反馈环路分析_20609220.pdf

反馈环路分析池保勇 010-62795096(O) 清华大学微电子学研究所设计室清华大学微电子学研究所 April 12, 2012 ?教材: 池保勇,“模拟集成电路与系统”,§ 6 提要?反馈的作用及基本特性?稳定性判据?反馈环路的两端口分析法?反馈环路的 Return Ratio 分析法?环路增益的 Hspice 仿真方法反馈的作用及基本特性工艺、电压、温度( PVT )变化? IC 设计工程师的责任: PVT 变化时,电路仍然能够正常工作?工艺: Lot-to-lot 、 wafer-to-wafer 、 die-to-die ?工艺 corner : SS 、 FF 、 typical 、 FS 、 SF ?电压: VDD ± 10 % ?温度:民品( 0 ~ 70 度),军品(- 40 ~ 125 度) PVT 的典型变化值 PVT 变化的影响? PVT 变化时,依赖于绝对元器件参数值的电路性能参量将发生大的变化?克服方法: ?余量设计法:电路按照最坏情况进行设计,使得电路性能在最坏情况下依然满足要求?电路性能不是最优的:如带宽的余量设计将增大功耗?负反馈:电路要求某一性能参量必须为某一确定的常数(如要求电路的增益为某一常数) ? g m R L 、 g m r o 会受 PVT 变化的影响?利用负反馈来降低电路性能对 PVT 变化的灵敏度负反馈?由 Harold S. Black 于 1927 年提出?反馈放大器的组成: ?基本(前馈)放大器?反馈网络:常为线性无源元件( f 一般为常数,与频率无关) ?感知输出的机制?产生反馈误差的机制? S i 、 S o 是输入和输出信号(电压或电流) ?闭环增益(闭环传输函数) ?环路增益?反馈误差信号:很小,基本放大器的输入是一个虚地点?反馈信号:输入信号的拷贝 af a A S S i o ??? 1 a f T ? T S S i ?? 1 ? i T T fb S S ?? 1 计算环路增益负反馈的基本特性?闭环增益?只要环路增益足够大,整个闭环系统的增益由反馈网络决定?由于 S o /S i ~1/f ,为实现放大,常令 f ≤ 1 ? f ≤ 1 是容易实现的?直接相连( f=1) 或电阻/ 电容分压器 1 1 1 T o i S a A Saff ?????????负反馈的作用( 1 ): ----降低增益的灵敏度?基本放大器的增益会由于温度、电源电压、器件老化等的影响而出现变化?负反馈可以降低各种变化对增益的影响,得到具有稳定增益的放大器?增益灵敏度降低的程度近似与环路增益成反比 1 a A af ?? T a a A A ???? 1 / 微分化简