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模拟电路设计师曾经拥有两大技能,这让他们引以为傲——一是能根据spec算出电流和MOS管尺寸;二是会做环路分析。
随着短沟道效应的加剧,第一个技能已经失去了,只剩环路分析。
环路分析可以用代数和几何两种方法进行,如果你得到了开环bode plot,那么如何知道闭环性能呢?波特图中不同频率下的增益和相位,如何跟闭环性能对应呢?
我暂列下面几个问题:
1. 从运放开环波特图如何能看出运放的瞬态响应速度?
2. 从波特图能否看出系统在某个频率下的thd性能?
3. 复数极点是怎么来的?有啥好处?
4. 为什么前馈会产生零点?
5. 为什么不同相位裕度的运放,GBW相同时,瞬态响应速度不一样?
6. 单位阶跃响应能评估系统的哪些性能?
7. 积分器和放大器低频特性有哪些区别?
下面来一一分析这几个问题:
从运放开环波特图如何能看出运放的瞬态响应速度?
瞬态过程是的一个时域卷积过程,也是一个频域乘积结果,是输入信号频谱和系统stf频谱乘积的结果。
请注意stf=L0(s)/[1+L1(s)],L1(s)为开环传递函数,L1(s)为去除反馈系数后的信号传递函数。(这里借用sdm的stf分析方法,适用于运放和其他闭环系统)
那有了频域乘积结果,又如何看瞬态速度的快慢呢?
举个例子,一个阶跃信号在gbw=f0的单级运放输出的响应,怎么根据频域结果看某时刻时域的结果呢?
这就要对频域进行积分了,对从+∞到fx积分,就是在1/fx时刻瞬态建立的幅度。
单位阶跃信号的频谱如下(来自知乎:拣尽寒枝,https://zhuanlan.zhihu.com/p/690593773):
这个闭环传输函数(stf)让人一眼就看出相位裕度不同对应瞬态响应不同的原因。
我还曾苦恼一种情况,叫做“假宽带运放”就是由于零点补偿让gbw很大,但在相当一部分频率内开环传函都接近0dB。
真假宽带运放的区别在stf中也能一眼看出:
分为两种情况,反馈系数β<1 ;反馈系数β≥1
第一种情况,假宽带露馅了; 第二种情况,真假宽带响应一样。 但是ntf不一样,thd和noise性能显然不同。
(待续)