CMOS模拟集成电路设计ch稳定性和频率补偿实用实用教案

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1、2022-5-1411、概述(i sh) 反馈系统存在(cnzi)潜在不稳定性 振荡条件（巴克豪森判据）1)(1jsH第1页/共27页第一页，共28页。2022-5-142 增益交点(jiodin) 相位交点(jiodin)第2页/共27页第二页，共28页。2022-5-143 波特(b t)（Bode）图第3页/共27页第三页，共28页。2022-5-144 极点位置(wi zhi)与稳定性的关系具有位于右半平面的极点的反馈(fnku)放大器是不稳定的；第4页/共27页第四页，共28页。2022-5-145 单极点(jdin)系统第5页/共27页第五页，共28页。2022-5-1462、多极

2、点(jdin)系统 两极点(jdin)系统第6页/共27页第六页，共28页。2022-5-147 三极点(jdin)系统第7页/共27页第七页，共28页。2022-5-1483、相位(xingwi)裕度 稳定的边缘情况(qngkung) 例如，在GX处，相位=-175)(1)()(111jHjHjXY5 .11)(1jXY第8页/共27页第八页，共28页。2022-5-149 相位(xingwi)裕度对反馈系统稳定性的影响3 . 1)(1jXY1)(1jXY7 . 0)(1jXY第9页/共27页第九页，共28页。2022-5-14104、频率(pnl)补偿 增大(zn d)PM的方法GX往里推

3、第10页/共27页第十页，共28页。2022-5-1411 单级运放的频率(pnl)补偿第11页/共27页第十一页，共28页。2022-5-1412 单级运放(yn fn)的频率补偿（续）第12页/共27页第十二页，共28页。2022-5-1413 单级运放的频率(pnl)补偿（续）第13页/共27页第十三页，共28页。2022-5-1414 单级运放的频率(pnl)补偿（续）第14页/共27页第十四页，共28页。2022-5-1415 单级运放(yn fn)的频率补偿（续）第15页/共27页第十五页，共28页。2022-5-14165、两级运放(yn fn)的补偿 极点(jdin)分析第16

4、页/共27页第十六页，共28页。2022-5-1417 密勒补偿(bchng)CmIpvCgAGB| )0(1 CLmIIoutpCRgR)(1112mIIpLgC可以计算(j sun)得到（补偿前(Cc=0)： ）E111CRoutpLL21CRpCmIpvCgAGB| )0(1第17页/共27页第十七页，共28页。2022-5-1418 密勒补偿(bchng)（续）60180ccc21zppGBtgarGBtgarGBtgarCmIIzCgLCC22. 0C ，并由令601801 . 0cc902tgarGBtgarp2.210mIImIILCggCC第18页/共27页第十八页，共28页。

5、2022-5-1419 密勒补偿(bchng)（续）CmCLzCgCCR9CmCzmCgCRg919)(1CLSmIIpCRRg11LmIIpCg2cmzCg2AV=1,Rout=1/gm2 CCAv=-gmIIR2第19页/共27页第十九页，共28页。2022-5-1420 带补偿(bchng)的两级运放的转换CssrCIS CssrCIS CDrCIS3CDrCIS5第20页/共27页第二十页，共28页。2022-5-1421小结(xioji) 反馈系统存在(cnzi)潜在不稳定性1)(1jsH 单极点系统是稳定的 双极点系统是稳定的，但相位裕度不大 三极点（以上(yshng)）系统是不稳

6、定的，需要相位补偿相位裕度PM60deg，可以兼顾稳定性和瞬态反应速度补偿方法： 减少极点数 减小带宽 密勒补偿 ：需要考虑RHZLmIIpCg2CmIpvCgAGB| )0(1CmIIzCg第21页/共27页第二十一页，共28页。2022-5-1422二级运放(yn fn)设计实例（optional） 约束条件 电源电压(diny) 工艺 温度第22页/共27页第二十二页，共28页。2022-5-1423)(2|4251111 ,IgRgAmoutmstvcmCgGB/1THNGSDDinCMVVVV3max,11515min,THNODODSSGSODSSinCMVVVVVVVVcCISR

7、/5totalSSDDdissIVVP)()(|7666262,IgRgAmoutmndvLmpCg/62cmzCg/61LWCLWKIVOXDOD,2第23页/共27页第二十三页，共28页。2022-5-1424 设计步骤 0. 确定正确(zhngqu)的电路偏置，保证所有晶体管处于饱和区。第24页/共27页第二十四页，共28页。2022-5-1425 设计(shj)步骤（续） 1.根据需要的PM60deg求Cc （假定z10GB） 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.由计算得到的电流偏置值(I5 /2),设计(shj)W3/L3（ W4/L4

8、）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10GB 5.设计(shj)W1/L1（ W2/L2 ）满足GB的要求 6. 设计(shj)W5/L5满足下ICMR（或输出摆幅）要求；LCC22. 0C GBCgCCggsmgsgsm102334333330.67gsoxCW L C1/mcGBgC253(4)1/ 2()2poxDDTHnTHpWIICVICMRVVL15112(/)ODGSTHnoxIVICMRVICMRVCWL第25页/共27页第二十五页，共28页。2022-5-1426 设计步骤（续） 7. 根据p22.2GB 计算得到gm6；并且根

9、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是否满足要求 9. 计算M7的尺寸。并验证Vout,min是否满足要求； 10.验证增益和功耗 11.若增益不满要求，降低I5和I6或提高M2、M6尺寸等措施，但重复(chngf)以上步骤进行验证。 12.SPICE仿真验证12.3交作业(zuy)！第26页/共27页第二十六页，共28页。2022-5-1427感谢您的欣赏(xnshng)！第27页/共27页第二十七页，共28页。NoImage内容(nirng)总结2021/11/10。1、在1下，围绕(wiro)环路的相移能大到使反馈变为正反馈。第1页/共27页。因此，常分析H=H （=1）的相位图和幅值图。PM=180+H(= 1)。 RoutAV，虽然p，out=(RoutCL)-1降低,。增加一级放大器，至少增加一个极点。以一个中等电容建立一个低频极点。当CL CCCE。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。第26页/共27页第二十八页，共28页。