请教common-mode feedback的问题

mutl1912

難得見到的好帖，好就好在大家這麼積極地在討論，並且分析的有道理有根據。希望自己能夠很快有能力參與這樣的討論。美國又要想辦法抑制中國集成電路設計產業的發展，我們要奮鬥起來，為國內的集成電路產業的成長揮灑汗水。

i0977454522

thanks

kshuang

thanks

xlteam2

very good

kickit

hi_china59

可以用两级运放做 CM 检测放大器，但不推荐。原因与做法如下，给你一版可直接复制的详细说明。

一、为什么“不好用”

1. 多高阻节点导致多极点
   两级运放内部有 Miller 节点和输出节点，都是高阻点，会在 CMFB 环路里引入至少两个以上的极点。极点靠得近时很难把相位裕度做足，稳定性差。

2. 环路单位增益频宽被动拉高
   CM 环路增益 Lcm(s) ≈ Asense(s)·Apath(s)·βcm。两级运放的直流增益 Asense,0 很大，会把环路单位增益频宽 UGB 推高，导致更多非主极点落入带宽范围，额外相位损失增大，容易振荡。

3. 输出共模节点不再像“AC 地”
   差模路径希望看到输出共模 Voc 是一个缓慢变化的点（近似 AC 接地）。若 CMFB 的主极点不在 Voc，而是在 CM-sense 内部，Voc 在动态下就会摇晃，差模大信号过渡时更难收敛。

4. 对负载、电源、工艺温度的容差更差
   因为环路里有多个内部极点，负载电容、版图寄生、电源摆动都会把极点位置拖动，PVT 扫描下更容易失稳。

二、如果“必须”用两级运放，如何把风险降到最低

1. 把主极点放在 Voc
   目的：让 Voc 成为最慢的点，对差模像 AC 地。
   做法：在 Voc 上并联补偿电容 CD，或把 Miller 补偿的一端直接挂到 Voc，使环路的主极点视在输出共模节点。

2. 降低 CM-sense 的直流增益并做成单极点
   建议把 CM-sense 的 DC 增益做小（典型 10–30 dB），内部拓扑尽量简单，优选单极点滚降。可用源退化、二极体负载、适度小 Miller 等方式把非主极点推高。

3. 频宽配比
   CMFB 的单位增益频宽建议是差模单位增益频宽的 10%～30%。这样既能把 Voc 拉稳，又不至于让 CM 环路“跑太快”抢戏。目标相位裕度不低于 60°，更稳妥可做 70°～80°。

4. 回授施加点选择
   常见做法是把 CMFB 的控制电压施加在尾电流源栅极或有源负载栅极，避免把更多高阻节点并入环路。要确保这个施加点不会再引入低频额外极点。

5. 完整仿真流程
   a. 断环稳定性：在 Voc 处断环做 STB/loop-gain，拿到增益裕度与相位裕度，分别在最小、典型、最大负载电容和全 PVT 角落下检查。
   b. 瞬态大信号：对差模输入施加大步阶或满摆幅正弦，观察 Voc 是否缓慢回到 VCM,ref 而不过冲振铃。
   c. CM→DM 解耦：对共模注入小信号，确认差模输出受影响极小。
   d. 版图寄生与封装：把估计的寄生并进网表，重复 a～c。

三、与差模主放大器的协同

1. 主放大器一般把主极点也放在输出节点，用外接负载电容或补偿电容形成 dominant pole。
2. 当 CMFB 的主极点也放在 Voc 时，相当于对差模和共模都把“最慢的点”统一到输出，大信号收敛最直观、对负载变化的稳定性也最稳健。
3. 如果把 CM 主极点放在 CM-sense 内部，差模的主极点在输出，两套环路的时间常数拉开但互相牵扯，调参窗口更窄，容易出现某些角落稳定某些角落不稳的现象。

四、实务更推荐的方案

1. 选用单级低增益 CM-sense
   例如差分对加二极体负载，天然单极点、结构简单、收敛快，常常几乎“搭上就稳”，只需把 CD 放在 Voc 保证它是最慢的点。

2. 切换电容 CMFB（若为采样保持/SC 架构）
   在采样时刻设定输出共模，等效单极点，跨工艺温度漂移小，易控易验。

五、可参考的设计指标

1. CM-sense 直流增益：10～30 dB 足够实现精确的共模定位，没必要追求 60 dB 以上。
2. CMFB UGB：约为差模 UGB 的 0.1～0.3。
3. 非主极点频率：至少高于 CMFB UGB 的 3～5 倍。
4. 相位裕度：量产目标不低于 60°，若负载、电源、寄生不易控，建议 70°～80°。

六、结论
两级运放拿来做 CM 检测放大器并非不行，但其高增益和多极点会让 CMFB 环路更难稳定。若一定要用，需要把主极点牢牢放在输出共模节点 Voc，降低 CM-sense 增益并做成单极点，同时把 CMFB 的带宽做成差模带宽的一小部分，并经过严谨的断环与瞬态验证。更实用的工程方案是使用单级、低增益、天然单极点的 CM-sense，或使用开关电容 CMFB，以获得更好的稳定性、容差和可量产性。