全差分放大器设计.docVIP

对于全差分放大器，一般可以得到更大的swing 由于差分信号 ，同时可以实现对共模干扰、噪声以及偶数阶的非线性的抑制；但其需要有两个匹配的反馈网络，以及共模反馈电路 顺便提一下，对于全差分的折叠共源共栅（folded cascode）放大器，需要注意 转换速率（正向与负向）对输入对差分对的尾电流源和cascode电流源的考虑 非主极点的位置–输入对管的drain节点（注意全差分没有镜像极点的问题..），如果考虑PMOS输入的结构，将会折叠到n管的cascode，从而减小此节点阻抗，提高此非主极点的频率；但是P输入结构亦有其问题，如直流增益和cmfb电路的速度（考虑cmfb控制的为cascode的pmos电流源） 关于共模反馈CMFB 从反馈环路来看，共模的稳定问题来源于闭环的共模增益：由于输入差分对的尾电流源的local-feedback，通常共模增益较小，导致运放无法控制其输出共模点；通过CMFB共模反馈电路，可以提高共模反馈环路的增益，以稳定共模信号。 设计CMFB需考虑补偿以减小环路的稳定时间（settling time）和提高稳定性。 从性能上，我们希望共模反馈的单位增益带宽足够大，但由于cmfb的环路相较于差模通路可能有更多高频极点，故此在一定的功耗要求下其UGB一般比较难做的高，有书中提到可以将其设计为差模UGB 的1/3 一般共模反馈的方法是控制放大器的电流源，这里如果是folded-cascode的结构，可以考虑用cmfb控制cascode的电流源而不是输入差分对的电流源—-因其在共模环路中有较少的节点– 更容易补偿等..（另一种考虑是控制尾电流源可能导致共模增益的问题 另外，对于cmfb控制的尾电流源，常见将尾电流源分为两半，其中之一由cmfb控制，另一半接恒定偏置电流；这种结构的具体分析可见Gray书12.4.2节的内容，简单来说，single-stage的opamp中控制尾电流源的cmfb结构，其UGB主要为gmt/CL, 其中gmt为尾电流源的跨导，这里拆分尾电流源来减半cmc共模控制的部分，这样UGB减小，即缩减带宽来提升共模反馈环路的相位裕度，当然cmfb的增益相应也减小了；另外恒定偏置部分也可帮助共模电压的初始建立，减小cmfb大的扰动。 具体的，共模反馈可以分为连续时间和开关电容两类 连续时间的共模反馈 一般的问题是信号幅度的限制和共模信号干扰，具体的共模反馈的方法： 1.电阻分压 resistive-divider （如下左图） 电阻和cm-sense amplifier的输入电容会引入一个极点，可以通过在电阻上并联电容的方法，引入一个左半平面零点，来减小高频极点的影响 另外一个问题，sense resistor 会load输出，减小了开环差动增益，考虑通过voltage buffer的办法，如source follower，但其也会限制输出的差动摆幅（output swing） 关于控制尾电流源和直接inject电流的方法的比较（Gray 书） 2. 双差分对或 DDA–differential difference amplifier （如下右图） 对输出的differential – swing的限制（由于直接取分输出信号到cmfb的差分对，为使其工作于饱和区，运放输出swing受限于cmfb差分对的差模输入范围） 详细的大信号分析– 输出差模对输出共模的影响 3. 深线性区的mos管 transistors in triode region （主要可见Razavi书中的分析） 对输出swing的要求 较小的cmfb环路增益和带宽 关于开关电容cmfb SC-CMFB结构，一般常用在开关电容电路中，对比连续时间的CMFB电路，他支持更大的信号摆幅，同时减小了对输出swing的限制，也没有阻性的负载效应；但需要两相非交叠时钟，同时会因非线性时钟馈通注入噪声。开关电容cmfb一般结构可见下图，简单来说可以认为电路通过C2取得输出信号共模，并用C1给其以DC点（settle到Vcmref-Vbias的电压）。 一般的开关电容cmfb：C1应在C2大小的1/4到1/10之间（Ken Martin），但是也有其他论文谈到不同的选择方法，如: Ojas Choksi, L. Richard Carley: Analysis of Switched-Capacitor Common-Mode Feedback Circuit, IEEE Transactions on Circuits and Systems—II: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 50, No. 12, DEC 2003中具体关于电容大小和开关非理想性的介绍 对于 SC-CM