开关电容共模反馈学习

基于论文 analysis of switched-capacitor commom-mode feedback circuit

1.与单端输出相比，全差分电路有更好的共模抑制比和电源抑制比。

2.共模环路的slew rate 和GBW 应与差模环路设计的差不多，避免由于输出共模建立太慢造成信号失真

3.共模环路的增益应该足够大以增大CM电压准确度

SC-CMFB的优点：对运放的输出摆幅不会有限制，不会在共模反馈环路里增添寄生极点。

具体结构：

                                  

c1和c2两端被预充电到Vdc，Vop和Von为差分两端输出电压，可以等效为图b的形式

Vop和Von的差分变化并不会造成Vb点的电压改变，只有它们的共模部分会引起Vb的变化，因此可以得到:

（Vop+Von)/2=Vb+Vdc

可以用Vb去控制尾电流源，这样经过数个周期工作后，使输出共模稳定在Vb+Vdc

如上图所示，在全差分折叠运放中使用SC-CMFB

在ph1相位，Vcmref和Vbias给两边的C1充电到Vcmref-Vbias，然后在ph2相位C1与C2相连发生电荷分享，经过多个时间周期后C2上的电荷稳定到C2（Vcmref-Vbias），使得从共模输出点到尾电流源之间的压差为Vcmref-Vbias，因此会将共模点稳定在（）（Vcmref-Vbias+Vb）、,其中Vb是稳定后的尾电流源的gate端电压。

一般会把Vcmref设置到想要的共模点，然后将Vbias设置在Vb附近，最后通过SC-CMFB得到的Vcm跟Vcmref基本相等。

ID由Vb和Vds确定，其中Vds由上面cascode管的Vgs确定，因此Vds基本不变，所以在ID一定的条件下，可以预设Vbias的值。

选择尾电流管作为共模反馈的调节管是合适的，因为由它到输出的共模增益很大，因此在输出共模稳定的过程中，Vb会变化很小，近似可以认为是一个虚地点。但如果把cascode管gate作为调节端就不合适了，因为受到source degeneration影响，它到输出的增益不是很大，无法有效调节。

具体调节过程举例说明： 如果共模输出电压开始时候比较高，那么它会使得Vb升高，导致下拉电流增大，经过数个周期后使得共模降低到稳定的预设值。因此只要共模环路增益和带宽足够大，CM变化都可以被快速的抑制住，稳定在预设电压值Vcmref。

The CM gain of the CM loop should be as high as possible for good accuracy

Secondly, the CM loop bandwidth should be large enough to suppress the highest frequency CM disturbances.

参数选择：

1.ph1相位用来放大工作，ph2相位用来刷新电容上的电压

2.选择C1的值为C2的5倍到10倍，可以使得dc点建立更快， 和更低的稳态误差和电荷注入误差，但增大c1同时也要加大开关尺寸

      

上图是一种更适合应用于连续系统中的SC-CMFB，它保证了在任意时刻差分环路的总负载不变，一直为C1+C2.

由于电荷注入造成会造成共模误差，与偏置直接相连的开关造成的误差比重更大，需要添加dummy开关等消除影响。

仿真：

给定时钟100Mhz，输出CM在40ns后就稳定了下来。通过更改电容比例到3:1，稳定时间缩短为30ns

psstb仿真CM环路稳定性