第十章稳定性与频率补偿

北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 1 第十章稳定性与频率补偿 授课教师 鲁文高Email wglu 2007年5月28日 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 2 本讲内容 稳定性概述多极点系统相位裕度频率补偿两级运放的补偿其它补偿技术 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 3 负反馈系统的振荡条件 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 4 不稳定系统VS稳定系统 图 a 相位 180时 增益 1 不稳定图 b 增益 1时 相位 180 稳定 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 5 复平面中的极点位置与稳定性 Y轴 等幅振荡 左半平面 最终趋于稳定 右半平面 振幅增加的振荡 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 6 单极点系统的稳定性 开环系统 不存在稳定性问题闭环系统 分析 H s 的幅频 相频特性 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 7 单极点系统的波特图 分析 H 的幅频 相频特性增益 1时 相位大于 90 稳定 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 8 本讲内容 稳定性概述多极点系统相位裕度频率补偿两级运放的补偿其它补偿技术 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 9 二极点系统 二极点系统 H p1相位 45 p2相位 135高频 趋近 180但总大于 180稳定的系统 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 10 二极点系统 开环VS闭环 1 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 11 二极点系统 开环VS闭环 2 闭环极点总位于左半平面 所以总是稳定的 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 12 三极点系统 增益交点 GX增益为1时的角频率相位交点 PX相位为 180的角频率稳定的条件 GX PX 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 13 本讲内容 稳定性概述多极点系统相位裕度频率补偿两级运放的补偿其它补偿技术 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 14 相位裕度 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 15 相位裕度与稳定时间 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 16 相位裕度 GX p2 180 PhaseMargin m 45 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 17 相位裕度 PM 60o 是个合适的值 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 18 大信号应用 时域的Simulation 小信号仿真时 PM 65 但是对于大信号阶跃信号 仍有较大的抖动对于大信号 时域的Simulation更真实有效 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 19 本讲内容 稳定性概述多极点系统相位裕度频率补偿两级运放的补偿其它补偿技术 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 20 频率补偿的原理 原理 修改 H的传输函数 使GX PX a PX移向更高的频率 b GX移向更低的频率 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 21 极点的位置 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 22 补偿的方法 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 23 补偿 降低GX 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 24 补偿 GX p A 若GX p A 则PhaseMargin m 45 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 25 GBW与fp2的关系 GX A0 p1 而PM 45 则GX p2最坏情况 1 GX A0 p1 p2所以GBW fp2 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 26 极点位置与相位裕度 1 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 27 极点位置与相位裕度 2 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 28 补偿的例子 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 29 单端输出vs全差分输出 双端输出 工作频率更高 单端输出 镜像极点极点频率较低 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 30 共源共栅电流源的阻抗 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 31 本讲内容 稳定性概述多极点系统相位裕度频率补偿两级运放的补偿其它补偿技术 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 32 两级运放的Miller补偿 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 33 Miller补偿的推导 1 V1 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 34 Miller补偿的推导 2 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 35 勘误 中文版公式10 23 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 36 Miller补偿前后的比较 V1 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 37 Miller补偿的副作用 正零点 RHP 右半平面零点会降低PX 进而影响稳定性 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 38 负零点与正零点 RHP 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 39 RHP零点对相位与幅度的影响 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 40 RHP零点的消除 1 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 41 RHP零点的消除 2 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 42 RHP零点的消除 3 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 43 负零点与正零点 RHP 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 44 负零点与非主极点 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 45 RZ的实现 使用合适的偏置电路 跟随工艺参数与温度的变化 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 46 使用线性区MOSFET实现电阻 1 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 47 使用线性区MOSFET实现电阻 2 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 48 线性MOSFET电阻的缺点 需要额外的偏置电路大信号时X点电压变 未在线性区 RZ变 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 49 负载的影响 单级运放 输出点为主极点 CL越大 GBW越小 系统越稳定两级运放 输出点为非主极点 CL越大 fp2越小 系统趋于振荡 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 50 本讲内容 稳定性概述多极点系统相位裕度频率补偿两级运放的补偿其它补偿技术 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 51 其他的零点消除技术 源跟随器 源跟随器 切断正向通路插入源跟随器后 产生左半平面零点 z gm2 CC 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 52 其他的零点消除技术 使用共栅管 1 使用共栅管 产生左半平面零点 z gm2 CC 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 53 其他的零点消除技术 使用共栅管 2 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 54 第一级为共源共栅时的零点消除 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 55 本讲内容 稳定性概述多极点系统相位裕度频率补偿两级运放的补偿其它补偿技术两级运放的设计 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 56 两级运放的转换速率 SR BasicTwo StageOpAmp 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 57 两级运放的正向SR与负向SR 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 58 两级运放的设计实例 1 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 59 两级运放的设计实例 2 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 60 两级运放的设计实例 3 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 61 两级运放的设计实例 4 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 62 两级运放的设计实例 5 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 63 两级运放的设计实例 6 北大微电子 模拟集成电路原理 StabilityCh 10 64 两级运