CMOS模拟集成电路设计-ch10稳定性和频率补偿PPT课件.ppt

响应呈现欠阻尼振荡 90deg时，响应呈现过阻尼振荡 大信号时的稳定性要经过时域模拟来确定。 PX往外推； GX往里推； 在相同跨导和相同的过驱动电压的情况下，M7（PMOS）的W比M3或M4（PMOS）的W大 GB并不会改变！ 由于采用了cascode结构，输入处的极点离原点较远。 C=0时，omiga2＝1/(RLCL) C＝Cc时，Cc提供了一条交流通路，在Rl处看电阻，等于Rs||1/gm9||Rl，有1/GBCc约为0，omiga2＝gm/Cl, 1/gmRl将此极点推离远离原点位置 补偿时，让第二极点＝GB；等于GB时，PM＝45deg。 存在前馈通路：Right-half plane zero (One source of zeros is from multiple paths from the input to output): 在考虑零点时， Arctg(0.1)=5.7 * CMOS模拟集成电路设计 稳定性和频率补偿 提纲 提纲 1、概述 2、多极点系统 3、相位裕度 4、频率补偿 5、两级运放的补偿 概述 1、概述 反馈系统存在潜在不稳定性 振荡条件（巴克豪森判据） 1、在ω1下，围绕环路的相移能大到使反馈变为正反馈 2、环路增益足以使信号建立 概述 增益交点 相位交点 在一般反馈电路的处理中，β小于或等于1，且与频率无关；当β1，幅值曲线会下移，增益交叉点会向原点方向移动，系统更易稳定。因此，常分析βH=H （β=1）的相位图和幅值图。 概述 波特（Bode）图 1、在每个零点频率处，幅值曲线的斜率按20dB/dec变化；在每个极点频率处，其斜率按－20dB/dec变化。 2、对一个在左半平面的极点（零点）频率ωm ，相位约在0.1 ωm处开始下降（上升），在ωm处经历－45°（ ＋45）的变化，在大约10 ωm处达到－90 °（ ＋90 °）的变化。右半平面的情况，反之。 右半平面的零点对反馈系统的稳定性更加有害，因为它提高增益，但延迟相位。 概述 极点位置与稳定性的关系 每个极点频率表示为sp=jω P +σp，冲击响应包含exp(jω P +σP)，如图 具有位于右半平面的极点的反馈放大器是不稳定的； 概述 单极点系统 单极点系统是稳定的。 多极点系统 2、多极点系统 两极点系统 两极点系统是稳定的，但裕度不大。 多极点系统 三极点系统 三极点系统可能是不稳定的。 ↓β 附加的极点（和零点）对相位的影响比对幅值的影响更大。 相位裕度 3、相位裕度 稳定的边缘情况 例如，在GX处，相位=-175° 得到 相位裕度（PM）：定义为 PM=180°+∠βH(ω= ω1) 其中， ω1为增益交点频率 相位裕度 相位裕度对反馈系统稳定性的影响 当PM=45°时， 当PM=60°时， 当PM=90°时， 频率补偿 4、频率补偿 增大PM的方法 减少极点数, PX往外推 减小带宽, GX往里推 频率补偿 单级运放的频率补偿 以右图的电流镜作负载的差动共源共栅运放为例， 估计极点： Out，A，N，X（Y） 频率补偿 单级运放的频率补偿（续） Bode图，β＝1 频率补偿 单级运放的频率补偿（续） 方法： 增加负载电容，即调整主极点 避免镜像极点 第一非主极点，必须离原点尽量远（大于等于GB） 频率补偿 单级运放的频率补偿（续） ↑ Rout→AV↑，虽然ωp，out=(RoutCL)-1降低, 由于不影响GX和PX，因此，增大Rout并不能对运放进行补偿 频率补偿 单级运放的频率补偿（续） 全差动套筒式运放： 没有镜像极点 包含一个主极点（输出极点）和一个非主极点（X或Y） PMOS的共源共栅中的极点（N或K）可以和输出极点合并 稳定 两级运放的补偿 5、两级运放的补偿 极点分析 增加一级放大器，至少增加一个极点 X(Y)，E（F），A（B） 两个主极点： E（F），A（B），均靠近原点 不稳定，需要补偿 两级运放的补偿 密勒补偿 增加密勒电容 以一个中等电容建立一个低频极点 形成“极点分裂”效应 当CL CCCE (gmII=gm9) (miller pole) (output pole) 可以计算得到 （补偿前(Cc=0)： ） 两级运放的补偿 密勒补偿（续） 密勒补偿中，零点的影响不可忽略 右平面的零点减缓增益的下降（增益交点外推），延迟相位（相位交点向原点移动） 考虑零点的影响，CC的选取：PM=60°时，GB处 若PM60 °, ?p22.2GB ，并由?z=10GB 令?z=10GB时 两级运放的补偿 密勒补偿（续） 消除密勒补偿中零点的方法 增加与补偿电容