雙端輸入單端輸出CMOS運放設(shè)計實例

1.運算放大器性能指標(biāo)

2.性能指標(biāo)到電路參數(shù)指標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化和分析

（1）直流增益和電路結(jié)構(gòu)

由于設(shè)計的運算放大器的電壓增益在 100dB 以上，因此通過前面各種電路結(jié)構(gòu)的分析， 可以選擇折疊式共源共柵電路和一個簡單放大器級聯(lián)的結(jié)構(gòu)來設(shè)計所需的電路。這樣可以保證在較高的增益下，保證其他參數(shù)的實現(xiàn)。電路結(jié)構(gòu)如圖6- 19所示。

（2）頻率補(bǔ)償，相位裕度和補(bǔ)償電容大小安排

在兩級放大器級聯(lián)運放結(jié)構(gòu)中，在兩級放大器的輸出端都有可能產(chǎn)生較低頻的極點，因此需要頻率補(bǔ)償。通常頻率補(bǔ)償?shù)姆绞绞遣捎妹桌昭a(bǔ)償或帶調(diào)零點電阻的米勒補(bǔ)償。

（3）擺率 SR>5V/μs

所謂擺率是指各級電路對其負(fù)載電容的最大驅(qū)動能力。對于第一級放大器:

考慮到過小的電流導(dǎo)致如果需要得到較大的 gm 時，需要更大的 MOS 管寬長比值。我們由此可以將指標(biāo)規(guī)定的100μA 電流分配到兩級放大器中，一種比較合理的分配方法是第一級放大器分配 40μA，第二級放大器分配40μA，剩下20μA 作為余量備用。在第一級放大器中，分配給 M1,M2 差分對管各10μA 電流，M7~M12 管各10μA 電流，M4, M5 電流源分配20μA電流。

（4）共源共柵(Cascade)管和電流鏡管的寬長比計算

（5）偏置電路的設(shè)計

放大器主電路的設(shè)計，但是并沒有說明共源共柵管和電流鏡的柵端偏置電壓從何而來。在實際設(shè)計中往往是給一個模塊電路提供一個由帶隙基準(zhǔn)(Bandgap Reference)產(chǎn)生的電流，或者由經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定的電流源電路提供的一個電流，并由 該模塊自身產(chǎn)生各管的偏置電壓。

在上面的計算過程中，使用了大量的理想條件和簡單計算，很顯然在實際的設(shè)計中還需要對電路的參數(shù)優(yōu)化，同時要嚴(yán)格考慮版圖的匹配性。在完成基本計算后，我們可以通過 Cadence 軟件進(jìn)行仿真驗證。