開關電容放大器及SC-CMFB(tsmc28nm工藝)
1.單端開關電容放大器
實際電路圖
其中Cs=1p，Cf=0.5p，仿真結果如下：
可以看出確實輸出階躍幅度確實是輸入階躍幅度的兩倍。
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2.開關電容共模反饋
SC-CMFBs的主要優(yōu)點是它們對最大允許的差分輸入信號沒有限制，在CM環(huán)路中沒有額外的寄生極，并且是高度線性的。然而，SC-CMFBs將非線性時鐘饋通噪聲注入到運放輸出節(jié)點，并增加了需要由運放驅動的負載電容。因此，sc -cmfb通常只用于開關電容器應用，而不是連續(xù)時間應用。
對運放的輸出擺幅不會有限制，不會在共模反饋環(huán)路里增添寄生極點。
一種經(jīng)典的開關電容共模反饋電路如下所示，
如上圖所示，在全差分折疊運放中使用SC-CMFB。在ph1相位，Vcmref和Vbias給兩邊的C1充電到Vcmref-Vbias，然后在ph2相位C1與C2相連發(fā)生電荷分享，經(jīng)過多個時間周期后C2上的電荷穩(wěn)定到C2(Vcmref-Vbias) ，使得從共模輸出點到尾電流源之間的壓差為Vcmref-Vbias，因此會將共模點穩(wěn)定在VcmrefVbias+Vb,其中Vb是穩(wěn)定后的尾電流源的gate端電壓。
般會把Vcmref設置到想要的共模點，然后將Vbias設置在Vb附近，最后通過SC-CMFB得到的Vcm跟Vcmref基本相等。
ID由Vb和Vds確定，其中Vds由上面cascode管的Vgs確定，因此Vds基本不變，所以在ID一定的條件下，可以預設Vbias的值。
選擇尾電流管作為共模反饋的調節(jié)管是合適的，因為由它到輸出的共模增益很大，因此在輸出共模穩(wěn)定的過程中，Vb會變化很小，近似可以認為是一個虛地點。但如果把cascode管gate作為調節(jié)端就不合適了，因為受到source degeneration影響，它到輸出的增益不是很大，無法有效調節(jié)。
具體調節(jié)過程舉例說明:如果共模輸出電壓開始時候比較高，那么它會使得Vb升高，導致下拉電流增大，經(jīng)過數(shù)個周期后使得共模降低到穩(wěn)定的預設值。因此只要共模環(huán)路增益和帶寬足夠大，CM變化都可以被快速的抑制住，穩(wěn)定在預設電壓值Vcmref。
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1.ph1相位用來放大工作，ph2相位用來刷新電容上的電壓。
2.選擇C1的值為C2的5倍到10倍，可以使得dc點建立更快，和更低的穩(wěn)態(tài)誤差和電荷注入誤差，但增大C1同時也要加大開關尺寸。
首先選擇C1=200fF，C2=50fF，CLK頻率為1MHz，外部輸入的Vcm=Vcmref=1.25V，Vbais=821mV，則Vcmref- Vbais=0.429V。電路圖如下所示：
仿真結果如下所示
可以看出在3個左右的時鐘周期之后，Vout,cm=1.26V，vcmfb=826.113mV，此時Vout,cm- vcmfb=0.434V，可以看出與輸入差值有5mV的偏差。但4個周期之后Vout,cm=1.255V，vcmfb=826.113mV，此時與輸入信號差就基本無偏差了。
將C1提升至400fF，可以看出輸出共模的建立時間明顯變快了。
將理想開關換成傳輸門如下所示：
仿真結果如下：
2.1改進型
下圖是一種更適合應用于連續(xù)系統(tǒng)中的SC-CMFB，它保證了在任意時刻差分環(huán)路的總負載不變，直為C1+C2。
由于電荷注入造成會造成共模誤差，與偏置直接相連的開關造成的誤差比重更大，需要添加dummy開關等消除影響。
電路結構如下：
仿真結果如下：
可以看到輸出共模穩(wěn)定速度更快了。
換成傳輸門如圖所示：
仿真結果如下：
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2.2特定tran仿真時刻的ac仿真
在tran仿真里面做出如下設置，將actimes的值改成輸出共模已經(jīng)穩(wěn)定的時刻值(這里改為3.2u)，ac仿真正常設置即可，但要保證ac仿真在tran仿真之后(好像其實也無所謂)。
仿真結果如下：
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2.3環(huán)路穩(wěn)定性仿真(pss+pstb)
選擇cmdiprobe器件插入環(huán)路并選擇pss+pstb仿真，仿真結果如下
可以看到PM≈90，印證了sc-CMFB不引入額外極點的結論。
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2.32tran+stb
Tran仿真設置如下，選擇在3.2u時刻進行stb仿真
仿真結果如下:
PM=86.81，與pstb有些許差別，但基本一致。
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3.雙端開關電容放大器(CMFB)
實際電路圖如下所示：
選擇CS=CH=1pF，由電荷守恒可得：(Vin-Vcom)Cs=(Vout-Vcom)CsCh/(Cs+Ch)
解得：
此時Vout=2Vin-Vcom，我們選擇Vcm=1.25V，Vbn1=0.75V，則有：
Voutcm-VCMFB=Vcm- Vbn1=0.5V，輸入信號是共模電平為1.25V，相位相反幅度為100mV的方波信號。
仿真結果如下所示：
Voutcm=(1.375V+1.275V)/2=1.325V，VCMFB=825mV，即Voutcm- VCMFB=0.5V，與理論一致。
