拉扎维模拟集成电路精讲ppt第三讲差动放大器讲解ppt课件.ppt

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1、第四章差动放大器提纲1、单端与差动的工作方式2、基本差动对3、共模响应4、MOS为负载的差动对5、吉尔伯特单元1、单端与差动的工作方式差动信号定义为两个结点电位之差，且这两个结点的电位相对于某一固定电位大小相等，极性相反，结点的阻抗也必须相等。单端信号的参考电位为某一固定电位（通常为地电位）8/11/20213单端与差动的工作方式差动工作方式优点：抗干扰能力强，抑制共模噪声增大了可得到的最大电压摆幅偏置电路相对简单线性度相对高关于差动电路和单端电路的版图面积问题！2、基本差动对应使器件的偏置电流受输入共模电平的影响尽

2、可能地小！当，每个晶体管的偏置电流都等于，输出共模电平等于2.1定性分析差模特性（假定Vin1-Vin2从-变化到+）Vin1比Vin2更负，M1截止，M2导通，ID2=ISS，因此Vout1=VDD,Vout2=VDD-RDISSVin1逐渐增大，M1开始导通，Vout1减小，由于ID1+ID2=ISS，M2流经的电流减小，Vout2增大；当Vin1=Vin2时，Vout1=Vout2=VDD-RDISS/2。当Vin1比Vin2更正时，差动对两侧情况正好与上述情况相反。差动对的两个特性：1、输出端的最大电平和

3、最小电平是确定的，分别是VDD和VDD-RDISS与输入共模电平无关2、小信号增益当Vin1=Vin2时达到最大，且随着

4、Vin1-Vin2

5、的增大而逐渐减小为零8/11/20216基本差动对共模特性采用NMOS提供尾电流ISS，Vin,CM从0开始增加。当Vin,CM＝0时，ID1=ID2=ID3=0，M3处于深线性区Vin,CM增加，M3导通，处于三极管区；当Vin,CM足够大时，M3进入饱和区，因此电路正常工作状态应满足Vin,CMVGS1+(VGS3-VTH3)Vin,CM进一步增加，Vin,CM>Vout

6、1+VTH=VDD-RDISS/2+VTH，M1和M2进入三极管区因此，Vin,CM允许的范围8/11/20217基本差动对差动对的输出电压摆幅每一端的输出电压最高为VDD，最低为Vin,CM-VTH输入共模电平越大，允许的输出摆幅就越小2.2定量分析大信号分析Vout1=VDD-RD1ID1,Vout2=VDD-RD2ID2如果RD1=RD2=RD，则Vout1-Vout2=RD2ID2-RD1ID1=RD(ID2-ID1)，可以用Vin1和Vin2计算出ID2和ID1VP=Vin1-VGS1=Vin2-VGS2所

7、以，假设电路是对称的，且M1和M2均处于饱和区，且忽略二级效应对于平方律器件有因此，8/11/20219基本差动对两边平方，并考虑到ID1+ID2=ISS，得两边平方，并注意到因此，讨论：当ΔVin=Vin1-Vin2=0，ΔID=ID1-ID2=0;当

8、ΔVin

9、从0开始增大，

10、ΔID

11、也增大；等价Gm为当ΔVin=0时，Gm最大所以，由于，当ΔVin超过某一限定值（ΔVin1）时，所有ISS电流流经一个晶体管，而另一个晶体管截止（忽略亚阈值导通）。讨论（续）：注意：当，ID1-ID2等于零ΔVin1实际上是电路可

12、以“处理”的最大差模输入。8/11/202112基本差动对小信号分析方法一（叠加法）令Vin2=0,求Vin1对X结点的影响：电路等效为M1管构成的带有负反馈电阻的共源级Rs＝1/gm2忽略二级效应8/11/202113基本差动对令Vin2=0,求Vin1对Y结点的影响：先利用戴维南定理处理M1管和Vin1，VT=Vin1,RT=1/gm1；则电路等效为共栅级形式忽略二级效应8/11/202114基本差动对只施加Vin1时总的电压增益为整理，同理，可以得到只施加Vin2时总的电压增益为应用叠加法，得到8/11/202

13、115基本差动对方法二（半边电路）辅助定理：考虑图中所示的对称电路，其中D1和D2代表三端有源器件。假设Vin1从V0变化到V0+ΔVin，Vin2从V0变化到V0-ΔVin，那么，如果电路仍保持线性，则Vp值保持不变。假定λ＝0。辅助定理说明了P点可以认为是“交流地”，即“虚地”。8/11/202116基本差动对辅助定理的证明（1）：假定V1和V2平衡时都等于Va，且分别变化ΔV1和ΔV2，则输出电流分别不变化gmΔV1和gmΔV2因为，所以，从而，V1和Vin1变化相同，所以VP不会发生变化！辅助定理的证明（2）

14、：D1和D2在P点的作用用戴维南等效来表示VT1和VT2变化的大小相等而方向相反，RT1等于RT2，则VP保持为常数利用P点虚地（交流地）的特点，电路可等效为两个独立的部分，即“半边电路”概念。8/11/202119基本差动对如果输入信号不是全差动的情况可以将此任意信号表示为差模分量和共模分量进一步，对于每种类型输入的作用都可以用叠加法计算，对