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共模反饋的新思考

2023-03-26 13:54 作者:王見王見  | 我要投稿

全差分運(yùn)放的輸出有兩個(gè),它的增益只定義了差模輸出,沒有定義共模輸出,所以需要共模反饋電路確定共模輸出電壓。我們以前在學(xué)習(xí)共模反饋時(shí),接觸到的是這樣類型的圖(出自Gray的教材):

教材的意思就是通過取輸出的平均電壓和VCM作比較再放到運(yùn)放的某個(gè)位置中,形成共模反饋環(huán)路,使得共模輸出電平Voc就等于VCM。

然而,Gray的教材并沒有解釋共模反饋對差模的影響,它為什么不影響差模增益。本文就以信號流圖的思路來探討其中的環(huán)路控制思想,一般共??刂频男盘柫鲌D類似如下(或者是下圖的一個(gè)等效):

我們知道,受深度負(fù)反饋的影響,error信號一定是趨于0的,這里共模輸出的error信號就是VCM、Vout1、Vout2一起指向的那個(gè)求和節(jié)點(diǎn),它趨于0意味著(Vout1+Vout2)/2-VCM趨于0,從而實(shí)現(xiàn)共模電壓的控制。

單獨(dú)看Vin1,根據(jù)Mason公式,它對Vout1的增益為:


分子分母的1都可以被忽略掉,化簡為:

當(dāng)G1和G3相等的時(shí)候,它等于-G1/2

Vin1對Vout2的增益為:

當(dāng)G1和G3相等的時(shí)候,它等于G1/2。

那么共模反饋的特點(diǎn)就出來了:它將一邊的增益均分到兩個(gè)輸出,每個(gè)單端的增益變成無共模反饋時(shí)的二分之一,差模輸出的增益不變。

這個(gè)結(jié)論我們大二在模電課上就聽過了,而學(xué)習(xí)共模反饋的時(shí)候卻又沒提這個(gè)特點(diǎn),為什么呢?因?yàn)椴罘州斎雽σ呀?jīng)有這個(gè)特點(diǎn)了,它就是一種共模反饋,而另加的共模反饋只不過是對這個(gè)環(huán)路的加強(qiáng),所以新加共模反饋對差模增益的影響與輸入差分對自帶的重疊了,也就不必再提。

讓我們重新審視一下輸入差分對管里的共模反饋:

的的確確是個(gè)共模反饋的流圖,但它控制的并不是輸出Vout1和Vout2,而是輸出電流。如果R1和R2能夠做到比較精確,那么可以說控制i1和i2的共模就是在“間接地”控制Vout1和Vout2的共模,也就是說如果R1R2就取無源電阻的話,輸出共模點(diǎn)是可以定下來的,這也是我們以前得到的一般結(jié)論。

但是當(dāng)R1和R2取值較大時(shí),它倆誤差也會比較大,這時(shí)候就不太好通過i1和i2間接控制Vout1和Vout2,而應(yīng)該從Vout1和Vout2再拉個(gè)共模反饋回來進(jìn)行控制。

另外很顯然的一點(diǎn)是,當(dāng)Vin1和Vin2接同一輸入時(shí),由于Vin1對Vout1的增益約為-G1/2,Vin2對Vout2增益約為+G1/2,本來較大的增益會被抵消掉,或者更顯然地,G2這個(gè)反饋環(huán)路在抑制增益。


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