关于 Cascode 补偿以截断前馈的理解

之前写过cascode补偿的一些内容，最近看到一些相关的讨论，这里试着从另外的角度来做些分析。

众所周知的，对基本的 miller compensation （米勒补偿）的两级运放，由于存在前馈通路，会引入一个右半平面的的零点，从而使得频率响应的稳定性变差。一般除了常用的加 nulling resistor（调零电阻）的方法之外，cascode compensation 也是常用的消除 miller 补偿的右半平面零点的方法。

下图所示是就一个利用 cascode 补偿的电路

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电路中，通过将补偿电容Cc的一端由X点移到Y点，将补偿从一般的miller补偿变为cascode补偿，并利用cascode将由X点经由电容Cc到输出的前馈通路截断。

为理解cascode的所谓‘截断’作用，我们可以考虑一下由X点到Y点的小信号增益，即考虑从cascode管的漏极加入电压信号，看其源极的电压大小。

在小信号下，简单将其源极接的mosfet认为是一大小为ro电阻，同时cascode管的电阻rds亦为ro，我们可以分析其中电流，有：Vy/ro=-gm*Vy+(Vx-Vy)/ro， 简化可得Vy/Vx=1/(2+gm*ro)
可以看到其源极的小信号电压被衰减为漏极信号的1/(2+gm*ro),从而实现了所谓的‘截断’的功能，或者说将此右半平面零点推到很高频率。

实际上，cascode补偿的一个优点是其对电源抑制比（PSRR）频响的改善：对一般的miller补偿，miller电容在交流下‘短接’，从而使第二级的共源放大管在ac下漏源短接（diode连接），考虑到其偏置电流不变，这样电源上的电压直接耦合到漏端输出，显然一定频率下PSRR性能变差。通过采用cascode补偿地方法可以改善这一问题，Ahuja最早在83年对cascode补偿的论文（’An improved frequency compensation technique for CMOS operational amplifers’）有关于此的叙述（因此，cascode补偿有时也被称为Ahuja-compensation）。

当然，在Ahuja最初的结构中，并没有将cascode并入到主电路而是额外加了一级，这样他的结构中的非主极点对输出负载电容的依赖减小了，从而在负载电容较大时仍能满足稳定性的要求。但是，现在将cascode并入主电路之后（如实际的folded-cascode），频响的问题会变复杂，次极点会变为一对复极点，从而需考虑避免他在频响中带来的 peaking ( 即使已在单位增益带宽外 ),  关于具体的分析可以参见 jssc 84 年的论文 ‘ Design Technique for Cascode CMOS Op Amps with Improved PSRR and Common-Mode Input Range ’.