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ota,opa的设计

热度 4已有 6587 次阅读| 2011-12-6 13:34 |个人分类:模拟电路设计

我以前的导师考学生时很爱出两个题,让学生画一个dff,画一个opa,分别代表了数字电路和模拟电路的基本单元。有一种说法,学好了opa,就等于学好了模拟电路。opa(ota)就像模拟电路里的砖头一样,几乎处处可以碰到。说了这么多,就是为了强调opa在模拟电路中的地位。因此几乎每次面试,不论是考别人还是被别人考,几乎都能看到opa的题,问噪声,问输入范围,问cmrr,问psrr,问offset,更多是问miller 补偿。以至于在这里我都快想不出来opa还有哪些特性需要格外强调(当然这里只是说opa的基本结构,如果要讨论state of art的新结构,那估计可讨论的太多)。

说说miller补偿。miller补偿公式估计被大家背的滚瓜烂熟了。但是如何深入的去理解挺是一个问题。因为我们习惯了一个节点对应一个极点的思维,然后顶多就是通过miller效应改变了第一级的c,如果有人问你能否用miller效应计算输出级的极点,该如何回答呢?。另一种想法就是第二级也可以看成一个带反馈的放大器,cc也是反馈支路的一部分。用这种思路,就好理解nested miller opa的设计。也比较好理解有的文献中说的nested miller opa可以提高运放的thd(不仅仅是通过增加前级增益)。

miller补偿里我们当年还碰到一个陷阱。通常认为miller电容是gm*r*cc,那么当gm*r小于1怎么办?这个例子很简单,但是也提醒我们每时每刻都要记住所运用公式的前提是什么。每次出现陷阱大都是因为我们忽略了前提,胡乱用公式导致的(我想起了小学生做数学题最爱干的事情,就是凑答案)。

再贡献一个别人出的题目,一个opa,如果带的负载不是CL,而是一个电阻串一个电感,传输函数变成什么了?

说说opa的环路仿真。要仿真环路,必须做到DC连接,AC开路。DC连接,opa才能工作在正常的工作状态。文献中给出了不少方法,有大的RC(LC)断环路,有特殊开关断环路,但是这些都有共同的问题,就是保证了DC,但是在AC态时忽略了断开点后级对前级的影响。如果断开点后级对前级影响很小,那问题不大,不然仿真结果就有较大误差。所以现在stb仿真用的较多,按照软件自己的说法,它考虑了后级对前级的负载效应。

开关电容里的opa仿真也是个麻烦事。不知道大家注意到没有,开关电容电路并不是一个线性时不变电路,所以我们才会觉得那么的别扭,以往积累的经验都没法用。如果不是线性时不变电路,该怎么办?目前有两种思路,一种是近似简化,把它近似成线性时不变LTI的,另一种就是认为,时变就当时变去考虑。后一种就会用到pss,pac等新的仿真手段,但是好像目前还没有pstb,而且对于线形周期时变电路的稳定性判据,也不应该沿用以前LTI的稳定性判据。所以这种方法有优点也有缺点。前一种方法很好理解,假定时钟周期很长,那么在opa稳定的一段时间内,我们就可以认为这是LTI系统。但是请不要忽略掉这种方法的前提,否则又会掉进一些陷阱里。

我看到其他人最爱掉进去的另一个陷阱是cmfb电路的仿真。经常仿真出来bode图完全不像正常的样子,相位开始就翘上去,然后又下来,但是看pm也能看。如果仔细看过gray书中讲cmfb的部分,就知道,其实有两个cmfb环路在系统中。其中一个虽然对系统影响不大,但是如果断环断错了位置,我们仿的loop gain就和真正要看的完全不是一回事。也有的人避免了这个错误,是由于他没有接外面的另一个环路。但是从仿真的准确度以及仿真的稳定性角度说,外面的环路应该接上为好。

 

 

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