共模反馈环路稳定性分析及电路设计

　　而本文提出的共模反馈运放电路匹配高、版图匹配容易。由式(15)可知，运放的右半电路几乎不影响运放的增益，且对C处偏置电压的影响也较小(受Q5和M9组成的负反馈作用)。所以，在平衡条件下，右半部分器件的短沟道效应及工艺失配带来的影响可以忽略。而运放的左半边电路以及尾电流源与差模第一级对应匹配，因而其短沟道效应也相近。因此只需使这部分器件的版图采用对称放置来设计，即可使它们的工艺匹配良好，从而确保电路严格满足稳定条件。

　　3仿真结果

　　本电路的设计主要基于TSMC 0.5um BiCMOS工艺，电源电压为6 V。所有波形均可在Spectre下仿真所得。仿真结果表明，在开环条件下，该运放的正、负端增益相同，相位相差180°，而且电路匹配良好，输出精确平衡。图4所示是该运放的共模抑制比(CMRR)特性曲线。由图可见，在10kHz时，该电路的CMRR依旧高达85 dB。事实上，该运放已实际应用于一款高性能音频CLASS—D芯片之中。图5是其作为积分器处理音频数据的瞬态仿真波形，其中输入信号是3 V共模电平，幅度为50 mV，频率为1 kHz的正弦信号。输出信号为频率不变，幅度为3 V的余弦信号，其共模电平稳定在3 V，从而表明该运放工作良好。

　　4结束语

　　本文分析了全差分运算放大器的共模反馈原理，研究了采用一级共模反馈的两级运放拓扑结构并得出其稳定条件。基于这个条件，文章又提出的一种结构新颖、电路匹配良好、输出平衡高的共模反馈方案。整个运放现已用于一款高性能音频CLASS—D芯片。经Spectre仿真验证，本运放工作稳定，输出精确平衡。

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