折叠式共源共栅运算放大器设计

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1、折叠式共源共栅运算放大器13目录一．摘要………………………………………………………………………2二．电路设计指标……………………………………………………………3三．电路结构……………………………………………………………………3四．手工计算……………………………………………………………………7五．仿真验证……………………………………………………………………10六．结论……………………………………………………………………………12七．收获与感悟……………………………………………………………………12八．参考文献………………………

2、………………………………………………1313摘要运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用，针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。本文完成了一个由pmos作输入的放大器。vdd为3.3v，负载电容为1pf，增益Av大于80dB，带宽GBM大于100MHz的放大器。输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力，为达到较宽的带宽，本文详细分析推导了电路所存在的极零点，共源共栅镜像电流源产生Ibias。选择P沟道晶体管的宽度和长度，使得它们的mg和dsr与N沟道晶体管的情况相匹配。关键字：运算放大器、共源共栅级、极点Abst

3、ractOperationamplifiersarewidelyusedinmanyfieldsnowadays。Allkindsofdifferentialoperationamplifiersappearf6rspecialapplication．Onebasiccellofwhichisfullydifferentialoperationamplifiersisdesignedinthethesis．PowerSupply3.3v，loadcapacitor1pf，Gain＞80dB，GBM＞100MHz。Theout

4、putstageiscommonsourceamplifierforgettingproperDCoperationpoint，forthepurposeofwiderbandwidth，wecarefullyanalysisthepoleandzerointhecircuit，usecommonsourcecommongateascurrentIbias。Choosepmosw/ltomaketheirmganddsrwhichcanmatchwithnmos。Kaywords：Operationamplifiers、co

5、mmonsourcecommongate、pole13二、电路设计指标“理想’’运放具有以下的特性：无限大的输入阻抗和输出电流；无限大的转换速率和开环增益；无噪声、失调、功耗浪费和信号失真；无负载、频率和电源电压的限制川。事实上，没有运放能达到以上所有的特性。在实际的设计中，运放参数中的大多数都会互相牵制，这将导致设计变成一个多维优化的问题。Designanoperationamplifier,withPMOSinputPowerSupply:VDD=3.3VLoadCapacitor:COUT=1pFRequirement

6、s:Gain:AV>10000(80dB)GainBandwidth:GBW>100MHzPhaseMargin:PM»60°Slewrate:SR>10V/usSettlingtime:<1us三．电路结构原理图绘制如图1，两级运放主体结构可以看成两个单级放大器，折叠共源共栅差分输入级和共源增益输出级,辅助电路为偏置电路和频率补偿电路.差分输入级采用折叠共源共栅结构输入对管,PMOS高摆幅电流镜负载;共源级采用NMOS放大管,PMOS管作有源负载;输出级驱动电容负载CL;一个电容Cc构成频率补偿电路.该运放的工作原理:信号

7、由折叠共源共栅差分对管两端输入,差模电压被转化为差模电流,差模电流作用在电流镜负载上又转化成差模电压,信号电压被第一次放大后由共源共栅结构被转化为单端输出,随即进入共源级再一次被放大后从漏端输出驱动电容负载.1.电路结构13折叠式共源共栅放大器电路图密勒补偿技术在共源共栅运放结构中可以有的两种具体实现形式:一种形式是将补偿电容Cc连接在运放输出节点X与运放第一级输出节点Y之间,这也是传统的密勒补偿电容的一般的连接方法;另一种形式是将补偿电容Cc置于输出节点X与折叠共源共栅连接形式的第一级中的共源共栅器件的源极节点Z之间,前后

8、两种连接方式分别称为直接密勒补偿电路和共源共栅密勒补偿电路.图22.极点分析13忽略沟道长度调制效应和体效应以及除密勒电容和负载电容之外的电路寄生电容对电路进行初步分析,可以得到共源共栅密勒补偿的两级运放电路小信号等效电路如图：图3共源共栅密勒补偿的两级运放电路小信号等效电路可以得到直接密