一、套筒式(telescopic)單級單端輸出運放

figure 1 套筒式運放原理圖

設計思路：

1. 通過M9電流200uA，兩條支路分別是100uA的電流。我們計算設計仿真的順序是：M9-M7M8-M5M6-M1M2-M3M4。
2. M9電流大，過驅動電壓給大些，Von9=300mV，I9=200uA，利用飽和區電流公式計算M9的W/L。偏置電壓用Von+Vth算。
3. M7M8的PMOS管本應該給大Von，但是其二極管連接，Vds大，由于溝道調制效應，所以給小Von=200mV，I=100uA，計算M7和M8的W/L。
4. M5M6手工計算不準確，但還是得初步計算。I=100uA，pmos需給大Von=300mV，算出寬長比。偏置電壓Vb1
5. M1和M2，Von=200mV，I=100uA，計算寬長比。偏置電壓Vcm=Vds9+Von1+Vth1。此時的Vth1和Vds9都需要仿真后查看再調整輸入共模電壓。
6. M3和M4與M1和M2寬長比計算一樣。Vb2= Vds9+Vds11+Von3+Vth3，同樣需要仿真后回頭調整。

圖2是手算的記錄：

figure 2 telescopic手算

M5和M6最難調整，可以將其余的偏置電壓確定后，用parametricanalysis掃描一下這兩管子的寬，確定一個精確值。在TSMC180nm工藝下，我的電路的參數如下：

DC仿真結果如下：

ac仿真結果如下，低頻增益78dB。

二、折疊共源共柵單級單端輸出運放

figure 3 折疊共源共柵運放電路原理圖

設計步驟與telescopic差不多，主要就是每個偏置電壓需要多次仿真調節，M5和M6的寬長比很敏感，需要parametricanalysis掃描一下。圖4是手算記錄：

figure 4 折疊共源共柵運放參數手算

在TSMC180nm工藝下，電路參數如下表：

dc直流仿真結果如下圖：

ac仿真結果如下圖，低頻增益69dB：

三、增益自舉(Gain Booster)

增益自舉原理如下圖：

將折疊共源共柵運放改進成下面的電路，并給出仿真直流參數：

上面的電路的M5寬長比調節至關重要，要使其Vds恰好給M6提供偏置電壓，而M6所需偏壓和前述折疊共源共柵的M5和M6一模一樣。在TSMC180nm工藝下，該電路參數如下表：

ac仿真結果如下圖，低頻增益69dB（不知為何增益沒有提高，但是GBW增大了一倍，猜測是引入了零點）：

四、總結

不管是折疊共源共柵還是套筒式，電流源負載管M5和M6的偏置電壓和寬長比總是最敏感的，需要多次仿真調整。

對于增益自舉電路的加入，沒能提升共源共柵運放的增益這點有待深入學習。

給過驅動電壓Von一般：NMOS小些，PMOS大些，二極管連接的PMOS小些。