运算放大器的频率补偿7.ppt

等效为 为了简化分析，仅分析E、A节点。 简化模型 简化模型 补偿前后对比 补偿前 补偿后 右半平面零点 PX靠近原点 -90?相移 GX远离原点 +20dB/dec 结果：不稳定 消除右半平面零点 方法1：消除零点 方法2：ωZ为负零点，与ωp2抵消 * 二级运放设计实例 * 二级运放设计实例（optional） 约束条件 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CL * 二级运放设计实例 * 关系方程 60deg PM要求?p22.2GB ，?else10GB * 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=I7 * 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?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. 设计W3/L3（ W4/L4 ）满足上ICMR（或输出摆幅）要求； 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； * 二级运放设计实例 * 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,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，但重复以上步骤进行验证。 12.SPICE仿真验证 * * * * * * * * 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。 * * 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！ * * * * 只考虑主极点，没有考虑其它极点－－》稳定性？ * 只考虑主极点，没有考虑其它极点－－》稳定性？ * 只考虑主极点，没有考虑其它极点－－》稳定性？ 运算放大器的频率补偿 第十八讲 问题1：为什么要对运放进行频率补偿？ 运放的频率补偿 基本概念?? 基本的负反馈系统 A是放大器， ，和ω无关 当环路增益 ，闭环增益无限大，电路振荡。 振荡条件（巴克豪森判据） 则传递函数为 负反馈本身有180度相移，所以，环路总相移为360度 * 概述 * 增益交点、相位交点 基本概念： 相位交点：PX，相位=-180°时的角频率。 增益交点：GX，增益=1时的角频率。 稳定条件：相位=-180°时，增益1，振荡； 增益=1时，相位 -180°，稳定。 * 概述 * 稳定条件：增益交点GX相位交点PX 在一般反馈电路的处理中，F小于或等于1，且与频率无关；当F1，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FA=A的相位图和幅值图（开环状态下）。 * 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+σp，冲击响应如图 * 概述 * 单极点系统 单极点系统是稳定的。因为增益交点GX相位交点PX * 多极点系统 * 两极点系统 两极点系统是稳定的 * 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。 第二部分 相位裕度 及其与稳定性关系 * 相位裕度 * 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°+∠FA(ω= ω1) 其中， ω1为增益交点频率（单位增益带宽。 稳定相位裕度 相位裕度PM与系统的闭环增益之间的关系: 相位裕度PM对应的系统的总的相位应为∠