运算放大器的频率补偿运算放大器的频率补偿 运算放大器的频率补偿第十八讲第十八讲运算放大器的频率补偿问题问题1：为什么要对运放进行频率补偿？：为什么要对运放进行频率补偿？运算放大器的频率补偿运放的频率补偿o基本概念n基本的负反馈系统A是放大器， ，和无关o当环路增益 ，闭环增益无限大，电路振荡。o振荡条件（巴克豪森判据）则传递函数为n 负反馈本身有180度相移，所以，环路总相移为360度运算放大器的频率补偿o增益交点、相位交点n基本概念： 相位交点：PX，相位=-180时的角频率。 增益交点：GX，增益=1时的角频率。n 稳定条件：相位=-180时，增益1，振荡； 增益=1时，相位 -180，稳定。8/16/20245运算放大器的频率补偿o稳定条件：增益交点GX相位交点PX 在一般反馈电路的处理中，F小于或等于1，且与频率无关；当F1，幅值曲线会下移，增益交叉点会向原点方向移动，系统更易稳定。因此，常分析FA=A的相位图和幅值图（开环状态下）。8/16/20246运算放大器的频率补偿o波特（Bode）图1、在每个零点频率处，幅值曲线的斜率按20dB/dec变化；在每个极点频率处，其斜率按20dB/dec变化。2、对一个在左半平面的极点（零点）频率m ，相位约在0.1 m处开始下降（上升），在m处经历45（ 45的变化，在大约10 m处达到90 （ 90 ）的变化。右半平面的情况，反之。右半平面的零点对反馈系统的稳定性更加有害，因为它提高增益，但延迟相位。8/16/20247运算放大器的频率补偿o极点位置与稳定性的关系每个极点频率表示为sp=j+p，冲击响应如图8/16/20248运算放大器的频率补偿o单极点系统单极点系统是稳定的。因为增益交点GX2.2GB2.2GB ， elseelse10GB10GB8/16/202438运算放大器的频率补偿o设计步骤n0. 确定正确的电路偏置，保证所有晶体管处于饱和区。为保证良好的电流镜，并确保M4处于饱和区（S Sx x=W=Wx x/L/Lx x）I I6 6=I=I7 78/16/202439运算放大器的频率补偿o设计步骤（续）n1.根据需要的PM60deg求Cc（假定z10GB）n2.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；n3. 设计W3/L3（ W4/L4 ）满足上ICMR（或输出摆幅）要求；n4. 验证M3处镜像极点是否大于10GBn5.设计W1/L1（ W2/L2 ）满足GB的要求n6. 设计W5/L5满足下ICMR（或输出摆幅）要求；8/16/202440运算放大器的频率补偿o设计步骤（续）n7. 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n8.根据尺寸和gm6计算I6，并验证Vout,max是否满足要求n9. 计算M7的尺寸。并验证Vout,min是否满足要求；n10.验证增益和功耗n11.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。n12.SPICE仿真验证8/16/202441运算放大器的频率补偿