Analog Devre Tasarımında Geri Dönüşüm Rolü

Olumsuz geri bildirimler, pratik yükselteçleri çiğ kazanç aşamalarından ayırt eden temel bir prensiptir. Ticaret açık-loop tahmin edilebilirlik kazanırsa, mühendisler doğrusallık, istikrar ve hassaslık seviyelerini elde edebilir, aksi takdirde yarı iletken cihazlarla imkansız olan bir tek kategorilere girerler: yerel geri bildirim tek bir transistör veya aşamaya uygulanır ve tüm yükseltici zinciri etrafında uygulanan küresel geri bildirimler özel faydalar sunar.

Olumsuz Geribilinimlerin Temel Matematikleri

Yerel ve küresel geri bildirimin faydalarını anlamak temel geri bildirim denklemiyle başlar. Açık-loop A ol ve geri bildirim faktörü α, kapalı-loop A cl olarak ifade edilir:

A cl = A ol / (1 + LRA ol)

LRA ol terimi, yüksek ücretli kazanç elde ettiğinde, yükseltici içinde üretilen kapalı devretme 1/LR'ye benzer şekilde ilgi ve üretim varyasyonları kazanır.A ol, aynı zamanda yükselticiliğin zayıflığını da yönetir: açık-loop kazancındaki düşüşler, yükselticinin merkezi bir meydan okuma tasarımının bir faktörü tarafından azaltılır: yükselticiliğin içinde oluşturulan stabilitenin eşit ölçüde azaltılması ile aynı şekilde sağlanır.

Yerel Geri Bildirim: Aşama-Level Design

Emitter ve Source Dejenerasyon

Yerel geri bildirimin en yaygın kullanılan şekli dejenerasyondur, bir direnççinin bipolar bir kavim transistörünün veya bir alan-sonuç transistörünün kaynağının yüksek doğrusal bir dirençle değiştirilmesi, bu seri geri dönüşleri, mevcut çıktı ve beslemeleri tekrar bir gerilim orantılı olarak geri sağlar.

Cascode yapılandırmaları, elde edilen cihazın üzerinde ortak bir veritabanı transistör koyarak, kaset etkisini azaltır ve yüksek frekanslı izolasyonu geliştirir. Ortak ata transistörlüğün sabit yükünü stabilize eden mevcut bir otobüs olarak hareket eder.

Yerel Geri Bildirim Avantajları

  • [FONT:0)Gelişmiş Aşama Hattı: [Dönderlik:[Dönderlik:0] Yerel geri bildirimler, bireysel transistörlerin transfer karakteristiklerini lineerleştirmektedir. Bu, özellikle gürültü ve lineerliğin kritik olduğu giriş aşamalarındaki harmonik nesli önler ve büyük gerilimin gerçekleştiği aşamalarda önemlidir.
  • [[D:0)Band geniş kapsamlı bir Dahili: [Dönder:[Dönder:) Yerel geri bildirim bir aşamanın kazanılmasını azaltır, ancak daha yüksek frekansa hakim kutupunu zorlar.
  • [FONT:0) PVT Variations'a karşıRobustness:[Döneticiler:[Döneticiler:) Açık-loop kazanım, süreç, gerilim ve sıcaklık ile yaygın olarak değişir. Bir transistör, üretimde üç faktöre göre değişir. Yerel geri bildirimler sahne kazanç elde eder.
  • [FONT:0)Stability Isolation:[Dönetici:[Dönetici:0) Yerel geri bildirim döngüleri kendi kendine özgüdür ve karmaşık düşük frekanslı kutuplar oluşturmak için diğer aşamalarla etkileşime girilemez. Bu, yükselteçsel tasarım ve öngörülebilir modüler hale getirir.

Yerel Geri bildirimlerin Geri Dönüşümleri

Yerel geri bildirimler, belirli bir açık-loop kazanı elde etmek için, daha fazla aşama gereklidir, ek güç ve ölü alan tüketmek gerekir. Dirençli yerel geri bildirimler ağlar, düşük-noise yükselticilerinin gürültü rakamını bozabilir.Inductive dejenerasyonu bu gürültü cezasından kaçınır, ancak sadece RF frekanslarında uygulanabilir. ek olarak, yerel geri bildirimler yükseltilebilir hale geldiğinde doğrulanabilir.

Global Feedback: System-Level Precision

Operasyonel Ampirik Paradigm

Global geri bildirimler, operasyonel yükselteçin belirleyici prensibidir.Apolün açılmasıyla, af-amp, belirli bir geri bildirim ağıyla döngüyü kapatarak, mühendis dış bileşenler tarafından belirlenen hassas bir yükselteç yaratır. Küresel geri bildirimin benzersiz gücü, yükseltici döngüsü içinde üretilen hataları bastırmak için yatıyor.

Distortion Suppression Mechanisms

Total harmonik demleme, bir faktör tarafından harmonik frekanslarda eşit olarak azaltılır. 60 dB ile iyi tasarlanmış bir ses yükselticisi 1 kHz, voltc deme bileşenleri 1000'in altındaki THD rakamlarına eşit olarak azaltılır.Bu, sınıf-AB çıkış aşamalarındaki tüm ayrımlara uygulanan geri dönüşümlere ve gerilim yükseltici aşamalarına dahil olmak üzere, tüm doğrusal olmayan yükselteçmelere uygulanır.

Global geri bildirimler ayrıca güç tedariki geri çevirdi. Güç tedarik raylarında Variasyonlar çıktıdaki hata sinyalleri olarak görünür ve geri bildirim döngüsü bu değişiklikleri iptal etmek için çıktıyı aktif olarak yönlendirir.Bu, döngü kazançlarının yüksek olduğu bant genişliğine karşı mükemmel bir güç tedarik oranı sağlar.

Impedance Dönüşüm

Global geri bildirimler giriş ve çıkış tahmin edilebilir şekillerde değiştirebilir. girdideki geri bildirimler, gerilime engel olan bir giriş kesintisi ile ilgili olarak istenen geri bildirimler, mevcut bir kaynak oluşturmak için sanal bir zemin oluşturmakta ve bu esnekliğin mevcut olan yükleme noktalarına uygun şekilde yüklenmesine olanak tanır.Bu esneklik, yükleme aşamalarındaki düzeltmeleri azaltır, gerilim azaltımı azaltımı sağlar, yakın-ideal gerilim kaynağı yaratır.Mevcut geri bildirimler kesintiye uğrar.

Stability Challenge

Global geri bildirim istikrarı, döngünün büyüklüğü ve fazı frekans işlevi olarak yönetilir. Çok aşamalı bir amplifikatör birden fazla kutup içerir.Çalışan rulolar, aşama değişimi, 0 dB'ye ulaşırsa, döngünün üst üste 180 dereceye ulaşır, yükselteçmiş bir araya gelir.Bir 40 dB, potansiyelin kapanma oranını on yıl içinde gösterir.

Frekans tazminatı, açık-loop yanıtını değiştirmek ve istikrar sağlamak için gereklidir. Dominant pole tazminatı, yükselticinin ilk kutupu düşük frekansa iterek yükselterek yükselticinin bant genişliğini azaltır. Miller tazminatı, bir kutup-splitting etkisi oluşturmak için Miller etkisini kullanır, baskın kutup daha düşük ve ikinci kutup daha yüksektir.

Karşılaştırmalı Analiz: Local Versus Global Feedback

Doğruluk ve metinde başarısızlık

Global geri bildirimler, düşük frekanslı harmonik bozulmayı tüm yükselticiler arasında azaltmaktadır.Sürücük olarak düşük THD'ye ulaşmak her aşamadaki ilk etapta ortaya çıkan yüksek sesli yükselteçlere güvenmek, küresel geri bildirim, yerel geri bildirim yoluyla elde edilen döngüyü azaltmak ve yüksek frekanslarda daha az etkili hale getirmek, yerel geri bildirimde, yüksek frekanslı geri bildirimde, stabiliteleri oluşturmak için yeterince küresel geri bildirimde bulunacaktır.

Transient intermodülasyon bozulması aşırı küresel geri bildirimin bilinen bir sanattır. giriş sinyali hızlı geçiciler içerdiğinde, yükseltici çıktı bu problemden kaçınamaz.Bu süre zarfında geri bildirim döngüsü girdi aşamasına büyük bir hata sinyali sunar.

Band Wide and Slew Rate

Global geri bildirimler, verilen bir kazanç için küçük imzalı bant genişliğini azaltır. Bir gerilim geri yükleme yükselticisi sürekli bir kazanç bant genişliğine sahiptir.Eğer kapalı-loop kazanı, on kişilik transistörlerin kazanç faktörüne göre azalır. Yerel geri bildirimler hassas düğümlere olan daha yüksek bant genişliğine ulaşırsa, polesleri daha yüksek frekanslara itir.

Slew oranı, büyük imzalı bant genişliği, küresel olarak telafi edilen bir yükselticide tazminat kapasitörünü sorumlu tutmak için mevcut olan önyargı ile sınırlıdır. Yerel geri bildirimler bu sınırlamayı uygulamaz.Mevcut geri bildirimler yükselticiler çok yüksek oranda geri bildirim oranları bağımsız olarak elde etmek için girişte yerel geri bildirim kullanır.

Gürültü Performansı

Yaygın bir yanlışlık, küresel geri bildirimin gürültüyü azalttığıdır. Küresel geri bildirimler, yükselticilerin kökünü azaltır. Düşük çözünürlükte, sinyal-to-noise oranı, giriş aşamasının gürültüsü tarafından belirlenir. Yerel geri bildirimler dayanıklılar kullanarak direnç gösterirken, ısıtıcıların yaklaşık 1.3 nV'yi termal gürültünün kökünü oluşturur.

Uygulama Domainleri

Uygulama alanı, geri bildirim stratejisini ağırlıyor. Seslendirmede mühendisler, ses grubu boyunca yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Hybrid Feedback Architectures

Nested Feedback Loops

Çoğu pratik yükselteçler, geri bildirim stratejileri kullanır. İç döngüler, doğrusallık, bant genişliği ve önyargılılıkların yerel optimizasyon sağlar. Dış döngü, sistem düzeyinde doğruluk ve bozulmanın hassaslığını sağlar. Standart üç aşamalı operasyonel yükselteç, mevcut olmayan ve çıkış engelleyicisi belirlemek için çıktı.

Robust Systems için Tasarım Stratejisi

En sağlam tasarım yaklaşımı, yerel Miller tazminatı ile yerel geri bildirim aşamasını kapatmadan önce güçlü bir açık kodlanmış bir anahtarlama aşaması inşa etmektir.Her aşama, lineer ve iyi niyetli olarak yapılmalıdır. Yüksek performanslı bir ses yükselteçi, mevcut ayna yükleme ile yüksek çözünürlükte, yerel Miller tazminatı ile dikkatlice bir önyargılı gerilim yükselticiliği aşamasını ve yerel geri dönüşümle ilgili üçlü bir izlenimi düzeltmeye olanak sağlar.

Pratik Tasarım

Açıklama Teknikleri

Tasarımcılar, yüksek frekanslarda bu aşamanın kazanılması ve küresel tazminatın artırılması için yerel kutupları daha yüksek frekanslara itmek, düşük frekanslı döngüyü azaltmadan yerel bir ilerleme sağlamak için yerel geri bildirimler oluşturmak zorundadır.

Parasitik Etkileri

Parasitik kapasitanslar ve indüktörler, kalkan gibi istenmeyen yerel geri bildirim yolları yaratırlar ve uygun dekoupling, parasitik geri bildirimle uygulanan yerel geri bildirimlere göre parasitik kapasitanslar için geçerli olan geri bildirimler, girişte negatif direniş yaratabilecek şekilde yerel geri bildirimler sunar.

Sonuç: Amplifier Design

Yerel ve küresel geri bildirimler, küresel geri bildirimin kapalı olduğu konusunda iyi niyetli değildir. Yerel geri bildirim, genel transfer işlevinin temelini, sabit sistem-düzeltme özelliklerini sağlayarak, yetenekli bir tasarıma sahiptir.Bir analog tasarımcı, bina bloklarının küresel geri bildirimde bulunulmasını sağlar. Küresel geri bildirim, yerel geri bildirimlerin gücünü azaltır ve yerel geri bildirimde değerlendirilmesi, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte doğrulanabilir.