CMFB

La rétroaction de mode commun (CMFB) est une topologie de circuit active utilisée dans les amplificateurs différentiels et les amplificateurs opérationnels pour établir et stabiliser la tension de mode commun de sortie. Dans une paire différentielle, les deux nœuds de sortie se situent à un certain niveau CC qui flotte indépendamment du signal différentiel lui-même. Le CMFB force ce niveau flottant à une tension de référence connue, généralement à mi-alimentation ou à la masse, afin que l'amplificateur puisse faire varier sa sortie différentielle symétriquement et sans saturation.

Le problème principal que le CMFB résout est qu'un amplificateur différentiel produit deux nœuds de sortie avec un gain uniquement dans la différence entre eux. La moyenne de ces deux sorties, la tension de mode commun, est indéfinie et dérivera. Dans un étage différentiel en boucle ouverte, cette moyenne peut dériver vers un rail et gaspiller de la marge. Le CMFB détecte la moyenne des sorties via un réseau à haute impédance, la compare à une tension de référence et renvoie un courant ou une tension de correction pour pousser les deux sorties vers le niveau cible de manière égale, laissant le signal différentiel intact.

L'implémentation varie considérablement selon l'architecture. Dans les circuits intégrés analogiques CMOS, le CMFB est souvent réalisé comme un réseau de rétroaction séparé avec son propre circuit de détection et son amplificateur d'erreur, ce qui augmente la surface de silicium et la consommation d'énergie. Certaines conceptions utilisent des diviseurs résistifs pour détecter le mode commun ; d'autres utilisent des techniques à condensateurs commutés ou en mode courant. Le choix dépend de la bande passante, de la précision, du budget de puissance et des rails d'alimentation disponibles. Dans les conceptions bipolaires ou BiCMOS, le CMFB peut être implémenté avec des réseaux de résistances et un circuit de polarisation dédié.

Le CMFB devient critique dans les conceptions à haute vitesse ou à basse tension d'alimentation. À basse tension, la marge rail-à-rail est étroite, et un mode commun incontrôlé peut pousser une sortie en saturation, ce qui nuit à la linéarité et au gain. Dans les CAN différentiels, les comparateurs et les amplificateurs à transimpédance, l'absence de CMFB entraîne une perte de gain, des erreurs de décalage et un comportement imprévisible en fonction de la température et des variations de processus. Inversement, une boucle CMFB mal réglée peut osciller, injecter du bruit ou réduire la bande passante différentielle si la boucle de rétroaction est lente ou mal amortie.

Le CMFB est presque invisible dans les fiches techniques des amplificateurs opérationnels asymétriques ou entièrement différentiels, pourtant il fonctionne à l'intérieur. Lorsque vous voyez un amplificateur à faible bruit, rail-à-rail, spécifié avec un rapport de réjection de mode commun élevé et un gain stable sur les tensions d'alimentation, le CMFB en est une raison majeure. Le terme est rarement entendu en dehors de la conception de circuits intégrés et de l'ingénierie de circuits analogiques ; la plupart des utilisateurs le rencontrent indirectement via les spécifications de performance des puces qu'ils achètent.