[发明专利]一种基于环路反馈系数的全差分运放应用电路确定方法

摘要

一种基于环路反馈系数的全差分运放应用电路确定方法，主要解决了全差分运放应用中特有的双反馈环路难以设计和匹配的问题。步骤为：(1)化简电路，等效出前馈阻抗和反馈阻抗；(2)计算反馈网络的环路反馈系数；(3)以反馈系数为基础建立应用电路的小信号等效模型(4)利用步骤(3)中得到的模型，一次性得到应用电路共模噪声，差模增益，输入阻抗的计算公式。本发明具有简化电路设计过程，降低电路设计和匹配难度的优点。

主权项

一种基于环路反馈系数的全差分运放应用电路确定方法，所述应用电路包括所有应用全差分运放的负反馈电路，其特征在于步骤如下：(1)化简全差分运放应用电路：将连接在整个应用电路正负输入端与全差分运放器件正负输入端之间的电阻电容分别等效为前馈增益阻抗ZG1和ZG2，将连接在运放器件正负输出端与器件正负输入端之间的电阻电容分别等效为反馈阻抗ZF1和ZF2；(2)按照应用电路功能，将全差分运放应用电路分为前馈放大和反馈网络两个部分，并分别计算出两个反馈网络的环路反馈系数β1和β2；(3)针对全差分运放应用电路的双环路特征，利用步骤(2)中得到的环路反馈系数β1和β2建立全差分运放应用电路的小信号模型；所述双环路特征是指：由于全差分运放器件自身包含两个输入端与两个输出端，因此由运放器件输出端到输入端包含两个反馈网络；(4)依据步骤(3)中建立的小信号模型，一次性得到全差分运放应用电路的差模增益、共模噪声和输入阻抗三个电路指标，进而根据得到的三个指标的表达式求解全差分运放应用电路的设计参数；所述设计参数包括除全差分运放器件外，整个应用电路中的电阻电容值，具体为：连接在整个应用电路输入端与全差分运放输入端之间的电阻电容ZG1和ZG2，连接在全差分运放输入端与输出端之间的电阻电容ZF1和ZF2；根据步骤(3)中的小信号模型得到：VOUT+=1β1+β2(VIN+)(1-β2)-(VIN-)(1-β1)+2VCM(1AF+β2)1+2AFβ1+AFβ2]]>其中VOUT+和VOUT‑分别为全差分运放电路的正向与反向输出信号，VIN+和VIN‑分别为整个应用电路的正向与反向输入信号，VIN+和VIN‑均为已知量；为整个应用电路输出信号的共模电平，AF为全差分运放器件自身的前馈增益；在深度负反馈条件下，即AFβ>>1条件下，对VOUT+进行化简有：VOUT+=(VIN+)(1-β2)-(VIN-)(1-β1)+2VCMβ2β1+β2]]>同样方法得到全差分运放反向输出为：VOUT-=-(VIN+)(1-β2)+(VIN-)(1-β1)+2VCMβ1β1+β2]]>应用电路的整体输出为：(VOUT+)-(VOUT-)=2[(VIN+)(1-β2)+(VIN-)(1-β1)]+2VCM(β2-β1)β1+β2]]>由此得到应用电路的共模噪声为：δ=2VCM(β2-β1)β1+β2]]>若两条反馈环路完全对称，即β1＝β2＝β，则应用电路的差模增益简化为：AVd=(VOUT+)-(VOUT-)(VIN+)-(VIN-)=1-ββ]]>前馈增益阻抗ZG1上的电流IZG1为：IZG1=1+β2ZG1VIN]]>进一步得到应用电路的输入阻抗RIN为：RIN=VINIZG1=2RG11+β]]>式中，RG1为运放器件正负输出端与器件正负输入端之间的电阻值；迭代求解AVd、β1、β2和RIN组成的方程组，求得ZF1、ZF2、ZG1和ZG2，进而求得应用电路各电阻电容值。