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gm/Id方法設計二級OTA(2)—電流鏡式放大器介紹

冬至子 ? 來源:模擬集成電路 ? 作者:likaieeer ? 2023-07-05 14:39 ? 次閱讀

二級放大器分析,version2

Cadence原理圖

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其中的偏置用電流源代替

信號分析

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輸入級放大電路由 M1~M5 組成。M1 和 M2 組成 PMOS 差分輸入對,差分輸入與單端輸入相比可以有效抑制共模信號干擾;M3、M4 電流鏡為有源負載;M5 為第一級提供恒定偏置電流。

輸出級放大電路由 M6、M7 組成。M6 為共源放大器,M7 為其提供恒定偏置電流同時作為第二級輸出負載。相位補償電路由 M14 和 Cc 構成。M14 工作在線性區,可等效為一個電阻,與電容 Cc 一起跨接在第二級輸入輸出之間,構成 RC 密勒補償。

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此外從電流與電壓轉換角度對電路進行分析也許更便于理解,此時可以將繪出運放的層次結構如上圖 所示。M1 和 M2 為第一級差分輸入跨導級,將差分輸入電壓轉換為差分電流。M3 和 M4 為第一級負載,將差模電流恢復為差模電壓。M6 為第二級跨導級,將差分電壓信號轉換為電流,而 M7 再將此電流信號轉換為電壓輸出。

公式推導

增益

上圖每一級都是互導放大器,由于第一級差分輸入對管M1與M2相同,

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R1表示第一級輸出電阻,其值為

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則第一級的電壓增益

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對于第二級有

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第二級的電壓增益

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所以總的直流開環增益是

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同時

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所以

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單位增益帶寬積

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GBW和SR都可以反應運放的高頻性能,線性放大器主要有GBW決定,開關電泳濾波器要得到更高的頻率主要有SR決定。

靜態功耗

一旦電源電壓確定,靜態功耗取決于各支路靜態電流總和??疾旄髀冯娐?,可以知道,此運放的靜態功耗為

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電流的分配受其他性能指標的影響,比如GBW、轉換速率、噪聲性能等。

共模抑制比

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調零電阻

在第一級輸出與Cc之間串聯一個電阻Rz,通過調節電阻的大小,便可以移動右半平面零點的之作用,將零點移到左半平面并與第二極點重合,這樣就可以消除第二個極點,但是由于工藝波動和寄生電容的影響,會使計算參數偏離。

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壓擺率

壓擺率也稱轉換速率。壓擺率可認為,當輸入運放一個階躍信號時,運放輸出信號的最大變化速度。

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