模拟CMOS集成电路设计 10 运放频率补偿.pptVIP

第10章运放的稳定性与频率补偿 系统的传输函数 令 Z( S)=0,得零点SZ，令 P( S)=0,得极点SP。零、极点都是复数，稳定系统要求RE(SP)0。 在A(S)令S=jω，则| A(jω) |模值的大小即是放大器的幅频特性，它是频率f的函数。 在A(S)令S=jω，则∠| A(jω) |的大小即是放大器的相频特性，它也是频率f的函数。 极点与系统稳定性的关系 负反馈系统的振荡条件 波特图的画法 幅频曲线中，每经过一个极点ωP(零点ωZ)，曲线斜率以-20dB/dec (+20dB/dec )变化。 相频曲线中，相位在0.1ωP(0.1ωZ)处开始变化，每经过一个极点ωP(零点ωZ)，相位变化-45° (±45°)，相位在10ωP(10ωZ)处变化-90° (±90°) 一般来讲，极点 (零点)对相位的影响比对幅频的影响要大一些。 利用波特图判断运放稳定性的方法 稳定与不稳定系统的波特图 运放的稳定性及其判断（例） 相位裕度与时间响应的关系 相位余度PM与运放闭环响应的关系 跟随器连接运放的阶跃响应 单极点系统的波特图 多极点系统的波特图 运放极点与单位增益带宽GW的关系 相位裕度与极点的关系 频率补偿（1） 频率补偿（2） 单端输出运放的极点图 单端输出运放的波特图及补偿 更高输出电阻时的波特图 运放的频率补偿（例1） 运放的频率补偿（例2） 相位裕度与极点的关系（例） 全差动套筒式运放的频率特性 Cascode 电流镜内部节点处寄生电容的影响 两极运放的密勒补偿（1） 两极运放的密勒补偿（2） 密勒补偿的极点分裂现象（1） 密勒补偿的极点分裂现象（2） 密勒补偿的极点分裂现象（3） 放大器零点的产生 零点与相位裕度的关系 RHP 零点的消除方法（1） RHP 零点的消除方法（2） RHP 零点的消除方法（3） RHP 零点的消除方法（4） 负载电容对阶跃响应的影响 两极运放中的转换（1） 两极运放中的转换（2） 运放的其它补偿技术（1） 运放的其它补偿技术（2） 运放的其它补偿技术（3） 运放的其它补偿技术（4） 前述补偿技术两极运放中的转换 采用共栅补偿技术的全差动两级运放 采用共栅补偿技术的单端输出两级运放 本章基本要求 VE 当gm9-1＝RZ， fZ ＝?，零点在无穷远处，即零点被消除了！ 当gm9-1RZ， 零点移到左半平面，若满足下面条件，则以前的第二个极点就和该零点对消了，即以前的第二个极点消除了！ 该零、极点对消技术的缺点是RZ是负载电容CL的函数，当负载电容未知或变化时，该技术很难实现。 跟踪温度和工艺而生成Vb的电路 RZ与RS的适当比率可保证RZ=(1+CL/ CC)/gm9成立 增大负载电容对单级运放与两级运放阶跃响应的影响 简单两级运放 正转换期间的简化电路 负转换期间的简化电路 Voutmin＝VGS2+VI2 ,源跟随器M2减小了输出电压摆幅。 前面补偿技术中的源跟随器限制了输出电压摆幅，本电路中Vomin＝Von1，从后面的分析中还可看见，其带宽比前种补偿技术更宽，但所需静态功耗比前种补偿技术更大。 fp2增加了gm2RS倍,电路可提供更大带宽。 正转换简化电路 负转换简化电路 在线性系统中，电容C的阻抗用1/SC，电感L的阻抗用SL，利用纯电阻分析方法求得输出电压与输入电压之比即为系统的传输 函数A(S)。即：A(S)=V0(S)/Vin(S),它是算子S的函数。 判断系统是否稳定的有力工具是波特图！ 先求得反馈系数F(F一般是一个实数)，在幅频曲线上作直线-20logF，交幅频曲线于点A。 过A作垂线交相频曲线于点B,若B点对应的相位ΦB-180°,则系统稳定, 反之不稳定。ΦB与-180 °的差值称为相位余度PM。 也可以在相频曲线上作直线交相频曲线于点D，过D作垂线交幅频曲线于E，若E点对应的增益AE-20logF，则系统稳定， 反之系统不稳定，AE与-20logF的差值称为增益余度GM。 实际中取PM=60 °，此时放大器上升时间tS最小。 Vin Vin Vo Vo 99k 1k 右图两个电路是否稳定？若需相位余度PM45 °，幅频特性应如何变化(及零、极点应如何变化)。 实际中取Φ=60 °，此时放大器上升时间tS最小。 Vin Vo 小信号PM＝ 65 ?, 但大信号的时域响应仿真结果与前面分析有差异。这是因为大信号仿真时有的效应在小信号分析中没有体现。 第一主极点越大，f3dB越宽。 第一、第二主极点相离越远，GW越宽。 -180 PM = 45? 频率补偿的方法 1. 输出节点对应的极点是第一主极点 2. 节点A对应的极点是第二主极点，一般该节点的寄生电容和小信号输入电阻比X、Y、N都大 3. 节点N、X(Y)对应的极点很难断定谁大谁小，一般同属一个数量级，