关于 Gain-boost 中辅助运放带宽的考虑


这里参考JSSC 90年12月的论文“A Fast-Settling CMOS OpAmp for SC circuits with 90db Gain”中的分析,谈谈具体关于gain-boost 结构的运算放大器中辅助运放带宽的考虑

一般辅助运放的带宽主要有三点考虑:

  • Gain-boost作用要求: GBW_booster > f3dB_before, 即辅助运放的GBW大于原来主运放的3dB带宽
  • 环路稳定的要求:GBW_booster < fp2, 即辅助运放的GBW小于原来主运放的第二极点频率
  • Doublet考虑:GBW_booster > β*GBW_main, 即辅助运放的GBW大于系统带宽,这里β为整个运放的反馈系数,GBW_main为主运放的GBW

gain-boost放大器

首先对于,考虑gain-boost要起作用,辅助运放的3dB带宽必须大于加上gain-boost之后运放的3dB带宽,这样辅助运放才能在其3dB带宽内提供恒定的增益,也即:f3dB_booster > f3dB_after。

考虑gain-boost对输出阻抗的作用,实际上在gain-boost之后,主运放的3dB带宽被缩减了A倍,即f3db_after=f3db_before/A, 其中A为辅助运放提供的增益。将其代入前式,有A*f3dB_booster > f3db_before, 也即是 GBW_booster > f3dB_before

再来考虑gain-boost反馈环路稳定的要求,这里主运放的cascode管实际上在环路中增加了一级,考虑辅助运放的输出为主极点,cascode管的源极节点为非主极点,为保持稳定稳定,需要使环路的GBW<其非主极点fp2。

由于第二级近似可以认为其增益接近1(源跟随器),故此可以认为在fp2足够高时,环路的GBW近似等于辅助运放的GBW,即是说环路稳定限制变为:辅助运放的GBW < fp2

最后, 关于 doublet 的考虑, 由简单的推导, 可以看到 gain-boost 放大器会在辅助运放的 GBW 附近引入一对零极点对 , 故此为避免这一 doublet 对建议时间的影响, 将其外推到整个系统的带宽之外, 这也就是要求 GBW_booster > β*GBW_main


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