浮栅控制classAB输出级运放的增益和零极点疑问

九段演员不是梦 · 发表于 2019-1-21 20:40:18

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《A Compact Power-Efficient 3 V CMOS Rail-to-Rail Input/Output Operational Amplifier for VLSI Cell Libraries》paper中给出的第一级为折叠栅第二级为浮栅控制classAB输出级的运放结构和补偿电容如下图。对此电路有如下疑问，想请各位答疑解惑。

1.对于这两种电路结构的运放增益表达式
对于折叠栅运放增益约为gm·gmro.ro，那此二级运放的增益如何？第二级的漏级相连的共源级放大结构的增益如何表示？ M20/M19/M27/M28是否会对第一级的折叠栅运放增益造成影响？

2.图13的补偿方式的输出次主极点为w=gm/(CM+CL)，那gm是M25 PMOS管的gm还是M26 NMOS管的gm呢？为什么要两个补偿电容CM1和CM2呢？正常的miller补偿不应该是一个电容么？ 主极点的的表达式如何表示？

3.对于图13的补偿方式可以在电容上串联一个电阻形成零点来补偿非主极点的么？我看paper中未有此说明。

4.对于图14的补偿方式，其输出极点为w=CM/CGS,out*gm/CL，那同上gm是M25 PMOS管的gm还是M26 NMOS管的gm呢？在此情况下的主极点的表达式如何呢？

图13

图14

九段演员不是梦 · 发表于 2019-1-24 08:51:17

自己顶个帖！

revengeryyy · 发表于 2019-1-24 09:19:49

1. 输出级gm等于pmos和nmos gm之和。
2. M20/M19/M27/M28你可以认为是个电压源，不会影响第一级增益。
3. 可以串电阻补偿，要根据实际情况决定。论文里负载电容可能比较小，输出极点高，不需要电阻了。
4. 下图的补偿方式可以参考ahuja那篇论文。

九段演员不是梦 · 发表于 2019-1-24 10:20:53

回复 3# revengeryyy

感谢您的回复！！理解了很多！还想请问一下：
1.输出级的gm等于gm25+gm26，那么输出级的增益就可以看成是两个共源级运放的增益和，即Av2=-(gm25+gm26)*(ro25//ro26//Rout)，我的理解正确么？
2.关于CM1和CM2，为何要用两个CM来补偿呢？用两个CM补偿，那么输出极点为w=-（gm25+gm26）/(2CM+CL)，但是两个电容不是会分别形成一个零点么？分别是Z1=gm25/CM1和Z2=gm26/CM2？那为什么不只用一个CM1，这样输出极点是w=-1/[(1/gm25)//ro)*(CM+CL)]，是因为这样输出极点频率较低么？那如果用两个CM，在串电阻补偿时如果分别串联电阻，那么不会形成两个补偿的左半平面零点了么？还是在串联R补偿时只有一路串联电阻或是串联不同的电阻值把零点补偿到不同的频率下？
3.主极点的位置是1/[Rout第一级*（1+Av2）*CM]，是这样么？
4.下图您说的参考ahuaja的论文是指哪一篇呢？能给个题目么~
谢谢！

revengeryyy · 发表于 2019-1-24 10:54:07

1. 正确。
2. 用两个电容是因为class ab运放在工作时pmos和nmos会一个导通另一个关断。如果pmos导通，nmos关断，在pmos上的CM就起作用，反之亦然。
3. 正确。
4. An improved frequency compensation technique for CMOS operational amplifiers