负反馈的强弱对loop性能有何影响?

描述

图1和图2是两个相似的电路,如何分析它们的稳定性?负反馈的强弱对loop性能有何影响?

我分析了图2的电路,发现loop gain很低只有3.5dB,手算的结果也接近这个值。(调大RT可以增加增益,但需要考虑可接受的RT范围,(后来发现是改变RT时影响到了vod的原因)后面再详细分析是否可以或是否有必要做成强反馈(经过分析,计算,发现在vod合理的范围内很难做成强反馈))

第一个问题: 这么低的增益,vbg精度能有保证吗?

vbg的精确与否取决于M5和M8的源极电压是否精确相等,不考虑沟道长度调制(实际电路可加cascode)即使反馈弱到接近0dB,M5和M8的源极电压也是精确相等的,因为两对电流镜精确match,M5和M8的source电压就精确相等,不取决于反馈(实际电路的精度巨取决于沟道长度调制效应)。

第二个问题:这么弱的反馈,会带来什么问题? 比如噪声和抗干扰能力:由于loop gain很小,环路中的所有器件的1/f噪声和热噪声都会对vbg有等比例贡献。 如果vbg被干扰,即使幅度很小,环路的纠正能力也很弱。

第三个问题: 弱反馈环有稳定性风险吗?

仿真器似乎也在开你玩笑(下图),它把初始相位认成0,初始增益是-3.5dB,不过不妨碍分析。

显然在-7dB处是真正的gbw,此时相位裕度90,这里有个问题,在-3.5dB的drop下就产生了90度相位差,这里有两个相邻的极点。

最后的推导过程显示,在正确合理的设计范围内,增益很难提高。顺便说一下,图2的低频是绝对稳定的(负反馈)。

电压

电压

我详细推导了图2的低频loop gain,发现这个增益只跟n有关(假设vod没有调节空间),n是三极管的比例;

按照n=8推导出来,gain就在-3dB附近,没办法很大。

电压

图1的详细推导如下==》

电压

稳定性条件变成了: k》1

顺便说一下图1的最大环路增益是-6dB,也是弱反馈。

下面这个电路不是弱环,但与图1有些相似,称为Vth/R电路。

电压

小信号模型如下:

电压

推导结果:vo=(In,1+In,2+In,4)/(gm4+1/Rs)

电压

审核编辑:黄飞

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