如何选择电流源设计的运放

    图24

    2. 输出部分

    MOSFET的电流Id=gmVgs流经Rsample产生电压gmVgsRsample，因此增益为gmRsample。由于gm的转折频率很高，Rsample在低频下为理想电阻，因此gmRsample的频率响应为平行于0dB线的直线。

    电流源输出电流很小时，gm接近于0，因此gmRsample位于0dB线以下很低的位置。输出电流增大造成gm增大，gmRsample不断上移，直至最大电流时，gm=2s，Rsample=3 Ohm，gmRsample=6，移至0dB线以上。

    图25

    两部分级联后，增益相乘，波特图上增益相加，如下图：

    图26

    此时如果gmRsample》1，极点po在0dB线之上，反之则在0dB线之下。

    一旦po高于0dB线，而1/F=1(0dB)且运放自身Aopen在此频率附近有-20dB/DEC的斜率，则po之后斜率将达到-40dB/DEC，可能产生振荡。

    因此推论振荡的产生应与Ro、Cgs、gm和Rsample均相关。

    分析Aopen之三：为何振荡

    将运放、MOSFET和Rsample构成的传递函数级联，得到下图的完整开环增益Aopen：

    图27

    Aopen具有3个主极点，分别为：

    1. 运放低频主极点pL

    2. MOSFET输入电容造成的极点po

    3. 运放高频主极点pH

    gmRsample《1时，po在0dB线之下，系统稳定。

    gmRsample》1时，po在0dB线之上，系统振荡。

    gmRsample=1时，po=0dB，系统处于临界状态。

    此问题的原因说来简单：

    gm与电流Id息息相关，gm随Id的增大而增大，因此gmRsample

    可能由《1变化至》1，使极点po位于0dB线之上，1/F=0dB线与

    Aopen的交点处斜率差为40dB/DEC，因此系统振荡。

    当然，可通过降低Rsample避免振荡，然而这不是治本的方法，而且会引起成本、噪声等一系列问题。

    处理振荡时的一个基本原则，尽量首先剪裁Aopen，而后才是1/F。改变1/F可能造成系统瞬态性能的变化。

    频率补偿是双刃剑，可能造成系统性能下降，过分的单一补偿会造成大量问题。因此应尽量使用多种补偿方法，而且每种补偿适可而止。

    本次将采用三种补偿方法，分别解决三种问题：

    1. 加速补偿

    2. 噪声增益补偿

    3. 高频积分补偿

    由于篇幅的原因，第一部分就先说到这里，接下来我会谈到加速补偿，校正Aopen的问题，敬请留意。

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