最新CMOS模拟集成电路—稳定性和频率补偿资料教学讲义ppt课件.ppt

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1、CMOS模拟集成电路—稳定性和频率补偿资料提纲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9/1/20212提纲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9/1/20213概述单极点系统单极点系统是稳定的。9/1/20217概述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。9/1/20218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。9/1/20219多极点系统3、相位裕度稳定的边缘情况例如，在GX处，相位=-1

2、75°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9/1/202110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，9/1/202111相位裕度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9/1/202112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）9/1/202113频率补偿单级运放的频率补偿（续）Bode图，β＝19/1/202114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

3、非主极点，必须离原点尽量远（大于等于GB）9/1/202115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9/1/202116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9/1/202117频率补偿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9/1/202

4、118两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>CC>>CE(gmII=gm9)(millerpole)(outputpole)可以计算得到（补偿前(Cc=0)：）9/1/202119两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PM>60°,p2>2.2GB，并由z=10GB令z=10GB时9/1/202120两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串联的电阻切断补偿电

5、容的前馈通路将零点移到右平面无穷远处，或者左平面并抵消第一非主极点AV=1,Rout=1/gm2CCAv=-gmIIR29/1/202121两级运放的补偿带补偿的两级运放的转换正转换速率(红色)，当I1≥ISS负转换速率（青色），当I1≥ISS当I1

6、条件电源电压工艺温度设计描述小信号增益频率响应，增益带宽积GB相位裕度PM输入共模范围（ICMR）输出摆幅转换速率功耗负载电容CL9/1/202124二级运放设计实例关系方程60degPM要求p2>2.2GB，else>10GB9/1/202125二级运放设计实例设计步骤0.确定正确的电路偏置，保证所有晶体管处于饱和区。为保证良好的电流镜，并确保M4处于饱和区（Sx=Wx/Lx）I6=I79/1/202126二级运放设计实例设计步骤（续）1.根据需要的PM＝60deg求Cc（假定z>10GB）2.由已知的Cc并根据转换速率的要求（或功耗要求）选择ISS（I5）的范围；3.由计算得到

7、的电流偏置值(I5/2),设计W3/L3（W4/L4）满足上ICMR（或输出摆幅）要求，即饱和区条件；4.验证M3处镜像极点是否大于10GB5.设计W1/L1（W2/L2）满足GB的要求6.设计W5/L5满足下ICMR（或输出摆幅）要求；9/1/202127二级运放设计实例设计步骤（续）7.根据p2>2.2GB计算得到gm6；并且根据偏置条件VSG4=VSG6计算得到M6的尺寸8.根据尺寸和gm6计算I6，并验证Vout,max是