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共模反馈环路稳定性分析及电路设计

时间:05-31 来源:互联网 点击:

差,因此,传统电路不能很好的满足稳定条件。

而本文提出的共模反馈运放电路匹配高、版图匹配容易。由式(15)可知,运放的右半电路几乎不影响运放的增益,且对C处偏置电压的影响也较小(受Q5和M9组成的负反馈作用)。所以,在平衡条件下,右半部分器件的短沟道效应及工艺失配带来的影响可以忽略。而运放的左半边电路以及尾电流源与差模第一级对应匹配,因而其短沟道效应也相近。因此只需使这部分器件的版图采用对称放置来设计,即可使它们的工艺匹配良好,从而确保电路严格满足稳定条件。

3仿真结果

本电路的设计主要基于TSMC 0.5um BiCMOS工艺,电源电压为6 V。所有波形均可在Spectre下仿真所得。仿真结果表明,在开环条件下,该运放的正、负端增益相同,相位相差180°,而且电路匹配良好,输出精确平衡。图4所示是该运放的共模抑制比(CMRR)特性曲线。由图可见,在10kHz时,该电路的CMRR依旧高达85 dB。事实上,该运放已实际应用于一款高性能音频CLASS—D芯片之中。图5是其作为积分器处理音频数据的瞬态仿真波形,其中输入信号是3 V共模电平,幅度为50 mV,频率为1 kHz的正弦信号。输出信号为频率不变,幅度为3 V的余弦信号,其共模电平稳定在3 V,从而表明该运放工作良好。

4结束语

  

本文分析了全差分运算放大器的共模反馈原理,研究了采用一级共模反馈的两级运放拓扑结构并得出其稳定条件。基于这个条件,文章又提出的一种结构新颖、电路匹配良好、输出平衡高的共模反馈方案。整个运放现已用于一款高性能音频CLASS—D芯片。经Spectre仿真验证,本运放工作稳定,输出精确平衡。

 

 

 

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