求助一个LDO补偿原理分析(信元加一个反向电路做酬谢)

semico_ljj

Mark！

zgln1234

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通信一抹蓝

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lgy747

最佳答案存在大面积的错误，原paper也有局部的错误，错在那里，为什么错，这些放在后面谈，现在先从正面开始说。
Rb,M3组成电压并联负反馈，加上Cb构成微分电路，下图我用蓝框框起来，认识到这一点是理解整个ldo补偿原理之关键!

我们先断环，参见下图，正确的断环位置对简化分析非常重要，原则是将补偿回路和主环都断开，即不遗留下子环。所以在输出端2个x处切断，左边用斜线连在一起作为输入，设输入电压相量Uin，考虑负载效应，将R1，R2复制后接输出到地。（最佳答案和paper是在R1，R2中点分压处断环，也是可以的，环路增益表达式将完全不同，它可以看到极点分离，但是会造成分母化简异常困难）

因为电压并联负反馈的特点是低的输入输出阻抗，设Cb左端虚地，则流过Cb的电流为Uin*jωCb,该电流流过Rb形成压降-Uin*jωCbRb，该电压产生3个电流I1，I2，I3，参考方向标于图上,则：
I1=Uin*jωCbRbgm4

I2=Uin*jωCbRbgm8

I3=Uin*jωCbRbgm4*Za*gm7*k
其中K为M6，M5尺寸比，Za为节点A阻抗
可以看到，电流相量超前电压相量Uin 90度，正是这个超前，补偿了主支路电流的相位滞后，是为微分电路补偿之物理概念。

从上面3个式可以看到，I3比I2大得多，所以M8支路I2可忽略，注入节点B的电流只有I3。注意M8同时也是主反馈环的支路，基于同样理由，也可忽略，即M8在整个AC分析过程中可忽略（实际上，M8的作用仅仅就是提供直流偏置，在闭环下通过DC负反馈建立起M6的正确的直流工作点），这样节点A成为补偿支路和主反馈支路之交会点，其后为公共通路，这个概念非常重要。

相位超前电流I1和主电流在节点A相加，将产生左半平面零点，我们来看看这个零点是怎样产生的：
设反馈系数F=R2/(R1+R2)
主支路注入A节点电流=Uin*F*gm1,与微分电流I1相加，则
注入A节点总电流=Uin*(jωCbRbgm4+Fgm1)，所以
环路增益=-(jωCbRbgm4+Fgm1)gm7*K*gmp/((jωc1+gds1)(jωc2+gds2)(jωc3+gds3)),其中c1,gds1，...分别为A，B节点和输出节点之电容和电导
可以看到，有1个左半平面零点，3个极点，
其中零点转折频率ω=Fgm1/CbRbgm4≈F/CbRb，它对应s域零点=-F/CbRb
所以，我们的设计思路是，用这个零点靠近第2极点，cancel它，这就是该电路的补偿原理。

上面的分析假设了Cb左端虚地的理想化情况，目的是为了简明地说明原理。实际上，因为单管gm有限，Cb左端电压并不为零（即不为虚地），所以相位超前将小于90度，下面将作进一步的叙述
（未完待续）

hszgl

回复 44# lgy747


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zjwu508

看着在重载下，会出现很高Q值，类似于右半平面极点。
你确定这玩意能稳定？

lgy747

因为单管gm有限，Cb左端电压并不为零（即不为虚地），下面我们进一步提高分析精度。设M3漏极节点电压为U1，栅极节点电压为U2，列出方程组：
Uin*Fgm1+U2gm3=(U2-U1)/Rb=(Uin-U2)jωCb
消去U2，解出U1，然后写出I1，然后加上Uin*Fgm2/2，得到注入A节点总电流=Uin*gm^2*(2F+jωCbRb(F+2))/2(gm3+jωCb)
所以对应s域
零点=-2F/((2+F)CbRb)
极点=-gm3/Cb
极点比零点高出的倍数=极点/零点=gm3*Rb(2+F)/2F
就是说，实际的微分补偿电路，在产生左半平面零点的同时，还产生一个极点，而它们之间的距离是零点显效程度的重要参数
（未完待续）

zhiqiang3713

回复 48# lgy747


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gm-cfiltersz

因为单管gm有限，Cb左端电压并不为零（即不为虚地），下面我们进一步提高分析精度。设M3漏极节点电压为U1， ...
lgy747 发表于 2015-8-31 17:21

                               
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    其实当时设置的最佳答案我发现也是有问题的，但是看他分析的这么认真就把分给他了，呵呵。期待看到你的详细分析。