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gm/Id方法设计二级OTA(2)—电流镜式放大器介绍

冬至子 来源:模拟集成电路 作者:likaieeer 2023-07-05 14:39 次阅读

二级放大器分析,version2

Cadence原理图

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其中的偏置用电流源代替

信号分析

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输入级放大电路由 M1~M5 组成。M1 和 M2 组成 PMOS 差分输入对,差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰;M3、M4 电流镜为有源负载;M5 为第一级提供恒定偏置电流。

输出级放大电路由 M6、M7 组成。M6 为共源放大器,M7 为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由 M14 和 Cc 构成。M14 工作在线性区,可等效为一个电阻,与电容 Cc 一起跨接在第二级输入输出之间,构成 RC 密勒补偿。

图片

此外从电流与电压转换角度对电路进行分析也许更便于理解,此时可以将绘出运放的层次结构如上图 所示。M1 和 M2 为第一级差分输入跨导级,将差分输入电压转换为差分电流。M3 和 M4 为第一级负载,将差模电流恢复为差模电压。M6 为第二级跨导级,将差分电压信号转换为电流,而 M7 再将此电流信号转换为电压输出。

公式推导

增益

上图每一级都是互导放大器,由于第一级差分输入对管M1与M2相同,

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R1表示第一级输出电阻,其值为

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则第一级的电压增益

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对于第二级有

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第二级的电压增益

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所以总的直流开环增益是

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同时

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所以

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单位增益带宽积

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GBW和SR都可以反应运放的高频性能,线性放大器主要有GBW决定,开关电泳滤波器要得到更高的频率主要有SR决定。

静态功耗

一旦电源电压确定,静态功耗取决于各支路静态电流总和。考察各路电路,可以知道,此运放的静态功耗为

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电流的分配受其他性能指标的影响,比如GBW、转换速率、噪声性能等。

共模抑制比

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调零电阻

在第一级输出与Cc之间串联一个电阻Rz,通过调节电阻的大小,便可以移动右半平面零点的之作用,将零点移到左半平面并与第二极点重合,这样就可以消除第二个极点,但是由于工艺波动和寄生电容的影响,会使计算参数偏离。

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压摆率

压摆率也称转换速率。压摆率可认为,当输入运放一个阶跃信号时,运放输出信号的最大变化速度。

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