请教common-mode feedback的问题

angelweishan

请教common-mode feedback的问题
我是否可以用一个two-stage cmos OP (gain >60db)做为differential-input and differential output op amp的 cm sense amplifier？Please explain it.  Thanks you in advance.
Paul Gray page 824 Figure 12.16

woodtrain

没有任何别的要求的前提下，当然可以做（当然cm反馈回路要稳定）。
但稳定只是说整个电路静态时Voc是在Vcm的。
实际中cmfb的目的往往是希望动态时（即查分电路在大幅工作），Voc能维持在Vcm附近缓慢变化而不是跳动。
这就要求cmfb回路的主极点（即变化最慢的点）在Voc，而不是你现在电路这样在M6的gate.
你仿一仿主极点在不同位置时的瞬态就看的到差别了。

mengyj0706

我的理解是，如果你看整个CMFB loop的单位增益频率，这个值是Acm*gm/C, Acm是CM loop的dc增益，gm/c是环路主极点位置（暂时不考虑在主放大器输出端还是CM sense amp内部，但是假设整个环路是single pole roll off）。如果你的cmfb放大器增益太大，那么这个单位增益频率也很大， 这样就会有更多的非主极点进入cmfb 带宽内，从而导致环路不稳定，这也是为什么通常cmfb sense放大器只用简单的diode负载的原因；
至于环路主极点的位置，我觉得理论上在哪都可以，之所以放到输出端，是因为这个地方也是主放大器的主极点，把补偿放到这个位置相当于同时补偿了CMFB和主放大器DM。如果你把主极点放在CM sense amp中（这里不考虑该放大器增益的影响），为了环路稳定，那就要求主放大器输出极点在cmfb loop bandwidth外，但是由于你把这个放大器增益设定的很大， 这样环路的单位增益带宽也比较大（环路有两个增益级，GBW不是固定的），这就要求主放大器的输出极点（假设为主极点）也就要比较大，这就达不到对主放大器进行输出补偿的目的了。通常CMFB环路的单位增益频率可以设定在主放大器单位增益频率内。
其实只要cmfb loop gain足够，并且环路稳定，共模输出电压就和理想值接近。
说的不对的地方还请大侠指出。

lovexxnu

3L 说的基本正确，一般情况是不可以的，
CMFB的增益过高会引入一个低频极点导致环路不稳定，
主极点放在输出的一个好处是当驱动负载增大时，不会影响环路稳定，

xxxm

我觉得，主要问题是CM Sense增益太高，导致cmfb loop的unity gain bandwidth很大，这时cmfb loop中的非主极点会影响cmfb loop的phase margin，容易不稳定。

不过主极点在CM Sense内部的话会是更好的设计。一般来说cmfb loop的unity gain bandwidth比DM loop的要小一些，所以如果主极点在放大器输出的话，在输出端加电容补偿是以cmfb loop的phase margin为标准，可是这时候DM已经overcompensated,会影响放大器的带宽。所以最好把cmfb loop和DM loop的主极点分开。

waley

cm feedback gain is too large
cm loop not easy to stable!!!

woodtrain

3-5楼的没分清信号通路是差分通路，跟cm通路是相关度很低的通路，怎么能拿cm环路的所谓gain/bandwidth去讨论对差分通路什么极点位置影响。
物理直观上讲，对于主差分op来说，它理想中希望看到的是Rcs电阻连在一个cm的ac ground: Voc!
什么是ac ground? 电压不变的点->缓变的点/电容大的点.
cmfb环路的目的就是让voc成为这样的点,而在任何环路的settling过程中,主极点永远是最稳定的.
如果主极点不在Voc,你就不能在Voc增加电容,让它对主差分通路来说接近ac ground. 这才是cmfb反馈定主极点位置的最重要依据.
如果你不想让Voc成为ac ground,那你就可以任意设cmfb的gain/bandwidth/pole,哪有什么gain太高影响主运放环路的事啊.

depend135

看了上面的一些讨论我说一下我的观点， 我觉得只要能保证共模反馈环路的稳定，就可以用LZ说的电路做sensing，但问题是这个稳定不好做。把CM环路和DM环路分开看，这个二级运放内部含有一个高阻节点（M4的漏），它的输入（即主运放的输出）也通常是高阻大电容节点，这样的话这个环路要稳定设计起来就很麻烦，miller补偿可以的话那就补，不能的话也也就只能在M4的漏加一个很大电容，毕竟输出负载电容是多少并不是设计者可以决定的。
所以，我的观点是，不这样做的原因在于CM环路有两个高阻节点，且难以把它们分开。
对于说增益太大导到GBW太大影响稳定性这一说法，嗯~~，我觉得这里的推理关系我不是太同意，虽然都在说稳定性的问题，因为直流增益的增加不会影响运放的GBW。直流增益上升，－3db BW会下降。GBW保持不变，而且我觉得对于非单极点roll off的系统（这里有两个靠得很近的极点），不能用A*BW作为单位增益的带宽了吧。

wwm101

连续时间的共模反馈的建立时间太长吧？
还有请问楼主，您主运放的输出接口是？源极跟随，还是？

mengyj0706

CM和DM有个共同的极点，也就是主放大器输出极点，楼上所说的那个ac ground点，从这点来看也不能是相关度很低的通路了吧；
CM SENSE的增益影响稳定性，简单考虑可以这样看，假设这个sense opamp是个理想的放大器，只有DC gain A0，CM环路增益就是A0*A1(主放大器中的部分的增益)；假如那个ac ground点，也就是要稳定的cm点处的极点同样也是cm环路的主极点Po，那么由于这个额外的A0，必然cm通路的GBM要比A1*Po大，为A1*A0*Po；由于CM通路与dm通路相比通常包含更多的极点(比如说如果主放大器是个差分放大器，反馈接到尾电流源，那么尾电流源的漏端就存在非主极点)，这个GBW的增加有可能会导致非主极点进入GBW内，从而影响CM环路的稳定性，这样的CM环路不稳定了，DM也就没法正常工作了；
GBW不变也是对单级点系统来说正确，对CM通路来说，它由两部分组成，一个是CM SENSE amp，还有主放大器中可以提供增益的部分，如果cm sense amp增益很高，假设主极点就放在主放大器输出端，那么这个cm sense 的高增益必然会影响cm环路的稳定性。大牛们都来讨论一下吧，集思广益，呵呵