采用CLASS—D芯片构成全差分运算放大器的共模电

2019-07-09 作者:教育资讯   |   浏览(56)

  来说,不仅输出摆幅更大、共模噪声抑制更好,还能消除高阶谐波失真。然而,在高增益运放中,输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感,而且不能通过差模反馈来达到稳定。因此,必须额外引入负反馈机制,即共模反馈(CMFB)来稳定运放的共模输出电平。共模反馈的基本原理是先通过检测网络得到输出共模电平Vo_cn,然后将Vo_cn和一个参考电压Vcn(一般为电源电压的一半)相比较,再用得出的误差信号来调节运放的偏置

  (3)反馈环路的带宽不能小于差模通路(在许多实际应用中,这两个带宽必须一致);

  死状态”的出现(输出保持在电源电压的情况)。目前已经有了大量关于差模反馈环路稳定性的理论研究,而对于共模反馈环路的研究却很少。现有的共模反馈电路的设计更多的是通过实际经验、反复调试来得到稳定环路。笔者通过对最常用的、采用一级共模反馈的两级运放的环路进行稳定性分析,明确得出了其稳定条件,从而理论化了共模反馈电路的设计。然后基于这个条件,并采用Bi-CMOS工艺设计了一种低成本、高稳定、匹配好的共模反馈电路。整个运放可应用于一款高性能

  图1所示是全差分运放的一种典型应用电路。该电路*有三个环路:差模环路、共模反馈外环(结构相同,由R1、R2及运放本身构成);以及共模反馈内环(运放内部自带)。只有在三个环路均稳定的条件下,该运放才能正常工作。须特别注意的是:对于两级运放,共模反馈外环是一个正反馈。因为信号经过运放内部的两次反相后。共模信号从Vo反馈到Vi,是同相的,但对差模信号则是反相的。实际应用中,运放的输入端可能出现非常大的共模电平(使它是瞬时的),这将导致输入对管关断,输出电平接近电源电压。由于此时差模回路中断,整个外环呈现共模正反馈。这就会使运放呈现“锁死状态”。由于这种情况很可能发生在电路的启动过程。因此,对于共模环路的稳定性研究很有必要。

  图2所示是采用一级共模反馈的两级运放的典型拓扑结构。其中Vi_cm、Vo_cm一分别为运放的输入、输出共模信号。A1、A2为运放的第一、二级。一般对两级运放多采用密勒补偿,使A点为主极点,B点为次主极点。AFB处设定比较电平Vcm(以下称之为共模反馈运放);Ab为共模内环与差模第一级的相交部分。各子运放均为单级运放,并假定它们内部的零、极点均远远大于带宽。共模反馈信号通过调节运放第一级的偏置电流,可以达到稳定第一、二级输出共模电平的目的。这个拓扑结构将三个环路紧密联系起来,其共模环路完整包括了运放的第二级和运放差模通路的主、次极点,而忽略了带宽外零极点。逐一分析三个环路,即可得出其共模环路的稳定条件。

  继续分析由运放构成的环路。系数为β(一般地,β≤1),那么,输函数Adm_loop(s)为:其共模内环也设运放的反馈其差模环路传输函数Adm_loop(s)为:

  联系式(3)、(5)、(1 0),可以得到该拓扑结构共模环路的稳定条件如下:

  基于上述条件可见,共模环路无需额外补偿。由于整个运放仅额外引入运放AFB,因此成本低、设计简单,且共模内环带宽与差模开环相等、增益相近,故能满足共模反馈设计要点(2)、(3)、(4)。

  图3是本文所设计的两级全差分运放电路。该电路的共模反馈部分结构新颖、成本低、匹配好,基于图2的拓扑结构,可满足本文提出的稳定条件。图3中,Iref为基准电流,两级运放采用RZ和Cc组成密勒补偿,来满足稳定条件(1)。为了减小失调,运放的第一级和共模反馈运放采用

  电路中的Ml、M2分别与Ql、Q2并联,其栅极信号Vb2随电源电压的升高而升高,其作用相当于在输入级增加两个

  。正常工作时,M1、M2关断,Ql、Q2处理信号,而在电源电压较低(启动时)以及输入信号的共模电平高于Vb2比时,Q1、Q2关断,M1、M2线性导通,以稳定环路各级共模电平。从而有效避免了电路启动过程锁死状态的出现,满足了设计要点(5)。共模检测电路由

  Rcs并联Ccs来完成。引人后者的目的是在高频时既可旁路电阻的寄生电容,又可产生一个零点。以阻止共模增益的降低,从而满足设计要点(1)。共模反馈运放在Q3、Q4、M10、Mll组成的普通电流镜结构基础上,还额外增加了Q5和M9两个器件。Q5作为射随器可将原电流镜结构中的高阻、大

  输出结点分隔为C、D两点。分隔后,相对于两级运放的主、次极点A、B,D点,其电容减小(仅有寄生电容),而C点阻抗减小(连接Q5的射极),所以,C、D两处极点均不影响环路带宽,可满足稳定条件(3)。接着比较两者的增益,其差模第一级增益为:

  联系式(11)、(15)、(16)可见,只需Q1~Q4,M3、M4、M9、M11以及M12~M15尺寸对应

  在式(11)~(17)中,rA、rC、VA、VC分别为结点A、C处的小信号电阻值和电压值。

  式(17)表明共模环路增益与差模开环增益绝对值近似相等、相位相差180°,可满足稳定条件(2)。由此,本电路已可同时满足本文提出的3个稳定条件以及5个共模反馈设计要点。

  作为负载。即使严格按照稳定条件进行设计,由于电路的不匹配(共模反馈运放的结构、尺寸与差模第一级不相同),将导致器件的短沟道效应相异、工艺失配的差异较大,从而使得共模内环与差模开环的增益不可避免的存在偏差,因此,传统电路不能很好的满足稳定条件。而本文提出的共模反馈运放电路匹配高、版图匹配容易。由式(15)可知,运放的右半电路几乎不影响运放的增益,且对C处偏置电压的影响也较小(受Q5和M9组成的负反馈作用)。所以,在平衡条件下,右半部分器件的短沟道效应及工艺失配带来的影响可以忽略。而运放的左半边电路以及尾电流源与差模第一级对应匹配,因而其短沟道效应也相近。因此只需使这部分器件的版图采用对称放置来设计,即可使它们的工艺匹配良好,从而确保电路严格满足稳定条件。

  本电路的设计主要基于TSMC 0.5um BiCMOS工艺,电源电压为6 V。所有波形均可在Spectre下仿真所得。仿真结果表明,在开环条件下,该运放的正、负端增益相同,相位相差180°,而且电路匹配良好,输出精确平衡。图4所示是该运放的共模抑制比(CMRR)特性曲线kHz时,该电路的CMRR依旧高达85 dB。事实上,该运放已实际应用于一款高性能音频CLASS—D芯片之中。图5是其作为积分器处理音频数据的瞬态仿线 kHz的正弦信号。输出信号为频率不变,幅度为3 V的余弦信号,其共模电平稳定在3 V,从而表明该运放工作良好。

  的共模反馈原理,研究了采用一级共模反馈的两级运放拓扑结构并得出其稳定条件。基于这个条件,文章又提出的一种结构新颖、电路匹配良好、输出平衡高的共模反馈方案。整个运放现已用于一款高性能音频CLASS—D芯片。经Spectre仿真验证,本运放工作稳定,输出精确平衡。

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  BCM7118 带DOCSIS®2.0和通道绑定的单芯片数字有线电视机顶盒(STB)

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  Broadcom的BCM4528全波段捕获(FBC)多调制器片上系统降低了家庭中的系统成本和功耗。 Broadcom的全频段捕获技术可实现前所未有的带宽可扩展性和灵活性,从而更有效地将视频流和IP服务分发到数字家庭生态系统中的连接设备。 FBC功能将多个独立调谐器替换为一个片上系统,以实现更简单,更小,更快和更低功耗的设计。与Broadcom的FastRTV®相结合,FBC技术将使消费者能够更快地体验频道更换。 功能 任何解调器都可以调谐到任何频率,去除宽带“嵌段调谐器限制更有效地分配视频流和IP服务 卫星系统实现功耗降低50%以上 FastRTV® 将前端设备和后端设备之间的连接数减少65%以上,将频道更改技术与FBC配合使用,提供快速频道更改 替换为8个卫星芯片,导致材料清单(BOM)成本降低 应用 机顶盒...

  用于多HD / UltraHD IP机顶盒(STB)的片上系统(SoC)。它集成了高效视频编解码器(HEVC)或H.265标准,可实现更多UltraHD内容。 它还集成了双显示功能,该功能可实现通过独立的HDMI输出和遥控设备从同一STB呈现两个同步视频通道。 功能 28纳米(nm)工艺技术芯片 高性能双核Brahma15 10000 DMIPs ARMv7处理器,2180p60或双1080p60解码和转码功能 集成高性能连接外设,如USB 3.0,PCIe,千兆以太网和MoCA 2.0 最新一代安全核心提供最高级别的平台安全性,内容保护和DRM稳健性 业界领先的高速DDR3和DDR4设备支持 专用接口一系列Broadcom配套前端电缆,DOCSIS®,卫星和802.11ac Wi-Fi设备 应用 超高清...

  Broadcom的BCM7316是一款完全集成的MPEG2单芯片解决方案,适用于IP机顶盒(STB)市场。 Broadcom的BCM7316集成了Broadcom有线,卫星和网络组织中的现有技术。通过结合这些技术,BCM7316为IP-STB市场提供了低成本解决方案。 BCM7316设计基于统一存储器架构(UMA),使用133 MHz,16或32位宽双倍数据速率(DDR)存储器接口,以提高系统性能。 BCM7316能够解码通过完全集成的10/100 Mbit以太网控制器,通过SATA主机接口从外部硬盘驱动器或外部TS输入源(如DVB-C / S或T NIM)传输的传输流。 功能 数据传输处理器支持DIRECTV®,MPEG传输流,DES / DVB解扰器,NDS ICAM,XTV,VGS以及从/到硬盘的播放/记录磁盘 符合MPEG-ATSC标准的音频/视频解码器包括MP @ ML MPEG2视频解码器,MPEG Layer 1和Layer 2音频解码,支持Dolby® AC-3和压缩PCM 为需要MPEG2 A / V解码的基于IP的应用提供经济高效的解决方案 完全集成的MPEG2 A / V解码器,MIPS CPU,以太网控制器和外围设备,用于完整的STB系统,为下一代IP机顶...

  BCM7038 用于有线,卫星和数字电视的双高清数字视频系统级芯片解决方案

  BCM7038是一款先进的双通道高清视频/音频/图形和个人视频录制(PVR)芯片,使制造商能够经济地融入高品质的HDTV功能和PVR功能数字电视,有线机顶盒(STB),和HD-DVD播放器。 Broadcom的BCM7038双视频/音频通道同时支持双电视,具有独立的画中画功能支持在主要和次要。高级视频和图形功能,例如片上3D Y / C分离电路多帧去隔行,以及具有单通道处理的四视频标量,通过消除电视图像中不需要的噪声和伪像,显着提高了高清画质。 功能 两个完整的高清/标清视频/音频通道,带四路视频缩放器 多帧每像素运动自适应去隔离电路 用于DTV的图像增强处理(PEP) 用于模拟视频解码的3D Y / C梳状分离电路 具有复制保护和技巧模式支持的三重PVR 片上300 MHz 64位CPU 应用程序 HDTV 机顶盒 ...

  BCM7110 带DOCSIS®1.1和个人录像机(PVR)的单芯片有线机顶盒(STB)

  Broadcom BCM7110是一款单芯片STB设备,结合了下一代机顶盒所需的关键方面。 Broadcom s BCM7110通过DOCSIS 1.1电缆调制解调器实现了经济高效的单芯片设计,个人视频录制(PVR),宽带通信,并支持全球部署的所有主要全球标准。 BCM7110包括双1024/256/64-QAM接收器,带外QPSK接收器和QPSK到256-QAM上游突发调制器。该设备包括完整的DOCSIS ® 1.1媒体访问控制器(MAC),包括QoS,用于宽带交互式服务和DAVIC 1.2 / 1.5 MAC。还包括USB 1.1,以太网MAC,MIPS32处理器和加密/解密引擎。 功能 支持ITU-的双1024/256/64-QAM可变符号率接收器T J.83 Annex A / B / C QPSK带外接收机和QPSK到256-QAM上行脉冲串调制器 支持服务质量(QoS)的DOCSIS 1.1 MAC 双NTSC / PAL视频解码器 MPEG视频解码器 2D / 3D图形子系统 应用程序 机顶盒...

  圆顶套件 HLMA-QL00圆顶灯使用无色非漫射透镜,在狭窄的辐射模式下提供高发光强度。 引脚配置所有这些器件都是通过将LED芯片封装在轴向引线框架上以形成模塑环氧树脂超小型灯封装而制成的。有关更多信息,请参阅超小型LED灯的标准SMT和通孔引线弯曲选项数据表。 技术这些超小型固态灯采用新开发的铝铟镓磷化物(AlInGaP)LED技术,吸收基板载体技术(AS = HLMA-Devices) 特点 超小型圆顶封装高亮度无扩散圆顶宽范围驱动电流 颜色:590 nm琥珀色 适用于空间受限应用 轴向引线英寸。直径。卷轴,每卷6000个零件...

  BCM7321是一款IP机顶盒(STB)片上系统(SoC)解决方案,集成了优化的蓝牙游戏堆栈,可为手势遥控器供电与3DiJoy一起使用和交易;动作感应视频游戏技术。 BCM7321旨在通过集成的动作感应技术将IP STB转换为游戏控制台。这款STB产品彻底改变了机顶盒游戏体验,无需额外的硬件或电线即可将高质量的动态互动游戏带入起居室。 BCM7321将Broadcom的机顶盒芯片与3DiJoy的即用型高品质动态视频游戏技术相结合,使设备制造商能够快速为解决方案提供商提供解决方案,以便将富互联网内容直接快速扩展到起居室。 功能 集成1080p60输出,支持高质量高清节目并支持HDMI 1.4a输出 支持采用高速DDR3的高性价比内存技术(用于解码高清内容),高容量批量MLC / SLC NAND,SDIO和串行NOR控制器技术 集成电源管理控制器和稳压器,支持Energy Star® 使用32位内存接口支持DDR3内存设备进行标清或高清解码,代表减少STB要求,并提供灵活,可配置的待机和主动操作模式印刷电路板领域和物料清单(BOM)成本 支持引人注目的用户应用,包括RVU Alliance的远程用户界面(RUI)技术,CEA-2014 RUI客户端...

  圆顶套件用作指示器的HLMP-Q106系列圆顶灯使用无色非漫射透镜提供高亮度窄辐射模式内的强度。 引脚配置所有这些器件都是通过将LED芯片封装在轴向引线框架上以形成模塑环氧树脂超小型灯封装而制成的。提供各种包配置选项。这些包括特殊的表面安装引线配置,鸥翼,轭架引线或Z形弯头。直角导程弯曲2.54 mm(0.100英寸),中心间距5.08 mm(0.200英寸)可用于通孔安装。有关更多信息,请参阅超小型LED灯的标准SMT和通孔引线弯曲选项数据表。 技术这些超小型固态灯采用高度优化的LED材料技术,透明基板铝砷化镓( TS AlGaAs)。该LED技术具有非常高的发光效率,能够在宽范围的驱动电流(500 mA至50 mA)内产生高光输出。在644nm深红色的主波长处,颜色为深红色。 TS AlGaAs是一种倒装芯片LED技术,芯片连接到阳极引线和引线键合到阴极引线。 特性 超小型圆顶封装 -diffused Dome高亮度 宽范围的驱动电流500微安至50毫安 理想的空间限制应用 轴向引线 可提供表面贴装和通孔PC板安装的引线配置...

  Broadcom BCM3545是一款高度集成的低功耗解决方案,在单芯片上集成了完整QAM-NTSC转换器的功能。 ; BCM3545提供SCTE-40 QAM信号接收,具有针对DTA规范的功能或用于模拟电缆关闭的类似转换器盒。这种全硅解决方案最大限度地减少了部件数量,并且易于制造。模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)的全面集成简化了系统设计和成本,并与所有其他系统组件直接接口,包括串行闪存(SPI),调谐器(I2C),按钮和红外线解调器。 功能 完整的数模转换器(DAC)片上系统(SoC)解决方案 将单个芯片上完整的QAM-NTSC转换器的功能与 符合SCTE-40标准的BCM3409 QAM调谐器结合使用 经过现场验证的QAM接收器的集成 应用程序 机顶盒...

  Broadcom的BCM4501是一款完全集成的双单芯片解决方案,面向多用户高级调制卫星接收系统。 BCM4501集成了双CMOS调谐器和支持DVB-S2广播和DVB-S应用的双高级调制解码器。高度集成的调谐器部分基于Broadcom现有的批量生产技术和直接转换技术,以减少外部组件并提高性能。该产品适用于PVR和集成多功能家庭媒体中心。 特性 支持QPSK和8PSK解调的标准CMOS工艺中的直接转换架构 双高级解调解码器符合DVB-S2广播和DVB-S标准 高度集成,经济高效的前端解决方案,适用于单个封装的高级调制卫星系统 非常适合下一代PVR卫星系统和家庭媒体中心,支持DVB-S2广播,同时保持向DVB-S的向后兼容支持不推荐用于新设计传输 应用 机顶盒...

  Broadcom的BCM7315是一款单芯片解码器,可实现直播卫星(DBS)机顶盒(STB)的功能。 Broadcom的BCM7315是一款用于STB的单芯片解码器,包括个人视频录制功能,先进的图形引擎和重要的混合信号集成,可降低系统解决方案成本。 BCM7315基于前几代Broadcom数字有线和卫星机顶盒芯片和技术,经过优化,可为DBS用户提供高级功能。部署围绕该芯片设计的STB的服务提供商将能够经济有效地为其订户提供高级电视观看功能。解决直接视频广播(DVB)和DirecTV®标准,BCM7315可在全球主要卫星电视市场部署。 功能 全数字 数据传输处理器 符合MPEG-ATSC标准的音频/视频解码器 应用程序 机顶盒...

  ACFL-6212T-000E 10MBd双通道,双向R2Coupler®光电耦合器

  Broadcom ACFL-6212T是一款专为双向数字通信而设计的汽车级双通道光电耦合器件。该器件具有两个内部彼此成180度对准的光耦合器通道,为双向Tx / Rx数据通信设计和电路板布局提供最佳芯片引脚配置。两个通道采用电气独立和电隔离,提供理想的隔离双向电力系统通信接口。 该设备针对支持数据的高速系统进行了优化速率高达10 MBd,采用紧凑型SSO-12封装,与SSO-8封装相媲美。 Broadcom R2Coupler隔离产品提供增强的绝缘和可靠性关键的汽车和高温工业应用所需。 功能 符合AEC-Q100 1级测试指南的汽车合格 工作温度范围为-40°C至+ 125°C 5V CMOS输出 8mm爬电距离和间隙 数据速率高达10 MBd LED电流驱动(IF):4至15 mA 低传播延迟:100 ns(最大值) Vcc范围:3至5.5 V 紧凑,可自动插入的拉伸SO12封装 全球安全认证: - UL 1577批准,Viso = 5,000 Vrms持续1分钟。 - CSA组件验收通知5 - IEC 60747-5-5,EN / DIN EN 60747-5-2,Viorm = 1,140 Vpeak 应用程序 汽车CANBus和SPI通信接口 汽车电源转换器隔离 高温数...

  Broadcom的BCM7429是一款多房间高清数字视频录像机(DVR)机顶盒(STB)片上系统(SoC)解决方案。 BCM7429是一款多房间高清DVR机顶盒(STB)片上系统(SoC)解决方案。该芯片集成了MoCA技术,可提供双倍的视频带宽和更高的安全性。 BCM7429允许制造商提供更高能效的系统,采用先进的电源管理技术,实现低功耗睡眠和Wake-on-Lan(WOL)模式。 功能 与MoCA 1.1相比,MoCA 2.0提供了超过两倍吞吐量性能和容量的家庭视频分发标准;针对低功耗要求的关键电源管理功能; MoCA 2.0支持改进的数据包错误率,为运营商提供更高的服务质量(QoS)级别,并有效利用更多数量的调谐器/解调器 MoCA 2.0提供与MoCA 1.0和1.1的完全互操作性,同时还提供MoCA 2.0节点的完整性能 应用 h3

  Broadcom的MGA-412P8是802.11 b / g WLAN功率放大器,采用微型2 x 2 x 0.75 mm无引脚塑料芯片载体(LPCC)封装。功率放大器专为1.7GHz的应用而设计。至3GHz频率范围,但它针对IEEE 802.11 b / g WLAN应用进行了优化。紧凑的占位面积,低调,集成功率检测器,断电功能和出色的功率效率使MGA-412P8成为移动IEEE的理想选择802.11b / g WLAN应用。 通过使用专有的Broadcom GaAs增强模式pHEMT工艺实现了同类最佳的电源效率。对于54Mb / s数据速率(OFDM调制),它在3%EVM下提供19.0 dBm线Mb / s(CCCK调制)数据速率时提供23dBm。 特性 MGA -412P8线 GHz频率范围内的无线 dBm P1dB 19.0 dBm线 应用 用于IEEE 802.11 b / g WLAN应用的功率放大器 蓝牙功率放大器 2.4GHz ISM频段应用...

采用CLASS—D芯片构成全差分运算放大器的共模电

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