.The transistors M 16 to M 21 440 and M 22 to M 27 450 correspond to a common-mode feedback amplifier of the first stage 410 and the second stage 420, respectively. Accordingly, by separating the common mode feedback amplifiers individually, the common mode levels of the first stage 410 and the second stage 420 may be independently applied. Here the common mode level of the first stage 410 is selected for proper biasing of the second stage 420, and the common mode level of the second stage 420 is selected to maximize the common mode range of the output stage.

여기에서 상술한 차동 증폭기의 전달함수는 다음과 같이 표현된다 :Here, the transfer function of the differential amplifier described above is expressed as follows:

Figure 112004037047919-pat00003
(5)
Figure 112004037047919-pat00003
(5)

여기서here

A1=gm1(gm3ro3ro1||gm5ro5r o7), (6)A 1 = g m1 (g m3 r o3 r o1 || g m5 r o5 r o7 ), (6)

A2=gm11(ro11||ro9), (7)A 2 = g m11 (r o11 || r o9 ), (7)

A3=gm9(ro11||ro9), (8)A 3 = g m9 (r o11 || r o9 ), (8)

p1=1/C1(gm3ro3ro1||gm5ro5r o7), (9)p 1 = 1 / C 1 (g m3 r o3 r o1 || g m5 r o5 r o7 ), (9)

p2=1/C2(ro11||ro9) (10)p 2 = 1 / C 2 (r o11 || r o9 ) (10)

광대역 특성을 갖기 위해서는 A3 >> A1A2 가 되어야 하므로, 피드포워드 차동 쌍(430)인 트랜지스터 M9와 M10에 의해 생성되는 LHP zero z1은 첫번째 단(410)의 폴 p1와 근접해야 한다. A3를 크게 하려면, 큰 전류를 피드포워드 차동 쌍(430)에 공급해야 하는데, 본 발명에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에서는 두번째 차동 쌍(420)(M11, M12)에 흐르는 각각의 전류가 피드포워드 경로의 차동 쌍(430)(M9, M10)에 재사용될 수 있다. 따라서 별도의 전류를 필요로 하지 않 아 추가적인 전력소모가 요구되지 않는다. In order to have broadband characteristics, A 3 >> A 1 A 2 , so LHP zero z 1 generated by transistors M 9 and M 10 , which is a feedforward differential pair 430, is equal to the pole p 1 of the first stage 410. Should be close. In order to increase A 3 , a large current must be supplied to the feed forward differential pair 430. In the differential amplifier using the feed forward frequency compensation method according to the present invention, each of the second differential pair 420 (M 11 , M 12 ) flowing through The current of can be reused in the differential pair 430 (M 9 , M 10 ) of the feedforward path. Therefore, no extra current is required because no current is required.

종래 기술에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에서 구현된 원리는 두번째 차동 쌍(420)(M11, M12)에 흐르는 각각의 전류가 피드포워드 경로의 차동 쌍(430)(M9, M10)에 재사용되는 것을 제외하고는 본 발명에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에도 적용된다.The principle implemented in the differential amplifier using the feedforward frequency compensation method according to the prior art is that each current flowing in the second differential pair 420 (M 11 , M 12 ) is a differential pair 430 (M 9 , M of the feed forward path). The same applies to the differential amplifier using the feedforward frequency compensation method according to the present invention except that it is reused.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 증폭기는 첫번째 단(410)(M1, M2)에 사용된 전류가 피드포워드 단(430)(M9, M10)에 재사용되도록 구성될 수도 있다(미도시).In addition, the amplifier according to another preferred embodiment of the present invention may be configured such that the current used in the first stage 410 (M 1 , M 2 ) is reused in the feedforward stage 430 (M 9 , M 10 ). (Not shown).

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에서 출력된 주파수와 이득과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, x축은 주파수이며, 양의 y축은 이득이고, 음의 y축은 위상을 나타낸다. 5 is a graph illustrating a relationship between a frequency output and a gain output from a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the x axis is frequency, the positive y axis is gain, and the negative y axis is phase.

상술한 방정식(4)에서 LHP zero의 위치는 다음과 같다.The position of LHP zero in the above equation (4) is as follows.

Figure 112004037047919-pat00004
(11)
Figure 112004037047919-pat00004
(11)

방정식(11)을 참조하면, 피드포워드 경로의 이득 A3가 무한대가 아니라면, z1=p1이 될 수 없다. 따라서 실제로는 정확히 z1=p1이 될 수 없고, LHP zero의 위치는 p1과 근접하게 된다. 또한, 방정식(11)을 이용하면 다음과 같다. Referring to equation (11), z 1 = p 1 cannot be obtained unless gain A 3 of the feedforward path is infinity. Therefore, in reality, z 1 = p 1 can not be exactly, and the position of LHP zero is close to p 1 . In addition, using equation (11) is as follows.

Figure 112004037047919-pat00005
Figure 112004037047919-pat00005

Figure 112004037047919-pat00006
Figure 112004037047919-pat00007
(12)
Figure 112004037047919-pat00006
Figure 112004037047919-pat00007
(12)

도 5를 참조하면, 밀러 캐패시터에 의해 이득이 빠르게 줄어들지 않고, 위상 이동을 계산함으로써 주파수 반응이 보상되므로, 단위 이득 주파수 및 증폭기의 주파수 대역이 최대화 될 수 있다. Referring to FIG. 5, since the gain is not rapidly reduced by the Miller capacitor and the frequency response is compensated by calculating the phase shift, the unit gain frequency and the frequency band of the amplifier can be maximized.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에서 출력된 주파수의 특징을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 증폭기의 출력단에 1pF의 부하 캐패시터를 부가하여 실험한 결과의 파형도가 도시 되어 있다. 밀러 보상법을 이용하지 않고, 피드포워드 보상법을 이용하기 때문에 대역과 단위 이득(unity-gain) 주파수가 극대화 될 수 있다. 6 is a view showing the characteristics of the frequency output from the differential amplifier using the feedforward frequency compensation method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, there is shown a waveform diagram of a test result of adding a load capacitor of 1 pF to the output terminal of the amplifier according to the present invention. The band and unity-gain frequencies can be maximized because the feedforward compensation method is used instead of the Miller compensation method.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 증폭기는 77dB의 DC 이득과 870MHz의 단위 이득 주파수, 56˚의 위상 여유(Phase Margin)을 가지면서 또한, 2.5V 전원으 로부터 약 1.8mA의 전류만 흐른다. According to a preferred embodiment of the present invention, the amplifier has a DC gain of 77 dB, a unit gain frequency of 870 MHz, a phase margin of 56 degrees , and only flows about 1.8 mA of current from a 2.5V supply.

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본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기는 전력소모를 최소화하면서 광대역 특성을 가질 수 있다. As described above, the differential amplifier using the feedforward frequency compensation method of reusing the current according to the present invention may have a wideband characteristic while minimizing power consumption.

본 발명에 따른 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기는 저전력의 소모와 고성능을 요구하는 전자 분야에서 이용될 수 있는 효과가 있다. The differential amplifier using the feedforward frequency compensation method of reusing the current according to the present invention has an effect that can be used in the electronic field requiring low power consumption and high performance.

Claims (4)

피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기에 있어서,In a differential amplifier using a feedforward frequency compensation method, 입력 신호를 증폭하여 출력하는 제1 증폭단;A first amplifier for amplifying and outputting an input signal; 상기 제1 증폭단의 출력 신호를 증폭하여 출력하는 제2 증폭단; 및A second amplifier stage for amplifying and outputting the output signal of the first amplifier stage; And 상기 제1 증폭단 또는 상기 제2 증폭단에 전기적으로 연결되어, 연결된 상기 제1 증폭단 또는 상기 제2 증폭단의 폴(pole)을 취소하기 위한 피드포워드단을 포함하되,A feed forward stage electrically connected to the first amplifying stage or the second amplifying stage to cancel a pole of the first amplifying stage or the second amplifying stage; 상기 피드포워드 단에 흐르는 전류는 상기 제1 증폭단 또는 상기 제2 증폭단에서 미리 사용된 전류인 것을 특징으로 하는 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기.The current flowing through the feed forward stage is a differential amplifier using a feed forward frequency compensation method for reusing the current, characterized in that the current used in advance in the first amplifier stage or the second amplifier stage. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 미리 사용된 전류는 바이어스 전류인 것을 특징으로 하는 전류를 재사용하는 피드포워드 주파수 보상법을 이용한 차동 증폭기.And said pre-used current is a bias current. 삭제delete 삭제delete
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