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关于大信号增益与小信号增益区别

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
小弟目前在做一开环的采样保持电路,输入信号幅度为800mV,需要设计一个增益为1的运放作为buffer,可是设计出来后AC仿真发现小信号增益为-14dB,可是输出信号幅度为800mV,按说增益应该为1。让我弄不明白的是,此时的增益应该怎么算呢?共模电平为1.2V,信号的幅度变化很大。求前辈指教!

仿真方法不太对吧。小信号增益的前提的偏置点基本不变,仿小信号增益的时候按你的幅度,偏置应该跑了,那么这已经不是小信号的问题了,小信号增益就没什么意义了。个人意见。

谢谢你的回复,我也这么觉得,但是这个时候应该怎么仿真呢?幅度变化这么大,计算共模增益吗

任意运放接成单位反馈就是增益为1的buffer啊。你的-14dB是怎么设计出来的?

闭环很容易设计,可是我这个要求是在开环的情况下增益为1。我就是通过比较输入输出,调节输入管gm和负载,在确定增益为1的时候仿真AC,发现Av是-14dB。

开环增益为1的话那只有用源极跟随器么。

要求将输入共模电平抬高。必须用运放做

以前大家用BJT做,开环gain很容易控制。input gm loaded with another diode-connected,same current,therefore same gm, gain = 1.

呃。这个要求有点奇葩。能解释下为什么?另外你时域仿真是1倍应该就是1倍了,是不是交流仿真和瞬态仿真时的工作点设置变了?仔细检查下看?话说你用源极跟随接成差分输入貌似也可以抬高共模电平的。我没搭过,你可以试试。

可以尝试时域仿真,比较输入输出电压,如果一样的话,就等于增益为1了


可惜我的是CMOS工艺,学习了。

后面就给预放大器了,老师们结构都定了,所以共模电平得适合后面,还要保持75dB以上的线性度。时域仿真确实增益为1了,可是现在苦恼的是这个增益应该如何算,输入管的工作点变化很大。似乎不应该算小信号增益了,算共模增益吗?

差分放大你算共模增益。开玩笑么?囧。你只是为了个移个电平不是么?两个输入端各接一个源极跟随器,这是改变电平位置的常用方法。估计你从你导师那里的理解有偏差。还有你的增益为1的运放,我很好奇你是怎么做的?有电路图么?

在拉扎维光通信的书上我记得写过小信号是大信号的保守估计,但是怎么理解这个保守我也有点分不清楚

就是这个问题。先前我说的共模增益不对,其实我想说的是 大摆幅的差分增益应该怎么算呢?憋了好几天,终于想出来怎么表述这个问题了。一般运放工作在反馈当中,可以通过虚短虚断来计算输入输出。可是如果增益不是很大,比如固定增益为1的开环运放怎么计算呢?同时又要满足线性度,这在高速的采保电路里面很常见。0.18的CMOS工艺,采样率超过GSps,就不能采用闭环了。输出又必须低阻,以满足带宽要求。
我现在其实已经调出来了,结构很怪异。电路图老师不会让上的,涉及到老师正在做的东西。他经常来论坛。但应该不妨碍讨论上面那个问题。
求各位前辈多多指教!

虚短虚段是在增益接近无穷大的时候的近似。增益比较小的时候可以用反馈网络自己算出来。

这个我知道,问题是没有反馈网络的时候怎么算呢?完全开环,没有全局反馈,只通过引入源极负反馈和其他线性化技术来稳定增益,使得在较宽的输入差分范围内能保证增益稳定,也就是保证线性度。这个时候的增益,怎么计算,输出电阻怎么决定呢。

没有反馈就是输入的差分信号乘以倍率啊。

我有些无奈了。就是想问所谓的倍率应该怎样来计算?

=。=倍率就是开环增益。



你可以先仿小摆幅的信号,比如输入Vpp=20mV,f=100kHz,看输出正弦波的中间电位和摆幅。输出的摆幅/输入的摆幅就是增益。中间电位就是共模电平。

感谢您耐心的讲解,这个我也是这么做的。
我想明白了,gm不是固定的,我弄错了这一点了。输出电压两段都有vin,需要进一步求解,而不是直接拿输入信号的共模电平放在那里直接算gm。

好吧,我实在是想象不出你设计的放大器。所以只能模糊的给些意见。另外建议你查看下输入信号最高点位和最低点位时各mos管的状态,如果有不在饱和区的话就要注意了。你的放大是非线性的。

应该具体情况具体分析,具体情况不明,解决办法,想了也不见得靠谱。
自己算算吧,差分对的开环增益应该可以估算出来的,前提是你的电路要吃得下800mVdiffpp(假设你讲的是差分峰峰值)。如果不用特殊结构,可能就得增大源端等效差分电阻了,而你的带宽似乎要求挺高(对于~Gsps)输出负载电阻不能太大,增益还不想太小,所以只能多烧电流了。

不知有没有参考价值。

-3dB 带宽要3G,确实很烧电流,能讲一下你是怎样估算开环增益的吗?
源端确实得大电阻,但是可以通过降低漏端电阻来降低输出电阻。

对于共源放大级,如果gm足够大,且忽略电容,电压增益也就近似于RD/RS了。如有电容,把R用Z替代即可。gm不够大,则需要把gm的影响也包括进去。

多些指教!
我计算了一下,确实这么计算。结构虽然很奇怪!但简化到最后就类似于Rd/Rs的表达式。引入的内部反馈都是为了提高共源共栅结构的线性度。

学习了

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