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模擬CMOS集成電路設(shè)計:零極點(diǎn)對消

冬至子 ? 來源:硬件電路設(shè)計與研究 ? 作者:scuzy ? 2023-10-18 15:09 ? 次閱讀

二、零極點(diǎn)對消

極點(diǎn)零點(diǎn)對消與極點(diǎn)分裂法(見前述推文)一樣,可以使兩個極點(diǎn)分離,但前提是要求實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)分離的所在級是單邊的,引入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后,極點(diǎn)P1被移到較低頻率處,成為主極點(diǎn),在高頻處會額外引入一個零點(diǎn)n和一個極點(diǎn)p3,如果設(shè)計適當(dāng),則該零點(diǎn)n會與補(bǔ)償前的原極點(diǎn)p2對消或至少構(gòu)成偶極子,此時系統(tǒng)由補(bǔ)償前的極點(diǎn)p1/p2變成了補(bǔ)償后的新p1與p3極點(diǎn),而新引入零點(diǎn)n剛好與原極點(diǎn)p2對消。

極點(diǎn)零點(diǎn)對消原理如下圖:

圖片

具體實(shí)現(xiàn)的一個電路示例如下圖:

圖片

引入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)RpzCpz前的電路兩個極點(diǎn)為:

圖片

引入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)RpzCpz后,在低頻處,補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的電容起主導(dǎo)作用,原極點(diǎn)P1被移動到更靠近原點(diǎn)位置:

圖片

當(dāng)超過一定頻率時,補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的Rpz開始起作用,將引入一個零點(diǎn):

圖片

為啥會有這個零點(diǎn)?可以根據(jù)上圖列舉方程式求解,這種方法具有通用性,但是一般比較復(fù)雜繁瑣,在此我們換一種簡潔但不是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩ㄐ苑治龇椒ǎ?/p>

所謂零點(diǎn),就是在整個頻率范圍里,如果使傳遞函數(shù)在某頻率處,其傳函出現(xiàn)極小值或零值,則此頻率處一般就是零點(diǎn):

可見補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率滿足以上零點(diǎn)的描述:

圖片

當(dāng)n=p1時,實(shí)現(xiàn)了零極點(diǎn)對消,而頻率較高時,Cpz的阻抗接近0,則最后的兩極點(diǎn)變?yōu)椋?/p>

圖片

三、阻性擴(kuò)頻法

阻性擴(kuò)頻法只對一個極點(diǎn)進(jìn)行處理,通過減小直流增益,可以讓極點(diǎn)遠(yuǎn)離原點(diǎn),從而擴(kuò)展帶寬,基本原理如下:利用并聯(lián)電阻或輸入并聯(lián)負(fù)反饋,都可以有效降低對應(yīng)極點(diǎn)的阻抗部分,而容抗部分基本不變,從而移動極點(diǎn);也可如下圖從增益帶寬積的角度來分析,對同一個問題習(xí)慣從多角度來分析,這可以更加深入理解電路特性。

圖片

實(shí)現(xiàn)原型舉例:

圖片

  1. 采用降低直流增益、減小極點(diǎn)的實(shí)數(shù)部分?jǐn)?shù)值來移動極點(diǎn);
  2. 采用輸入并聯(lián)負(fù)反饋來降低等效輸入阻抗,移動極點(diǎn)

四、虛零點(diǎn)法

虛零點(diǎn)法是指引入的對應(yīng)零點(diǎn)只出現(xiàn)在環(huán)路增益A(s)F(s)中,而不出現(xiàn)在閉環(huán)傳遞函數(shù)H(S)中,能夠?qū)崿F(xiàn)此目的的零點(diǎn),只能是在反饋環(huán)路F(S)中引入的零點(diǎn),現(xiàn)假設(shè)反饋環(huán)路F(s)=F1(s)(n1+s),F(S)中存在一個零點(diǎn)n1,則:

圖片

在反饋通道中引入的零點(diǎn)就是虛零點(diǎn),原則上可以在反饋網(wǎng)絡(luò)的以下三個位置引入虛零點(diǎn):

  1. 反饋網(wǎng)絡(luò)中間
  2. 反饋網(wǎng)絡(luò)的輸入端,即放大器的輸出端
  3. 反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端,即放大器的輸入端
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