关于 Miller 电容和输出电阻


关于基本的 miller 补偿的两级运放,通常在计算输出节点的非主极点时,认为第二级的共源放大的mos管的栅和漏由补偿电容Cc短接,其阻抗近似为 1/gm, 进而得到输出的极点为 gm2/CL。但是,具体在多高的频率下可以认为 Cc 短接?也就是第二级的输出阻抗随频率具体如何变化,在何时 Cc 会使得 Rout 近似为 1/gm ? 这里,我们对此做些分析。


miller电容跨接的共源级

对上面的电路做小信号分析,X点考虑输入的源阻抗(或第一级的输出电阻)为Ro1,Miller电容为Cc,共源放大管的跨导gm2,输出电阻Ro2,同时忽略Y点的负载电容,通过计算,可以得到在Y点的输出阻抗为:

Rout= (1+s*Ro1*Cc)*Ro2/(1+s*Cc*((1+gm2*Ro2)*Ro1+Ro2))

可以看到,在低频下Rout=Ro2,而在零点频率ωz=1/(Ro1*Cc)之后,Rout近似为1/gm2

考虑miller补偿的二级运放,其GBW=gm1/Cc, 对一般的mosfet,有gm>1/ro, 且设计时常使输入对管的gm大于负载管的gm,故此,可以保证GBW>ωz,. 因此在计算非主极点(放在GBW外)时,认为第二级阻抗为1/gm是合适的。

同样可以通过下面的仿真来了解下实际是否与上面的分析一致,通过在输出节点注入ac=1的交流电流,通过AC分析,得到的输出的电压就是其小信号阻抗

miller补偿CS级的Rout仿真电路

具体得到的阻抗特性如下,和之前的分析还是比较一致的。

miller补偿CS级的Rout仿真结果

实际的 miller 补偿的运放设计中, 常采用如下图中的调零电阻 Rc 来消去右边平面零点,我们还是要考虑下这个电阻会否影响最后的 Rout。

miller补偿CS级的Rout仿真电路-2

通过同样的小信号分析, 我们一样可以得到输出节点的阻抗:

Rout=Ro2(1+s*Cc*(Rc+Ro1))/(1+s*Cc*((1+gm2*Ro2)*Ro1+Rc+Ro1))

考虑这里 Rc 略大于 1/gm2, 通过类似的简化, 可以看到最后整个阻抗特性和未加 Rc 时的阻抗特性基本类似, 我们通过比较下图中两者仿真的结果, 也可看出.

miller补偿CS级的Rout仿真结果-2


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