Wie teilen Sie die Verstärkung für die erste und zweite Stufe des zweistufigen Operationsverstärkers auf?

Ich würde die Eingangsstufe für eine Funktionalität entwerfen, die zu einer Transkonduktanz (I / V) der Eingangsstufe führen würde, was auch immer sich herausstellte, und dann den Verstärker kompensieren, indem ich die Größe des Kompensationskondensators auswähle, um einen angemessenen Phasenspielraum zu erhalten. Die Größe des Kompensationskondensators Cc würde normalerweise die Transimpedanz (V/I) der zweiten Stufe festlegen.

Die Verstärkung der ersten Stufe wäre also genau das, was sich nach dem Entwurf herausstellte (reduziert durch die Emitterdegeneration des Eingangspaars), und dann die Verstärkung der zweiten Stufe durch Auswahl des Werts des Kompensationskondensators so einstellen, dass eine angemessene Phasenspanne gegeben ist.

Die Open-Loop-Verstärkung ist die Transkonduktanz der ersten Stufe multipliziert mit der Transimpedanz der zweiten Stufe, und diese wird mit dem Rückkopplungsanteil multipliziert, um die Schleifenverstärkung zu ergeben, und der Kompensationskondensator wird so gewählt, dass die Schleifenphase etwas kleiner als 360 Grad ist wenn die Schleifenverstärkung Eins ist.

BEARBEITEN

Ich glaube du betrachtest die Dinge aus der falschen Perspektive. Beim letzten Verstärker, den ich entworfen habe (ein Leistungsverstärker), habe ich nicht einmal darüber nachgedacht, wie hoch die DC-Verstärkung sein sollte, ich habe die DC-Verstärkung dieses Verstärkers nie wirklich gemessen, und daher habe ich auch jetzt keine Ahnung von seinem tatsächlichen Wert. Viel wichtiger ist es, zu berücksichtigen, was am Hochfrequenzende passiert, die Auswahl des Kompensationskondensators, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Phasenabstand vorhanden ist. Ein Designer würde sich normalerweise mehr mit dem Hochfrequenzende befassen, wenn er einen Verstärker entwirft. Ich würde also definitiv nicht vorgehen, indem ich mich für eine Gleichstromverstärkung entscheide und dann versuche, sie auf eine bestimmte Weise zwischen den beiden Stufen aufzuteilen. Ich würde die drei Stufen entwerfen, um zu versuchen, einen Verstärker mit geringer Verzerrung zu schaffen, und die DC-Verstärkung jeder Stufe würde so sein, wie sie sich herausstellte. Wichtig wäre dann, den Verstärker zu kompensieren, um die Stabilität des geschlossenen Regelkreises zu gewährleisten. Was am niederfrequenten Ende passiert, ist ziemlich unerheblich.

Abgesehen davon muss beim Entwerfen eines Präzisions-Operationsverstärkers die DC-Verstärkung sehr hoch sein, aber selbst dann würde ich erwarten, dass ein Designer wahrscheinlich versucht, die DC-Verstärkung jeder Stufe zu maximieren, anstatt sich für eine Gesamtverstärkung im offenen Regelkreis zu entscheiden Versuchen Sie dann zu entscheiden, wie Sie es auf die beiden Phasen aufteilen.

Bei einem bjt-Verstärker ist die Verstärkung der ersten Stufe proportional zum Schweifstrom im Differenzverstärker und nimmt mit zunehmender Eingangspaar-Emitter-Degeneration ab. In der zweiten Stufe ist die DC-Verstärkung proportional zu Beta und zu Rc.

Wenn ich mir alle von Ihnen bereitgestellten Informationen ansehe, interpretiere ich Ihre Frage eher nach dem Motto: "Was ist der optimale Ansatz, um jeder Stufe in einem zweistufigen Miller-kompensierten Operationsverstärker eine Verstärkung zuzuweisen?" Die Hauptbeschränkung, die Sie angeben, ist die Gesamtverstärkung, die in dem von Ihnen angegebenen Beispiel 2.000 beträgt.

Ich habe drei verschiedene Netzwerke erstellt, um ein empirisches (simuliertes) Ergebnis der Aufteilung der zweistufigen Verstärkung mit drei verschiedenen Zuordnungen zu zeigen. Jedes Netzwerk kann mit der von Ihnen freigegebenen zweistufigen (differenziellen) PMOS-Eingangs- und (gemeinsamen Quelle) NMOS-Ausgangsarchitektur realisiert werden, und die Ergebnisse sollten vergleichbar sein. Die Vergleiche werden auch verfolgt. Jede Stufe verwendet die typische kapazitive Rückkopplungskompensation von Miller in der zweiten bis ersten Stufe. Und die Nullwiderstandskompensation ist wie üblich auf 1/g Ausgangsstufe eingestellt. Die parasitären Kapazitäten wurden asymmetrisch eingestellt, um einen besseren Vergleich zu ermöglichen, der nicht von einer genauen Größe der parasitären Faktoren abhängt.

Bei jedem Design ist zu beachten, dass es einen Kompromiss zwischen Bandbreite (ft = GBW = Einheitsverstärkungsbandbreite hier) und Phasenreserve gibt.

Eine größere Verstärkung in der ersten Stufe (z. B. A) verschiebt die Bandbreite weiter nach außen, geht aber einen Kompromiss mit einem geringeren Phasenspielraum ein als in den anderen Fällen. Eine kleinere Verstärkung vorne (z. B. B) ergibt weniger Bandbreite, aber einen besseren Phasenabstand. Die Verwendung des geometrischen Mittels der Verstärkung für jede Stufe (z. B. C) ergibt irgendwo dazwischen. Der Punkt ist, dass es keine allgemeine optimale Zuordnungsfunktion gibt, die Sie minimieren oder maximieren würden. Dies sollte auch offensichtlich sein, da die Beziehung zwischen fT und PM nicht konvex ist.

Mathematisch macht das Sinn, da die$f_T$ist nur

Sie können in der ersten Stufe mit größeren Transistorgeräten für geringeres Rauschen eine größere Verstärkung verwenden oder die Ausgangsimpedanz des offenen Regelkreises abhängig von Ihrem beabsichtigten Lastwiderstand anpassen. Ich kenne keine Literatur, die diese spezielle Frage beschreibt, aber die meiste Literatur verwendet die größere Verstärkung vorne, wahrscheinlich für Rauschen, Anpassung usw. Ihr Design hängt wirklich von Ihren insgesamt beabsichtigten Einschränkungen und Prioritäten ab.

Diese Konfiguration hat viele Nachteile und fast keine Vorteile. Einige der Nachteile:

1) niedrige Verstärkung 2) Verstärkung ist eine Funktion von Vin+ und Vin- 3)(VCC+)-(VEE-) muss relativ klein sein

Der einzige Vorteil, den es hat, kann von VCC+ bis VEE- sein.

Ich schlage vor, dass Sie stattdessen diese Konfiguration verwenden (aus BJTs anstelle von MOSFETs).

Bedienung und Vor- und Nachteile sind ebenfalls auf dem Bild.