1、1通路通路2477423DmGSTHMMIgVVNXY如果忽略體效應比較和這兩個器件被設計成相同的過驅動電壓時，它們具有相同的跨導在電流相等的情況下，WW因此，結點 和或對地的小信號電阻相等，但N點有較大的電容。所以N處產生下一個非主極點p1999999p2991?11?SmLCGDELCGDLSmLCGDELCGDLSLCGDECGDLELRgRCCCRCCCRgRCCCRCCCR RCCCCCCC C 2012212121112312111dB.ss1.s,1 s/1/. 1/1/p,.1/1/1/,1/mmnnnniiniipN saa sa sa sDbsb sb sKpspspbpp

2、pppbpb主極點近似法：如果主極點存在，則可以用來預測電路的3帶寬。通用傳遞函數G傳遞函數沒有零點或零點不重要，上式可變為G對比可得存在主極點131211dB1j,1dBKGpbp幅頻響應與3帶寬 2121222121212121212121211122211121 22sss11/1/1111/1/011111,|1111,ppN sDDbsb sspspspspssbsb sppp pbbppp pppbbbppbp ppbb 對于兩極點系統：G將拆開得，兩式系數對比發現，假設存在主極點：即，又，即12112121,ppbbbbb綜上：。999p1p29999911?,?1SmLCGDE

3、LCGDLSmLCGDELCGDLSLCGDECGDLELRgRCCCRCCCRgRCCCRCCCR RCCCCCCC C noutout2s+s01sg011XiXGSXGDSXGDmXoutDBDGDmDoutinSDSmDGDSGSDGDDBGSGDGSDBGDDBVVV CVVCRVVCVVCsRCsgRVsVR RsRg RCR CRCCsC CC CCC對X點和Y點分別運用基爾霍夫電流定律其中999p1p29999911?,?1SmLCGDELCGDLSmLCGDELCGDLSLCGDECGDLELRgRCCCRCCCRgRCCCRCCCR RCCCCCCC Cp1p2111SmD

4、GDSGSDGDDBSmDGDSGSDGDDBSDGSGDGSDBGDDBRg RCR CRCCRg RCR CRCCR RC CC CCC主極點非主極點 211GDmDoutinSDSmDGDSGSDGDDBGSGDGSDBGDDBCsgRVsVR RsRg RCR CRCCsC CC CCC其中21121212110,ppbbsb sbb999p1p29999911?,?1SmLCGDELCGDLSmLCGDELCGDLSLCGDECGDLELRgRCCCRCCCRgRCCCRCCCR RCCCCCCC Cp1p2111SmDGDSGSDGDDBSmDGDSGSDGDDBSDGDGSGDD

5、BGSDBRg RCR CRCCRg RCR CRCCR RCCCCC C主極點非主極點999p1p29999911?,?1SmLCGDELCGDLSmLCGDELCGDLSLCGDECGDLELRgRCCCRCCCRgRCCCRCCCR RCCCCCCC C9p1999999p299,11,1LCGDELSmLCGDELCGDLSmLCGDELCGDLSDGDGSLCGDECGDLLBEDRCCCCRgRCCCRCCCRgRCCCRCCCR RCCCCCCC CRCCC999p1p29999911,1SmLCGDELCGDLSmLCGDELCGDLSLCGDECGDLELRgRCCCRCCC

6、RgRCCCRCCCR RCCCCCCC Cp12p1229999929p29901/1gg,ppCLpLLSmLCGDELCGDLmmpCGDEELLSLCGDECGDLELCR CRgRCCCRCCCCCCCCR RCCCCCCC C這兩個表達式是在假定的基礎上得到的。然而，在補償之前和具有相同的數量級。對于和較大的C ，。為比較補償前后的數值，我們考慮一般的情況：C992299gg/1/ggmmppLLLLmLmLLLR CR CRRCC。可見密勒補償把輸出極點增大了倍，這是相當大的值。可見，密勒補償使兩級間的極點向原點移動，使輸出極點向離開原點的方向移動。11out12out12199

7、9v12112iller111g1EvCvCmLmCGpmCmpmDvpmmmCzCmCR gR CgCgMRCACRA CCgCCAg R gRR gR CCgC 對于用方法補償的二級運放來說，起主要作用的零極點如下：單位增益帶寬：AGB=owhy對于一個兩級點、一右半平面零點的系統，如果它的零點在10倍的單位增益帶寬之外，那么要得到60 的相位裕度，第二個極點必須在2.2倍的單位增益帶寬之外。?補償電容的選擇p1p2p1p2oououuup1p21oooup2up2u90180arctanarctanarctan1arctan18090arctan305.7124.29102.22.2ta

8、n24.29CzooooCG由于密勒補償電容的存在，和將會離的很遠。假定，這樣在單位增益帶寬頻率處第一個極點引入相移，要求PM60 。所以有PM60Boop1p2oz1oooo905.71905.7160o可見貢獻相移 粉紅綠 ，貢獻-24.29 相移 粉紅 ，貢獻-相移 粉所以PM=180-24.29 -o對于一個兩級點、一右半平面零點的系統，如果它的零點在10倍的單位增益帶寬之外，那么要得到60 的相位裕度，第二個極點必須在2.2倍的單位增益帶寬之外。補償電容的選擇121iller1mmmpCpzCmCgRMRCgggCCC 對于用方法補償的二級運放來說，起主要作用的零極點如下：單位增益帶

9、寬：GB1210100102.22.22. 222.mmzmmCCmmpmCmCCggGBggCCggGBgCg CCCCC 全差分運算放大器設計精粹um 5zoDDVVHz一、設計指標采用上華0.6CMOS 2P2M工藝，指標如下：直流增益：80dB單位增益帶寬:50MHz負載電容:=5pF相位裕度:60幅值裕度:12dB差分壓擺率:200V/ s共模電平:2.5V共模負反饋單位增益帶寬:10MH等效輸入噪聲:20nV輸入失調電壓:4V三、性能指標分析_差分直流增益 dm189121m1113315572m229911overall12133155799111801a;2;|10ommoom

10、ooomoommoomoomooAdBC scadeMMMMG Rggr rgr rGRgrrggr rgr rgrr 、差分直流增益該運放存在兩級：、級增大直流增益、共源放大器第一級增益：A第二級增益：A整個運算放大器的增益：AAA480dB三、性能指標分析_差分壓擺率max1maxu11u11u1uu111p2uslew Rate:dv2/,g/222g2/2CCoutDSCCmCCmDSDSDSGSTHCmDSGSTHDSGSTHoxSSRIISRdtCCgCCIIISRVVCIVVIVVWCL、差分壓擺率200V/轉換速率是大信號輸入時，電流輸出的最大驅動能力。定義轉換速率輸入級：單位

11、增益帶寬可以得到其中11max9max139dv22min,CCoutDSCCLDSDSCCLIISRdtCCCIISRCCC因此，提高兩級運放轉換速率的一種方法是盡可能增大管子M的有效電壓。輸出級：該運放的轉換速率三、性能指標分析_靜態功耗s91013s315mW153mA5taticDDDSDSDStaticDCDDPVIIIPmWIVV、靜態功耗：該運放沒有功耗指標，這里我們以為例簡單分析一下。運放的靜態功耗：靜態功耗確定了整個電路的靜態電流最大值為：我們將該電流分配到電路的不同地方。例如，100 A給偏置電路，2900 A給兩級運放。分配多少完全根據設計人員的經驗來確定。三、性能指標分

12、析_等效輸入噪聲三、性能指標分析_相位裕度、單位增益帶寬op1p2p1p2uooooup1560 ,50z30180arctanarctaCMH、相位裕度單位增益帶寬假設運放只有兩個極點。(實際上，會有兩個以上的極點，同時還有可能存在右半平面或左半平面的零點。)由于密勒補償電容C 的存在，和將會分開的很遠。假定，這樣在單位增益帶寬處第一個極點引入-90 的相移，要求PM60 。所以第二個極點在單位增益帶寬處的相移要多于。所以有PMup2oooup2up2p2uonarctan18090301.732,2tan30o60取三、性能指標分析_相位裕度、單位增益帶寬 p133155799111331

13、55799111p1p2131|a11moomoomooCoverallmmoomoomoomuoveramllCCmCgr rgr rgrrCggr rgr rgrrR gRgCTelescoCgCpeC scodeMM 另外，主極點AA為了得到高的單位增益帶寬，就該使非主極點最大化。兩級運放中存在至少三個極點：、點處的漏極、 3p,Cascode311392m933315579911312|g3g1|mGSGDDBSBmoomoomooCmLpLmmoomoomooCLGSGgGCCCgr rgr rgrrCgCCggr rgr rgrrCCGC 的源極 的極點：

14、、補償電容引入的主極點：、輸出極點：該極點主要是由輸出電容C 引起。這三個極點從小到大順序為：113DDBSBCCCMFB三、性能指標分析_共模反饋6CMFB、共模反饋：為了穩定全差分運放輸出共模電壓，必須設計共模負反饋。在設計輸出平衡的全差分運放的時候，必須考慮以下幾點：共模負反饋的開環直流增益要求足夠大，最好能夠與差分開環直流增益相當。共模負反饋的單位增益帶寬也要求足夠大，最好接近差分單位增益帶寬。為了確保共模負反饋的穩定，一般情況下要求進行共模回路補償。共模信號檢測器要求具有很好的線性特性。共模負反饋與差模負信號無關，即使差模信號通路是關斷的。分析：該結構共用了共模放大器和差模放大器的輸

15、入級中電流鏡及輸出負載。一方面降低了功耗；另一方面保證共模放大器與差模放大器在交流特性上完全一致因為共模放大器的輸出級與差模放大器的輸出級完全共用，電容補償電路也完全一樣。只要差模放大器特性是穩定的，共模負反饋也必然穩定。這樣不用考慮共模負反饋電路對差分運放的影響。三、性能指標分析_電壓偏置電路12310111256137BBBBBBBBBWWWLLLWWWLLLWWWWLLLL、電壓偏置電路：寬擺幅電流源在共源共柵輸入級中需要三個電壓偏置，為了使得輸入級的動態范圍大一些，用上圖中的寬擺幅電流源來產生所需要的三個偏置電壓。根據寬擺幅電流源的設計要求，必須滿足78144BBBBWWWLLLill

16、erM三、性能指標分析_補償電阻in9z11929z912198ill10g111CminCmCmCCCCpmpLCmCMeRRgrRVg VCgRRC sCCgR、補償電阻電阻可以單獨用來控制零點的位置，主要有以下幾種方法。將零點搬移到無窮遠處，消除零點，。原因：把零點從右半平面移到左半平面，并且落在第一個非主極點上。這樣，輸出負載電容引起的極點去除掉了。這樣做必須滿足必須等于1條/g件：91LmCCCiller四、手工計算_確定M補償電容22n,op2z9191zup2uum119/,55.2/,0.73 ,1.01iller10,210,20.20.2 51oxpoxTH NTH PmmmmCLCCLCCA VCA VVV VVMggggCCpFpFCCCC 首先，我們必須從CSMC 0.6