仿真发现一个运放的有趣情况

MT4S301

小鬼头 发表于 2024-7-22 17:29
刚好我也查到，你这个运放的拓扑跟AD823几乎完全一样。

AD823的GBW=16Mhz、SR=22V/us，不算是高速高频 ...

咱就以823为例，整个823内有2个miller环路，分别由C1和C2形成。
C1跨接整个输出级，所以您说的对，它有前面折叠共源共基的甲类电流充放电。输出级的乙类电流对它没啥用。
但输出级内部环绕Q17/Q57的C2受益于输出级甲乙类gm级的大电流。
MT-056文档里面说过这件事：
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2024-7-22 18:06 上传

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这里的CP1、CP2合并等效AD823的C2。

AD8XX三位数型号是最早一版CB工艺，8XXX四位数一般是XFCB。但也不绝对，例如宽带射频放大器AD8354起码是XFCB II

小鬼头

你这里贴的就是“点播电流”（current on demand）输入级的架构。但是，对于AD823这个具体电路来说：




1、点播电流架构仅用于第二级，而第二级是低增益电路。

2、高增益是安排在第一级的。因此，主极点也位于第一级，或者说，位于第二级的输入处。也就是，位于c6处、以及c1左侧，这两处在补偿前都是高阻抗节点。

3、准确来说，c1才是miller补偿（C6、C2都不是）。他起到分离极点的作用，通过miller效应，在c1左侧形成了（1+Av）*C1的电容，从而制造频率足够低的主极点。

4、C2是第二级上臂的负反馈电容。他令第二级的输入阻抗升高，因此，c6只要使用小容量电容，也能制造这一臂的主极点。这样安排的好处，估计是能够避免这个主极点频率受负载的影响。

5、对于最关键的补偿电容c1和c6，他们的充电都是由输入级执行，因此，会受限于差分对的尾巴横流源电流。输出级的输出电流对此毫无作用，这是因为，输出的工作状态，要受这2只电容两端电压的控制，而电容电压的大小又受充电速度控制。

6、你贴的这个图，跟这里的实际情况相差甚远。你图里的点播电流电路，确实能对你图里的2只电容起作用，能灌出AB类状态的电流，不再像普通差分输入级那样局限于A类（受限于尾巴电流），因此，可以大幅提升SR性能。

7、当年的日本sansui功放，就是你图的样子。主极点补偿跟你图一模一样，因为整机的大部分增益都来自于跨接电容的那两只bjt。sansui功放在点播输入级之前，实际还安排有一级低增益的jfet差分输入级。但整个放大器的最大电容，是由点播电流电路驱动，因此能明显提升SR性能。AD823电路与之不同，最大的电容仍由差分输入级驱动。



ps：我记得sansui功放采用这种点播电流架构的产品，在70年代末就开始生产，印象中他们技术人员还在JAES发表过文章。80年代国内流行Otala的瞬态互调失真论文观点的时期，采用sansui功放这种电路（当时称为菱形差动放大级）被当作是解决Otala瞬态互调失真的一个可行方案（另一个方案是降低负反馈深度）。

http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2146011&extra=&page=3

ps2:  不知道为何，这种电路架构，于1992年被ADI公司注册成了专利。

量子隧道

我初见时（大概2016年）觉得挺新颖的电路，在论坛里至少看到了两位模电高手对此类电路做出了精彩的分析，让我获益匪浅。看来此类电路也是出现多时了。多谢两位大湿的解读。

MT4S301

小鬼头 发表于 2024-7-22 20:56
你这里贴的就是“点播电流”（current on demand）输入级的架构。但是，对于AD823这个具体电路来说：

本人首先道歉并认同您的观点：C1、C6由甲类电流充放电，初级偏置电流决定这两个电容上的slew rate。
其次，在Spice里仿造了LT1813这类【current on demand】甲乙类运放，着重研究823结构图中C2的作用：
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2024-7-22 22:06 上传

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随着C1（连接FB节点和hiZ节点）增加，放大器的闭环相位裕度变大。据此我坚持823电路里的C2是输出级的补偿电容。
823的C2能不能令输出current on demand级的输入阻抗变大我不清楚，但AD823英文版数据手册Rev.E的Figure 37中已经标出C2是输出级的米勒电容。这更加使我确信自己的观点。
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2024-7-22 22:12 上传

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更进一步地，我认为823这颗C2电容不仅是miller补偿电容，而且是miller的升级版——Cascode miller（又称indirect miller）补偿电容。

小鬼头

有关c1负反馈的这部分电路，可以简化成如下面的样子。

可以看出，c1引入的是电压串联负反馈，因此，可以起到降低输出阻抗、提高输入阻抗的作用。

小鬼头

小鬼头 发表于 2024-7-22 22:41
有关c1负反馈的这部分电路，可以简化成如下面的样子。

可以看出，c1引入的是电压串联负反馈，因此，可以 ...

写错了，c1应该改为c2。

MT4S301

俺眼中的反馈路径不太一样。。。
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2024-7-22 23:08 上传

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电容从C节点跨接到B节点是miller大家都承认，但俺说从C跨接到A再由Q49/60共基状态把反馈电流搬到B是cascode miller compensation就标新立异了，，

小鬼头

MT4S301 发表于 2024-7-22 22:12
本人首先道歉并认同您的观点：C1、C6由甲类电流充放电，初级偏置电流决定这两个电容上的slew rate。
其 ...

我也是第一次见这种“嵌套积分器”的补偿办法，之前没研究接触过。

1、下面是来自AD823的datasheet的原文解说（我翻译的）：

    AD823使用了“嵌套积分器（nested integrator）”的拓扑，小信号原理图如图36。输出级可以建模为一个单极点频率响应的理想运放，其单位增益频率是由跨导gm2、电容c2决定。R1是输入级的输出电阻，gm是输入级的跨导。c1和c6（译注：原文误为c5）提供整个放大器的密勒补偿。单位增益频率为gm/c6（译注：原文误为c5）。解节点方程可以得到如下的关系式。。。。

2、从上面译文可以明显看出，c2不是miller补偿电容。按我的理解，他是用于控制好所称的理想运放的频响特性。他引入的负反馈，令输出级闭环后的频响曲线呈单极点特性（也即是积分器的特性）。

3、之所以称为“嵌套积分器”，是因为，c2的负反馈令输出级变成具积分器特性的运放，c1跨接在这个运放的输出端与负输入端之间，而这也是运放的积分器接法，再度改变了这个运放的积分器特性。以此来获得所需的补偿效果。

4、从“ 单位增益频率为gm/c6”这句话可推断，c6用于控制第二极点的位置。而c1才是真正的miller补偿，用于控制主极点的频率位置。




  

joywyc

小鬼头 发表于 2024-7-23 00:02
我也是第一次见这种“嵌套积分器”的补偿办法，之前没研究接触过。

1、下面是来自AD823的datasheet的 ...

实际上无需看 datasheet 中花里胡哨的词汇，所谓“嵌套积分器”什么的，只要看看电路本质上是完成了什么就可以了！
1.  这个C2，本质上就是用来补偿输出级最后两个三极管miller效应所产生的总相位延迟的！借用你的图改了下，见图所示。其中，C2、R28 看似是电压串联负反馈（实际上也是），但其实它们真正的作用，是作为微分超前校正环节的！将输出信号经微分电路进行超前校正，再馈入 Q49 的发射极，跟 Q49 的基极信号一起，形成对输出miller延迟的补偿。如果，能将电路化成晶体管模型，进行详细的推导，就能看到两个晶体管的miller效应形成的极点，可以被C2.R28' 形成的零点抵消！注：R28'为考虑负载效应的等效电阻。
2.  因为C2 仅仅是对输出电路的晶体管miller效应补偿，而整个电路需要再进行整体相位补偿和校正。所以，C1 和 C6 就是对整个差分运放电路总延迟或相位，进行补偿的差分配置电容了！以保证运放能够具有用户喜欢、好用的单极点开环特性（实际上高阶极点仍然存在，只是被补偿电容 C1、C6 补偿后，推到更高频率处去了！这种手法，确实应该被称之眼不见为净法了！ ）。所以，多环补偿的技术，应该是在各种技术应用中很常见的一种方法和技巧。
3.  如果将图中的C2电容，替换成电阻，我们就不会诧异“嵌套”什么的了！可以在教课书中看到，这种方法常用来稳定由二只三极管构成的直偶电路中提高直流工作点稳定性，以及提供全带宽负反馈兼得的经典用法了。

joywyc

补充说明：R28就是图中的Re

小鬼头

joywyc 发表于 2024-7-23 06:22
实际上无需看 datasheet 中花里胡哨的词汇，所谓“嵌套积分器”什么的，只要看看电路本质上是完成了什么 ...

我翻译那段话之后，已明白了他的设计安排。他的安排，大概也就是你说的方向。

但我想更深入一些作定量性的分析，准备找个时间，我把这个电路的补偿原理用Bode图来逐步分解，并推导出datasheet里给出的关系式，以便看看这3只电容具体是如何发挥作用的，改变其大小会带来什么影响——目前脑海里想到的是：c1决定主极点频率、c2决定第二极点频率、c6决定第二极点频率的开环增益幅值。

MT4S301

问你模拟电路中的积分器咋做？99%的人回答运放外接miller电容积分，1%的人回答单管共射接miller电容积分。
顺序反过来，大家突然都懵掉。人ADI在手册里故弄玄虚写个【积分器】，为何都不记得miller放大电路=积分器了呢？？？？

小鬼头

MT4S301 发表于 2024-7-23 10:03
问你模拟电路中的积分器咋做？99%的人回答运放外接miller电容积分，1%的人回答单管共射接miller电容积分。
...

你说c2是miller补偿，也没有问题。不过，就通常的运放电路来说，miller补偿是要贡献主极点的。

你站在输出级这个局部，把他视为运放，这样，c2作为miller补偿的说法当然就成立。

站在AD823的整体，主极点是c1贡献的，所以c1是AD823的miller补偿电容。而c2作为局部使用的补偿电容，只是配合c1发挥作用，故不认为他是AD823的miller补偿电容，也是成立的。

小鬼头

小鬼头 发表于 2024-7-23 08:52
我翻译那段话之后，已明白了他的设计安排。他的安排，大概也就是你说的方向。

但我想更深入一些作定量 ...

已经完成手工分析，我能推导出AD823资料所给出的传输函数关系式。推导后发现，原datasheet里的关系式实际上是有笔误的，他把第二极点的表达式分子分母写反了。

明天找时间把这个简单分析出来。因为与一楼内容不相关，准备单独发帖。

king5555

相当于运放的输出与反相端之间有个电容，因此不同的Rf会产生不同的频寬。