¿Por qué se requiere compensación de frecuencia aquí?

Requisitos del circuito:

• Ganancia de voltaje CC: 50dB
• Ancho de banda de ganancia unitaria: 50MHz
• Margen de fase: 45 grados (se recomiendan 60 grados).

El circuito es completamente simétrico, por lo que M1=M2, M3=M4 y M5=M6. Por lo tanto, la ganancia de CC de la primera etapa sin el búfer es

$A_{V_o}=-g_{m_1}R_{out}, \ R_{out}=\frac{1}{1/r_{o_1}+1/r_{o_3}+1/r_{o_5}+g_{m_5}-g_{m_3}}$.

Como necesitamos una ganancia de CC relativamente alta, puedo elegir$g_{m_5}=g_{m_3}$para hacer$R_{out}$máximo. Entonces$R_{out}$se convierte$R_{out}=r_{o_1}||r_{o_3}||r_{o_5}$.

De ahora en adelante, sigamos dos enfoques diferentes para satisfacer los requisitos anteriores.

Enfoque 1:

El circuito sin el seguidor de fuente M7 y la red de compensación.

En este caso, el capacitor de carga, CL(=10pF), está directamente conectado al drenaje de M2. Primero intentemos encontrar una ecuación para la frecuencia de ganancia unitaria,$f_u$. El circuito tiene dos polos con el polo dominante situado en el nodo de salida. Si asumimos que el siguiente polo dominante está ubicado lejos del polo dominante, la función de transferencia se puede aproximar como

$H(s)=\frac{A_{V_o}}{1+s/\omega_{p_1}}, \ \omega_{p_1}=\frac{1}{C_LR_{out}}$

Desde$|H(j2\pi f_u)|=1$, la ecuación para$f_u$se vuelve más o menos

$f_u= \frac{g_{m_1}}{2\pi C_L}$.

Con$f_u$=50 MHz,$C_L$=10pF, la ecuación anterior da 3.14mA/V para$g_{m_1}$(Despreciando las capacitancias parásitas). entonces eso es para$g_{m_1}$.

Ahora con el$g_{m_1}$ya determinado y la ganancia de CC es de 50 dB (o equivalente a ~ 320 V/V), solo queda averiguarlo$R_{out}$, que, según la ecuación de la ganancia de CC, debe ser de ~100 kohmios. Entonces puedo modificar fácilmente$r_{o_1}$,$r_{o_3}$, y$r_{o_5}$para hacer la combinación en paralelo de ellos 100kohms. eso es para$R_{out}$.

El margen de fase es de 90 grados ya que el otro polo de alta frecuencia no afecta el margen de fase. Un PM de 90 grados no tiene timbre ni sobreimpulso, pero compensa la velocidad. Pero creo que está bien.

Entonces, parece que el primer enfoque funcionó bien sin la necesidad del seguidor de la fuente y la red de compensación.

Enfoque 2

El circuito completo.

Aquí viene mi confusión. No sé por qué necesitamos considerar esas partes adicionales mientras que el enfoque 1 funcionó bien. ¿Alguien podría explicar cómo el segundo enfoque puede ser mejor que el primero (si es que es mejor)?

Creo que la compensación solo es necesaria si el margen de fase ha caído menos de 45 como resultado de las etapas posteriores, o si queremos un buen ancho de banda de ganancia unitaria (?). Pero no veo ninguna buena razón para invocar compensación en el circuito anterior.