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反馈

关于 Cherry-Hooper 和 Active Feedback 结构

以前做 RSSI 的时候,里面 limiter 的结构用的都比较简单,当时感觉带宽做的比较勉强(另外对于最后RSSI 直流输出如何来考虑噪声的问题一直想的也不是很明白..);最近看 high speed link 的内容的时候,顺带看到有些其他提升带宽的的结构,这里把 cherry-hooper 和 active-feedback 的结构简单梳理下。

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关于电流镜的输入阻抗

一般对电流镜的电路,谈得比较多的是其输出阻抗,以得到一个比较理想的电流源的输出;当然对于电流镜的输入阻抗,一般也要求其有较小的值,这主要是为了减小因输入电流源的有限阻抗所引起的电流的分流。此外,在考虑具体的电路中(如与电流镜相关的非主极点),小的阻抗也是我们所希望的。

High-swing cascode 电流镜的输入阻抗

对于简单的基本电流镜电路,其输入是一个二级管连接的 mos 管,很容易知道其阻抗为 1/gm; 但是对于 high-swing cascode 电流镜(如下图),就不太容易直接的看出其输入阻抗。

high-swing cascode current mirror

这里可以考虑从反馈的角度来分析:如果输入节点的电压升高,实际上也就是 Q3 的 Vgs 升高,故Ids3 变大,此电流会将输入节点的电压拉低。这实际上是一个电压负反馈(或者说是 shunt feedback),其等效阻抗应该也是一个较小的值,具体来说:

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Gain-boost 电路的反馈类型

最近翻 ‘Analog Design Essentials’,里面介绍电路流反馈的章节里面提到了 gain-boost(或是 regulated cascode)的反馈类型,对我来说有时要直接看出这些反馈结构的类型还真不太容易…

下图是基本的 gain-boost 的结构,利用放大器来提升 cascode 的输出阻抗,从而提升电路的增益。

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Inverting OPAMP 的反馈分析

之前在论坛看到有谈到inverting opamp的反馈结构,以及其GBW随反馈电阻的变化,觉得有些可以在这记录一下

下面是简单的inverting opamp的结构
inverting OPAMP

对这样的反相放大结构, 很容易可以看出其环路增益 Vo/Vin=-A*B1/(1+A*B2)
其中:A为运放OPAMP的增益, B1=Rf/(Rs+Rf), B2=Rs/(Rs+Rf)

我们可以对比一般的反馈结构,如下面所示:
反馈回路示意
对此一般反馈结构,有Vo/Vin=A/(1+A*Beta)

对比之前的inverting 结构可以看出反馈因子为 Rs/(Rs+Rf),而不是通过考虑虚短虚断得到的环路增益的倒数Rs/Rf,这是由于反馈的求和点(summing point)并不在电压输入节点.

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关于反馈对噪声的影响

之前简单列了下关于集成电路中器件噪声的基本内容,这里来说一下关于反馈对噪声的影响

基本的二端口网络的噪声

通常的二端口网络的噪声可以如下图所示的等效到输入(注意噪声电压、电流源的相关性)

二端口网络的噪声

上面的等效输入噪声电压和噪声电流可以通过将输入短路或断路的方法来计算

  • 短路时,噪声电流不再流入端口内,输出的噪声只来源于输入噪声电压源
  • 断路时,噪声电压不起作用,输出的噪声之来源于输入噪声电流源

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