CMOS集成电路设计-拉扎维第八章 反馈.ppt

第八章反馈，什么是反馈？反馈：系统的输出反过来影响系统的输入；负反馈：输出对输入的影响与原始输入相反。也就是说，当条件改变时，系统会抵制这种改变。在自然界中，有许多系统具有负反馈特性，如当体温上升时出汗，出汗会散热而使体温下降，负反馈会稳定系统，正反馈：当输出变化时，系统会放大原来的输出变化而不能达到平衡效果，反馈：闭环传递函数，H(s)开环传递函数，开环增益，前馈网络，反馈网络，H(s)G(s)环路增益LG，Y(s)/X(s)闭环传递函数，闭环增益，如果G反馈特性1:降低增益灵敏度，A，环路增益，A越大，闭环增益越精确，灵敏度越低：闭环增益对器件参数变化不开环敏感，Xf，Xe，降低增益灵敏度的示例，无源器件元件的固定值，反馈电路特性：1。增益灵敏度损失：一个例子(右共源级电路):没有反馈：电路的增益不稳定，因为：的总和随工艺和温度而变化。对于反馈：如果gm1ro11，结论：负反馈会降低增益灵敏度。也就是说，闭环增益对器件参数极其不敏感。简单共源级，带反馈的共源级，1/gm1r 1可以忽略，2。环路增益的计算方法：(a)、(b)，如图(a)所示，将主输入置零，在某一点断开环路，以“顺时针方向”注入一个测试信号，使信号环绕环路，直到回到这个断点，就可以得到一个电压值。由此导出的传递函数的负值是环路增益。这是一个无量纲的量。将上述方法应用于具有上页图(b)所示反馈的共源电路，获得右下方图(b)所示的电路。从(a)图可以写入：从(b)图可以写入：步骤1:输入设置为0，开环步骤2:添加测试信号Vt，找到VF，反馈电路的特性，反馈电路的特性，3。输入阻抗变化，(a)、(c)。考虑(a)电路，它是一个共源共栅电路。两个电容形成一个反馈回路。如图(b)所示，通过断开反馈环路，我们可以写出：对于图(c)所示的闭环电路，我们可以写出：反馈电路的特性，3。输入阻抗的变化，加上M2和M1的漏电流，我们可以得到：输入电阻减小的倍数，这可以证明是环路增益，(a)带反馈的共源级；(b)输出电阻的计算。对于右侧(a)所示的电路，这是一个使用反馈来改变输出阻抗的示例。图(b)显示了该电路输入短路后计算的输出阻抗。从图(b)中，我们可以得到：所以：反馈电路的特性，4。输出阻抗会发生变化，因为：假设前馈放大器的传递函数只有一个极点：输出电阻会降低，这表明对于单极系统：3dB带宽增加了(1 A0)倍。单极系统的增益和带宽的乘积不随反馈而变化。如果带宽改变，闭环系统的传递函数为：A0为低频增益和3dB带宽。可以看出，反馈电路的特点是，3dB带宽增加了A0倍，但以增益降低为代价，使用扩展带宽，反馈提供了一种增加电路带宽的方法，如果同时需要高增益，可以使用多个高带宽放大器级，2种放大器类型，一个检测电压的电路必须具有高输入阻抗(如电压表)，一个检测电流信号的电路必须具有低输入阻抗(如电流表)。产生电压的电路必须具有低输出阻抗(如电压源)，而产生电流信号的电路必须具有高输出阻抗(如电流源)。电路型号：放大器类型，每个放大器的简单实现电路：共源级，电压信号的检测和输出。共源共栅级作为跨阻放大器，将源电流信号转换为漏电压信号。作为跨导放大器的公共源级检测输入vo共栅器件，四种放大器：具有改进的性能，改变了输出阻抗，或增加了增益，放大器的类型，并计算了图中跨导放大器的增益。答：在这种情况下，增益定义为Gm=Iout/Vin，即示例：3检测和返回机制，信号检测和返回，电压检测：用于检测电压，电压表并联在检测点，如图(A)所示。在反馈系统中，这种类型的检测被称为“并行反馈”。对于电流检测：应检测一个电流，并在检测处串联一个电流表，如图(B)所示。在反馈系统中，这种类型的检测被称为“串联反馈”。检测：(a):检测电压，并联电压表(b):检测电流，串联电流表(c):检测电流的实际电路，Rs的电压降，检测和返回机制，电压增加，电流增加，返回：信号增加电压增加：串联(反馈信号和输入信号是不同的节点)电流增加：并联(反馈信号和输入信号是同一个节点)，9.2反馈结构，电压和电压反馈：是并联-串联反馈(反馈网络和输出是并联的，输入是串联的)，以电压的形式采样输出电压和返回反馈信号。电流-电压反馈：是对输出电流进行采样的串联反馈(反馈网络与输出串联，输入串联)。并以电压的形式返回反馈信号。电压和电流反馈：并联反馈对输出电压进行采样，一部分电流返回到输入端的求和点。电流反馈：分流-分流反馈对输出电流进行采样，一部分电流返回到输入端的求和点。1)电压-电压反馈，反馈网络并联到输出端，串联到输入端，这是并-串反馈。理想情况下，输入阻抗为无穷大，输出阻抗为零。所以你可以写：Ao是环路增益。此外，总增益降低了(1A0)倍。然后：前馈网络A0:v-v；反馈网络：V-V信号检测：前馈网络输出、电压信号、并联信号返回：前馈网络输入、电压信号、串联；2.具有电压-电压反馈的输出阻抗：结论：个电压-电压反馈输出端并联，输出阻抗降低(1A0)；定性分析：只要环路增益远大于1，输出值与RL 低输出阻抗电压源无关，定量分析：电压-电压反馈，3。电压-电压反馈输入阻抗：结论：输入端串联，输入阻抗增加1倍(1 A0)。定性分析：前馈放大器的输入阻抗只承受部分输入电压增加输入阻抗。电压-电压反馈。简而言之，V-V反馈降低了输出阻抗，增加了输入阻抗，可用于高阻抗源和低阻抗负载之间的“缓冲”阶段。计算闭环增益，闭环输出阻抗(计算闭环输出阻抗)，计算闭环输入阻抗(计算闭环输出阻抗。)、(a)、(b)、4。示例：对于图(a)中的电路，计算其输入和输出阻抗。电压-电压反馈，解决方案(a):电压-电压反馈，解决方案：电压-电压反馈，(b)闭环输入阻抗的计算，2)电流-电压反馈，1。反馈网络与输出串联以检测输出电流，并与输入串联以反馈电压，即串联反馈。环路增益：的计算，前馈网络通用：反馈网络RF:输入-输出，GM:前馈网络增益，跨导维度RF:反馈网络增益，电阻维度，串联反馈，2。具有电流-电压反馈的输出阻抗：结论：检测反馈系统输出端的电流将增加输出阻抗。对于右边的电路，Rout代表前馈放大器的有限输出阻抗。反馈网络产生与Ix成反比的电压VF:定性分析：输出电流是输入信号(G)的精确副本具有高输出阻抗的电流源。定量分析：电流电压反馈，3。具有电流-电压反馈的输入阻抗：结论：输入阻抗增加一倍(1 RfGm)；电流-电压反馈增加了输入和输出阻抗。定性分析：前馈放大器的输入阻抗仅承受部分输入电压增加输入阻抗。定量分析：电流-电压反馈。4.示例：使用电流反馈来增加共源电路的输出阻抗。这里使用源负反馈，解决方案：使用图(b)所示的电路来确定环路增益、电流-电压反馈，反馈网络的反馈系数具有电导的维度，并联反馈，2。带电压-电流反馈的输入阻抗：定性分析：前馈放大器的输入阻抗仅承受部分输入电压输入阻抗增加，定量分析：电压-电流反馈，结论：输入阻抗减少一个系数(1 R0gmF)，3。具有电压和电流反馈的输出阻抗：定性分析：输出电压是输入信号的精确副本(R)具有低输出阻抗的电压源，定量分析：结论：输出阻抗降低了一个系数(1 R0 GmF)；电流-电压反馈降低了输入和输出阻抗。如图二所示，M1将输入电压转换成电流。然后，电流流过负载电阻器RD。因此，环路增益为：(gm1RD)，输入阻抗为：Rin，闭合=射频/(1 gm1RD/(1GM1RD)，输出阻抗为3336ROUT，闭合=射频/(1 gm1RD)。4.示例：计算电路的输入和输出阻抗。在该电路中，检测输出电压，电流返回到输入端。电压-电流反馈，4)电流-电流反馈，1。反馈检测电流并产生电流2。输入阻抗降低一倍(1A1)；3.将输出阻抗