CMFB

La retroalimentación de modo común (CMFB) es una topología de circuito activo utilizada en amplificadores diferenciales y amplificadores operacionales para establecer y estabilizar el voltaje de modo común de salida. En un par diferencial, los dos nodos de salida se encuentran en un cierto nivel de CC que flota independientemente de la propia señal diferencial. El CMFB fuerza este nivel flotante a un voltaje de referencia conocido, típicamente a la mitad de la alimentación o a tierra, para que el amplificador pueda oscilar su salida diferencial simétricamente y sin saturación.

El problema principal que resuelve el CMFB es que un amplificador diferencial produce dos nodos de salida con ganancia solo en la diferencia entre ellos. El promedio de esas dos salidas, el voltaje de modo común, es indefinido y se desviará. En una etapa diferencial de lazo abierto, este promedio puede desviarse hacia un riel y desperdiciar margen. El CMFB detecta el promedio de las salidas a través de una red de alta impedancia, lo compara con un voltaje de referencia y retroalimenta una corriente o voltaje de corrección para empujar ambas salidas hacia el nivel objetivo por igual, dejando intacta la señal diferencial.

La implementación varía ampliamente según la arquitectura. En los circuitos integrados analógicos CMOS, el CMFB a menudo se realiza como una red de retroalimentación separada con su propio circuito de detección y amplificador de error, lo que añade área de silicio y consumo de energía. Algunos diseños utilizan divisores resistivos para detectar el modo común; otros utilizan técnicas de condensador conmutado o de modo de corriente. La elección depende del ancho de banda, la precisión, el presupuesto de energía y los rieles de alimentación disponibles. En diseños bipolares o BiCMOS, el CMFB puede implementarse con redes de resistencias y un circuito de polarización dedicado.

El CMFB se vuelve crítico en diseños de alta velocidad o de bajo voltaje de alimentación. A voltajes bajos, el margen de riel a riel es ajustado, y un modo común no controlado puede empujar una salida a la saturación, eliminando la linealidad y la ganancia. En ADCs diferenciales, comparadores y amplificadores de transimpedancia, la falta de CMFB conduce a la pérdida de ganancia, errores de offset y comportamiento impredecible a través de la temperatura y la variación del proceso. Por el contrario, un lazo CMFB mal ajustado puede oscilar, inyectar ruido o reducir el ancho de banda diferencial si el lazo de retroalimentación es lento o está mal amortiguado.

El CMFB es casi invisible en las hojas de datos de amplificadores operacionales de una sola terminación o totalmente diferenciales, sin embargo, está funcionando en su interior. Cuando se ve un amplificador de bajo ruido, de riel a riel, especificado con una alta relación de rechazo de modo común y una ganancia estable en todos los voltajes de alimentación, el CMFB es una de las principales razones. El término rara vez se escucha fuera del diseño de circuitos integrados y la ingeniería de circuitos analógicos; la mayoría de los usuarios lo encuentran indirectamente a través de las especificaciones de rendimiento de los chips que compran.