1、CMOS模拟集成电路设计稳定性和频率补偿2023-2-11提纲2提纲 1、概述 2、多极点系统 3、相位裕度 4、频率补偿 5、两级运放的补偿2023-2-11概述31、概述 反馈系统存在潜在不稳定性 振荡条件（巴克豪森判据）1)(1jsH2023-2-11概述4 增益交点 相位交点2023-2-11概述5 波特（Bode）图2023-2-11概述6 极点位置与稳定性的关系 具有位于右半平面的极点的反馈放大器是不稳定的；2023-2-11概述7 单极点系统2023-2-11多极点系统82、多极点系统 两极点系统2023-2-11多极点系统9 三极点系统2023-2-11相位裕度103、相位裕度
2、 稳定的边缘情况 例如，在GX处，相位=-175)(1)()(111jHjHjXY5.11)(1jXY2023-2-11相位裕度11 相位裕度对反馈系统稳定性的影响3.1)(1jXY1)(1jXY7.0)(1jXY2023-2-11频率补偿124、频率补偿 增大PM的方法PX往外推GX往里推2023-2-11频率补偿13 单级运放的频率补偿2023-2-11频率补偿14 单级运放的频率补偿（续）2023-2-11频率补偿15 单级运放的频率补偿（续）2023-2-11频率补偿16 单级运放的频率补偿（续）2023-2-11频率补偿17 单级运放的频率补偿（续）2023-2-11两级运放的补偿1
3、85、两级运放的补偿 极点分析2023-2-11两级运放的补偿19 密勒补偿CmIpvCgAGB|)0(1 CLmIIoutpCRgR)(1112mIIpLgC可以计算得到（补偿前(Cc=0)：）E111CRoutpLL21CRpCmIpvCgAGB|)0(12023-2-11两级运放的补偿20 密勒补偿（续）60180ccc21zppGBtgarGBtgarGBtgarCmIIzCgLCC22.0C ，并由令601801.0cc902tgarGBtgarp2.210mIImIILCggCC2023-2-11两级运放的补偿21 密勒补偿（续）CmCLzCgCCR9CmCzmCgCRg919)(
4、1CLSmIIpCRRg11LmIIpCg2cmzCg2AV=1,Rout=1/gm2 CCAv=-gmIIR22023-2-11两级运放的补偿22 带补偿的两级运放的转换CssrCIS CssrCIS CDrCIS3CDrCIS52023-2-1123小结 反馈系统存在潜在不稳定性1)(1jsH 单极点系统是稳定的 双极点系统是稳定的，但相位裕度不大 三极点（以上）系统是不稳定的，需要相位补偿 相位裕度PM60deg，可以兼顾稳定性和瞬态反应速度 补偿方法：减少极点数 减小带宽 密勒补偿：需要考虑RHZLmIIpCg2CmIpvCgAGB|)0(1CmIIzCg2023-2-11二级运放设计
5、实例24二级运放设计实例（optional）约束条件 电源电压 工艺 温度2023-2-11二级运放设计实例25)(2|4251111,IgRgAmoutmstvcmCgGB/1THNGSDDinCMVVVV3max,11515min,THNODODSSGSODSSinCMVVVVVVVVcCISR/5totalSSDDdissIVVP)()(|7666262,IgRgAmoutmndvLmpCg/62cmzCg/61 LWCLWKIVOXDOD,22023-2-11二级运放设计实例26 设计步骤 0.确定正确的电路偏置，保证所有晶体管处于饱和区。2023-2-11二级运放设计实例27设计步骤
6、（续）1.根据需要的PM60deg求Cc（假定z10GB）2.由已知的Cc并根据转换速率的要求（或功耗要求）选择ISS（I5）的范围；3.由计算得到的电流偏置值(I5/2),设计W3/L3（W4/L4）满足上ICMR（或输出摆幅）要求，即饱和区条件；4.验证M3处镜像极点是否大于10GB 5.设计W1/L1（W2/L2）满足GB的要求 6.设计W5/L5满足下ICMR（或输出摆幅）要求；LCC22.0C GBCgCCggsmgsgsm102334333330.67gsoxCW L C1/mcGBgC253(4)1/2()2poxDDTHnTHpWIICVICMRVVL15112(/)ODGSTHnoxIVICMRVICMRVCWL2023-2-11二级运放设计实例28 设计步骤（续）7.根据p22.2GB 计算得到gm6；并且根据偏置条件VSG4=VSG6计算得到M6的尺寸 8.根据尺寸和gm6计算I6，并验证Vout,max是否满足要求 9.计算M7的尺寸。并验证Vout,min是否满足要求；10.验证增益和功耗 11.若增益不满要求，降低I5和I6或提高M2、M6尺寸等措施，但重复以上步骤进行验证。12.SPICE仿真验证
