原创 手动分析CMFB负反馈环路稳定性的技巧

我们都知道，全差分运放一般都有共模反馈电路（CMFB）,它的目的是稳定对称两点位置的共模电位。CMFB一般也是通过负反馈方式来稳定共模点的，所以和主运放追求环路稳定性一样，CMFB环路也要考虑环路的稳定性。

在电路仿真时，大家都用spectre的stb分析来进行辅助验证。但根据我和众多工程师的交流经验，大部分人其实对stb分析背后的原理并不十分了解。当离开仿真器后，应如何进行共模负反馈环路的稳定性分析对很多人来说其实是一个难题。那么这篇文章就是针对这个难题介绍如何手动分析共模环的稳定性，其中涉及如何断环的技巧，并据此介绍分析共模反馈环路稳定性的思路。我们看下图，图1（a）为带CMFB的全差分运放的功能简图，这里显然为了稳定输出共模点，因此这时的共模反馈是输出共模反馈。Req代表后级电路的交流等效阻抗，它有可能是另一个级联运放，也有可能是单纯的负载CL或者其他类型的电路，总之这里统一用Req代替。接下来考虑的是“断环”的问题，图1b、图1d分别从环路的两处位置断环，VT表示AC测试源，VF表示从测试源算起到断环位置一圈后收集到的AC信号，VF/VT即为此环路的环路增益（LoopGain,或者为常见的βA）。显然，Req作为后级等效负载会影响到VF/VT的大小，因此在分析时必须考虑在内。

图1 CMFB环路的断环处理我们再看图1c，这里的处理是错误的，因此这样断环后，VT作为激励源是强源，它会屏蔽掉Req的影响，使之不能计入环路，会造成手动分析的错误结果。但这里也要提出注意，在仿真器中是允许在这里加iprobe器件的，仿真器应该是考虑到了这种情况，还是会计入Req的影响。我们以上图1(b)为例，将其变换形式，变成输入在左，输出在右的形式，如下图2所示。此时是分析共模环路，因此主运放原本的输入接地，将VT作为当前分析的输入，输出是VF。其实，如果我们再进一步将从VT到VF的放大路径等效成一个整体的增益单元G(s)，那么问题就转换成分析G(s)的开环稳定性了，方法和运放的开环稳定性分析完全一样！

图2 CMFB断环后变换成的小信号模型图更多文章内容，可关注“模拟小笨蛋”微信公众号，定期分享模拟IC设计相关的知识，小技巧。总结：

• 上面的图都以单端形式绘制，真实可能是双端的，但其实只看一半，“半边等效”这里也是适用的；
• CMFB环路既然能调节共模点，一定是负反馈。分析反馈极性，VT为+，VF一定为-。