前言

采用Class-AB輸出級設計的運放可在較低的靜態電流下實現軌對軌輸出，推挽的輸出方式使得其在大信號建立時的電流不受靜態電流的限制，可以實現更好的壓擺率。

然而，由于Class-AB的輸出PMOS和NMOS都受前級信號的控制，相比傳統結構輸出級只有PMOS或NMOS被前級輸入信號控制，其需要更為復雜的偏置或者說控制電路。

在之前筆者的文章中，認為運放靜態工作點的設計幾乎等于電流鏡的設計，本文也將延續這一思路，對Class-AB輸出級靜態工作點的偏置設計進行淺析，若有不足，歡迎指正。

電路淺析

圖1 Class-AB輸出級及其偏置

如圖1給出了常見的Class-AB輸出級及其偏置圖。本圖中我們暫時忽略運放前一級電路的影響，也就是不管前一級注入的電流，但這不影響本文的主要思路。

首先，我們分析輸出級PMOS-MP4和NMOS-MN4的靜態柵極電壓如何確定：如圖所示，NP4和MN4由MN3和MP3組成的浮動電流源進行控制，在靜態情況下，MN3和MP3各流過該支路一半的電流，因此其柵源電壓是可確定的。

MN3柵極電壓由偏置電路確定，其柵極電壓減去柵源電壓即為其源極電壓，也就是MN4的柵極電壓，MP4的柵極電壓同理；

如果MN3和MN2互為電流鏡，即其采用相同的單位MOS管，并聯個數之比等于其靜態電流之比，那么在不考慮溝長調制和DIBL的情況下，他們的源極電壓相同，也就是MN1和MN4的柵極電壓相同，如果MN1和MN4也采用相同的單位MOS管，那么兩者的電流之比就等于其并聯MOS管個數之比，輸出級的靜態工作電流因此可被確定。采用相同的分析方法，MP1和MP4同理。

因此，MP1和MP4，MN1和MN4雖然柵極沒有連接在一起，但是他們在靜態工作時也近似互為電流鏡。

因此，圖1中相同顏色的MOS管互有電流鏡，在設計時采用相同的單位MOS管，根據對靜態電流的要求去調整并聯個數之比即可對輸出級和偏置電路進行互相設計。

當然，即使不這樣思考，也可以進行電路設計，但是采用電流鏡的方式思考，偏置電路和輸出級可以更好地匹配，整個電路收到PVT的影響也會更小，版圖設計時也可將互有電流鏡的MOS畫在一起。畢竟，模擬電路設計最重要的一點不就是匹配？

上述分析都基于不考慮溝長調制和DIBL的情況下，實際情況下由于這兩種效應的存在，MP1和MP4，MN1和MN4在這樣的設計方法下柵極電壓并不相等，但是這并不影響運放的性能，畢竟運放大部分情況都是閉環使用，而閉環運放負反饋的自我調節足夠克服這些額外的效應，而工程師也不可能違背物理學的規律去做到絕對完美。