导读:Razavi 第 4-5 章:差分对抑制共模干扰(电源噪声、温漂、地弹),是模拟电路对称美学的基石;而「输出共模电平」必须由共模反馈(CMFB)电路显式稳定。
差分对的小信号与大信号
尾电流源 $I_{SS}$ 下,差分输入 $V_{id}$ 分配到两管:小信号差动增益 $g_m R_D$,大信号呈现 tanh 特性(线性范围 $\sqrt{2}\times$ 过驱动电压)。失配分析(失调电压 = 工艺失配 / $g_m$)引入随机失配与系统失配的区分。
差分结构的贡献:电源噪声作为共模信号被抑制(PSRR)、奇次谐波抵消(对称性)、对温度与工艺漂移的一阶免疫——「差即稳」是模拟电路的第一设计哲学。
共模反馈的必要性
全差分放大器的输出共模电平由两支路电流的微小失配决定——高增益下失配足以把输出推到轨。CMFB 电路检测输出共模(电阻/源极跟随/开关电容采样)并与基准比较、回馈调整尾电流或负载。
CMFB 的设计难点:环路稳定性(CMFB 环也是反馈环,需补偿)、检测电路不加载主输出(开关电容 CMFB 在开关电容系统中是标配)、瞬态响应速度(影响大信号建立)。
失配与失调的实践
输入失调电压的工艺统计(Pelgrom 模型:$\sigma \propto 1/\sqrt{WL}$)决定版图策略(共质心、哑元器件)与系统校准(斩波、自动调零)。模拟设计的「精度」一半来自电路,一半来自版图。
常见误区
- 尾电流源阻抗不足,共模增益不可忽略。
- CMFB 环路带宽过窄,大信号瞬态时共模电平失控。
吃透自检
- 能手推差分对的小信号增益与失配失调
- 能设计一种 CMFB 电路并分析其环路稳定
- 能解释版图匹配策略与失调的关系