模拟CMOS集成电路设计 09 运算放大器ppt课件.ppt

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1、第九章模拟运算放大器1模拟运算放大器的一些重要参数低频差模增益Ad单位增益带宽最大功率带宽输出电压(流)摆幅线性噪声与失调转换速率SR共模抑制比CMRR电源抑制比PSRR运算放大器(简称运放)是许多模拟系统和模数混合信号系统中的一个完整部分。大量的具有不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或虑波。伴随着每一代CMOS工艺，由于电源电压和MOS管沟道长度的减小，为运放的设计不断提出复杂的课题。如低电压工作中的全摆幅运放(RailtoRailAmp)、多极运放的设计等等。理解和学好运放知识是为今后更

2、好从事模拟电路设计的基础，也是对前面所学知识的一种运用与实践。2运放的性能参数（1）差模开环增益Ad：运放工作于线性区时，其输出电压与差模输入电压之比，常用分贝dB表示。开环带宽BW（小信号带宽）：开环增益下降3dB（或直流增益的0.707倍）时所对应的信号频率。也称f3dB带宽。全功率带宽BWP（大信号带宽）：运放跟随器连接时，当输入正弦大信号后，在额定负载、一定的失真条件下，运放输出电压幅度达到最大时所对应信号频率。3运放的性能参数（3）输出峰-峰电压Vopp(输出摆幅)：指在特定负载条件下,运放能输出的最大电压幅度

3、,即输出摆幅。线性：运放开环有很大的非线性，全差动运放可以减小非线性，负反馈也可以减小非线性，开环增益越大，负反馈后带来的非线性就越小。等效输入噪声电压：屏蔽良好、无信号输入的集成运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。普通运放该值约为10～20uV4运放的性能参数（2）输入失调电压Vos：在运放零输入时为使输出为零需在输入端所加的直流电压。通常以BJT作为差分输入级的运放Vos较小，约几毫伏，MOSFET输入级的运放（常规结构）Vos相对较大。电源电压抑制比PSRR：运放工作于线性区时，输入失调电压随电源电压改

4、变的变化率，即：5单级运算放大器第四章中的差分对就是单级运算放大器，图(a)、(b)分别是单端和双端输出形式，从前面学过的知识可知，两种结构的小信号增益相同，但因(a)比(b)多一个“镜像”极点，故带宽比对称输出结构要窄，由于(b)的静态工作点不能“目测”，故还需共模反馈电路才能正常工作。6单级放大器接成单位增益缓冲器这种接法也称为跟随器连接方式7“套筒式”共源共栅(Cascode)运放8“套筒式”运放跟随器连接时的输出摆幅M2饱和要求：M4饱和要求：输出电压范围注意：因Vb的限制，共模输入电压范围也很窄。Vinmax

5、VX+VTN=Vb-VGS3(4)+VTN9利用自举电路扩展共模和输出电压范围bp虚框内电路构成自举电路：当VincMVP，因M9流过的电流恒定，故Vb＝VGS9+VR+VP，即Vb跟随输入共模电压的升高而“自举”提高，从而扩展了共模输入电压范围，同时也扩展了该电路接成跟随器时的输出电压范围。注意，当电路不是接成跟随器时，其输出电压的摆幅依然决定于共模输入电压范围！10折叠式共源共栅放大器（1）同型NMOS管构成的共源共栅放大器P－NMOS管构成的共源共栅放大器两种结构有何区别？11折叠式共源共栅放大器（2）同型

6、PMOS管构成的共源共栅放大器N－PMOS管构成的共源共栅放大器两种结构有何区别？12套筒式与折叠式共源共栅运放的区别套筒式运放的偏置电流同时供给输入对管和共栅管，折叠式运放的输入对管和共栅管需不同的偏置电流通常折叠式运放比套筒式运放要消耗更多的功耗。两种结构的共模输入电压范围有明显区别，对于套筒式运放而言，VincMVb1-VGS3+VTN，对于折叠式而言，VincMVb1-VGS3+

7、VTP

8、，这时折叠式可直接接成跟随器形式。13折叠式共源共栅运放（2）差模半电路14套筒式与折叠式运放差模增益的区别因NMOS的跨

9、导比PMOS跨导大，且r01//r02

10、更大，但折叠点的寄生电容会更大(相同电流相同过驱动电压下PMOS的宽长比更大)，带宽会比输入对管为PMOS管时更窄。17单端输出套筒式运放增加输出摆幅原理同低压共源共栅电流镜18三层叠共源共栅套筒式运放该结构虽然可获得高增益，但摆幅受限严重，实践中较少采用；同时节点增多，由此产生的极点也比两层叠的共源共栅运放多，带宽