CMOS模拟集成电路设计培训PPT稳定性和频率补偿

1、cmos模拟集成电路设计 稳定性和频率补偿 2021-5-8 提纲 2 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 2021-5-8 概述 3 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)( 1 jsh 2021-5-8 概述 4 增益交点 相位交点 2021-5-8 概述 5 波特（bode）图 2021-5-8 概述 6 极点位置与稳定性的关系 具有位于右半平面的极点的反馈放大器是不稳定的； 2021-5-8 概述 7 单极点系统 2021-5-8 多极点系统 8 2、多极点系统 两极点系统 2021-5-8 多极点系统 9 三极点

2、系统 2021-5-8 相位裕度 10 3、相位裕度 稳定的边缘情况 例如，在gx处，相位=-175 )(1 )( )( 1 1 1 jh jh j x y 5 .11 )( 1 j x y 2021-5-8 相位裕度 11 相位裕度对反馈系统稳定性的影响 3 . 1 )( 1 j x y 1 )( 1 j x y 7 . 0 )( 1 j x y 2021-5-8 频率补偿 12 4、频率补偿 增大pm的方法 px往外推gx往里推 2021-5-8 频率补偿 13 单级运放的频率补偿 2021-5-8 频率补偿 14 单级运放的频率补偿（续） 2021-5-8 频率补偿 15 单级运放的频率

3、补偿（续） 2021-5-8 频率补偿 16 单级运放的频率补偿（续） 2021-5-8 频率补偿 17 单级运放的频率补偿（续） 2021-5-8 两级运放的补偿 18 5、两级运放的补偿 极点分析 2021-5-8 两级运放的补偿 19 密勒补偿 c mi pv c g agb| )0( 1 clmiiout p crgr)( 1 1 1 2 mii p l g c 可以计算得到 （补偿前(cc=0)： ） e1 1 1 crout p ll 2 1 cr p c mi pv c g agb| )0( 1 2021-5-8 两级运放的补偿 20 密勒补偿（续） 60180ccc 21zpp

4、 gb tgar gb tgar gb tgar c mii z c g lc c22. 0c ，并由 令 601801 . 0cc90 2 tgar gb tgar p 2.2 10 miimii lc gg cc 2021-5-8 两级运放的补偿 21 密勒补偿（续） cm cl z cg cc r 9 c m czm c g crg 9 1 9 )( 1 clsmii p crrg 1 1 l mii p c g 2 c m z c g 2 av=1,rout=1/gm2 cc av=-gmiir2 2021-5-8 两级运放的补偿 22 带补偿的两级运放的转换 c ss r c i s

5、 c ss r c i s c d r c i s 3 c d r c i s 5 2021-5-823 小结 反馈系统存在潜在不稳定性 1)( 1 jsh 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）系统是不稳定的，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rhz l mii p c g 2 c mi pv c g agb| )0( 1 c mii z c g 2021-5-8 二级运放设计实例 24 二级运放设计实例（optional） 约束条件 电源电压 工艺 温度 2021-5-8

6、 二级运放设计实例 25 )( 2 | 425 1 111 , i g rga m outmstv cm cggb/ 1 thngsddincm vvvv 3max, 11515min,thnododssgsodssincm vvvvvvvv c cisr/ 5 totalssdddiss ivvp)( )( | 766 6 262, i g rga m outmndv lmp cg/ 62 cmz cg/ 61 l w c l w k i v ox d od , 2 2021-5-8 二级运放设计实例 26 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。 2021-5-8

7、二级运放设计实例 27 设计步骤（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 10gb 5.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； lc c22. 0c gb c g cc g gs m gsgs m 10 2 3 3 43 3 333 0.67 gsox cw l c 1 / mc gbgc 2 53(4) 1 / 2() 2 poxddthnthp w iicvicmrvv l 1 51 1 2 (/) odgsth nox i vicmrvicmrv cwl 2021-5-8 二级运放设计实例 28 设计步骤（续） 7. 根据p22.2gb 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