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1、北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#1负反馈系统的振荡条件负反馈系统的振荡条件第1页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#2不稳定系统不稳定系统VS稳定系统稳定系统图（图（a a）：相位）：相位=-180=-180时，增益时，增益11，不稳定，不稳定图（图（b b）：增益）：增益=1=1时，相位时，相位-180-180，稳定，稳定第2页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#3复平面中的极点位置与稳定性复平面中的极点位置与稳定性Y Y轴：等幅振荡轴：等幅振荡左半平面：最终趋于稳定左半平面：最终趋于稳定右半平面
2、：振幅增加的振荡右半平面：振幅增加的振荡第3页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#4单极点系统的稳定性单极点系统的稳定性开环系统：不存在稳定性问题开环系统：不存在稳定性问题闭环系统：分析闭环系统：分析 H(s)H(s)的幅频、相频特性的幅频、相频特性第4页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#5单极点系统的波特图单极点系统的波特图分析分析 H(H()的幅频、相频特性的幅频、相频特性增益增益=1=1时，相位大于时，相位大于-90-90，稳定！，稳定！-第5页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#6本
3、讲内容本讲内容稳定性概述稳定性概述多极点系统多极点系统相位裕度相位裕度频率补偿频率补偿两级运放的补偿两级运放的补偿其它补偿技术其它补偿技术第6页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#7二极点系统二极点系统二极点系统：二极点系统：H(H()p1p1相位相位:-45:-45 p2p2相位相位:-135:-135高频：趋近高频：趋近-180-180但总大于但总大于-180-180稳定的系统稳定的系统第7页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#8二极点系统：开环二极点系统：开环VS闭环（闭环（1）第8页/共66页北大微电子：模拟集成电路原
4、理 StabilityCh.10#9二极点系统：开环二极点系统：开环VS闭环（闭环（2）闭环极点总位于左半平面，所以总是稳定的闭环极点总位于左半平面，所以总是稳定的第9页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#10三极点系统三极点系统增益交点：增益交点：GXGX增益为增益为1 1时的角频率时的角频率相位交点：相位交点：PXPX相位为相位为-180-180的角频率的角频率稳定的条件：稳定的条件：GXPX!GXPX!第10页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#11本讲内容本讲内容稳定性概述稳定性概述多极点系统多极点系统相位裕度相位裕度
5、频率补偿频率补偿两级运放的补偿两级运放的补偿其它补偿技术其它补偿技术第11页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#12相位裕度相位裕度第12页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#13相位裕度与稳定时间相位裕度与稳定时间第13页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#14相位裕度（相位裕度（GX=p2）-180Phase Margin,Phase Margin,m m=45=45 第14页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#15相位裕度（相位裕度（PM=60o，是个合
6、适的值），是个合适的值）第15页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#16大信号应用：时域的大信号应用：时域的Simulation小信号仿真时，小信号仿真时，PM=65 PM=65 但是对于大信号阶跃信号，仍有较大的抖动但是对于大信号阶跃信号，仍有较大的抖动对于大信号，时域的对于大信号，时域的SimulationSimulation更真实有效更真实有效第16页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#17本讲内容本讲内容稳定性概述稳定性概述多极点系统多极点系统相位裕度相位裕度频率补偿频率补偿两级运放的补偿两级运放的补偿其它补偿技术其它
7、补偿技术第17页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#18频率补偿的原理频率补偿的原理原理：修改原理：修改 H H的传输函数，使的传输函数，使GXPXGX45PM45，则，则GXGX p2p2最坏情况最坏情况=1=1，GXGX A A0 0 p1p1 p2p2所以所以GBWfGBWfp2p2第23页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#24极点位置与相位裕度（极点位置与相位裕度（1）第24页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#25极点位置与相位裕度（极点位置与相位裕度（2）第25页/共66页北大微
8、电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#26补偿的例子补偿的例子第26页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#27单端输出单端输出vs全差分输出全差分输出双端输出：双端输出：工作频率更高工作频率更高单端输出：镜像极点单端输出：镜像极点极点频率较低极点频率较低第27页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#28共源共栅电流源的阻抗共源共栅电流源的阻抗第28页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#29本讲内容本讲内容稳定性概述稳定性概述多极点系统多极点系统相位裕度相位裕度频率补偿频率补偿两级
9、运放的补偿两级运放的补偿其它补偿技术其它补偿技术第29页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#30两级运放的两级运放的Miller补偿补偿第30页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#31Miller补偿的推导（补偿的推导（1）V1第31页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#32Miller补偿的推导（补偿的推导（2）第32页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#33勘误勘误中文版公式10.23第33页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.
10、10#34Miller补偿前后的比较补偿前后的比较V1第34页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#35Miller补偿的副作用：正零点（补偿的副作用：正零点（RHP）右半平面零点会降低右半平面零点会降低PXPX，进而影响稳定性，进而影响稳定性第35页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#36负零点与正零点（负零点与正零点（RHP）第36页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#37RHP零点对相位与幅度的影响零点对相位与幅度的影响第37页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh
11、.10#38RHP零点的消除（零点的消除（1）第38页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#39RHP零点的消除（零点的消除（2）第39页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#40RHP零点的消除（零点的消除（3）第40页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#41负零点与正零点（负零点与正零点（RHP）第41页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#42负零点与非主极点负零点与非主极点第42页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#43RZ
12、的实现的实现使用合适的偏置电路，跟随工艺参数与温度的变化使用合适的偏置电路，跟随工艺参数与温度的变化第43页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#44使用线性区使用线性区MOSFET实现电阻（实现电阻（1）第44页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#45使用线性区使用线性区MOSFET实现电阻（实现电阻（2）第45页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#46线性线性MOSFET电阻的缺点电阻的缺点需要额外的偏置电路需要额外的偏置电路大信号时大信号时X X点电压变，未在线性区，点电压变，未在线性区，
13、R RZ Z变变第46页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#47负载的影响负载的影响单级运放：输出点为主极点。单级运放：输出点为主极点。C CL L越大，越大，GBWGBW越小，系统越稳定越小，系统越稳定两级运放：输出点为非主极点。两级运放：输出点为非主极点。C CL L越大，越大，f fp2p2越小，系统趋于振荡越小，系统趋于振荡第47页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#48本讲内容本讲内容稳定性概述稳定性概述多极点系统多极点系统相位裕度相位裕度频率补偿频率补偿两级运放的补偿两级运放的补偿其它补偿技术其它补偿技术第48页/
14、共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#49其他的零点消除技术：源跟随器其他的零点消除技术：源跟随器源跟随器，切断正向通路源跟随器，切断正向通路插入源跟随器后，产生左半平面零点插入源跟随器后，产生左半平面零点 z z=-g=-gm2m2/C/CC C第49页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#50其他的零点消除技术：使用共栅管（其他的零点消除技术：使用共栅管（1）使用共栅管，产生左半平面零点使用共栅管，产生左半平面零点 z z=-g=-gm2m2/C/CC C第50页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.1
15、0#51其他的零点消除技术：使用共栅管（其他的零点消除技术：使用共栅管（2）第51页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#52第一级为共源共栅时的零点消除第一级为共源共栅时的零点消除第52页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#53本讲内容本讲内容稳定性概述稳定性概述多极点系统多极点系统相位裕度相位裕度频率补偿频率补偿两级运放的补偿两级运放的补偿其它补偿技术其它补偿技术两级运放的设计两级运放的设计第53页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#54两级运放的转换速率（两级运放的转换速率（SR）Basi
16、c Two-Stage Op AmpBasic Two-Stage Op Amp第54页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#55两级运放的正向两级运放的正向SR与负向与负向SR第55页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#56两级运放的设计实例（两级运放的设计实例（1）第56页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#57两级运放的设计实例（两级运放的设计实例（2）第57页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#58两级运放的设计实例（两级运放的设计实例（3）第58页/共
17、66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#59两级运放的设计实例（两级运放的设计实例（4）第59页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#60两级运放的设计实例（两级运放的设计实例（5）第60页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#61两级运放的设计实例（两级运放的设计实例（6）第61页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#62两级运放设计总结（两级运放设计总结（1）第62页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#63两级运放设计总结（两级运放设计总结（2）第63页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#64作业（作业（1）第一题：习题第一题：习题10.11第二题：第二题：性能指标与工艺参数见下页性能指标与工艺参数见下页确定确定GBW确定补偿电容确定补偿电容CC的大小的大小确定各偏置电压确定各偏置电压确定各晶体管的电流、尺寸确定各晶体管的电流、尺寸最终的增益为多少最终的增益为多少第64页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#65作业（作业（2）第65页/共66页北大微电子：模拟集成电路原理 StabilityCh.10#66感谢您的观看。第66页/共66页