一種新型高速CMOS全差分運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)
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2．2 小信號(hào)分析
折疊式共源共柵的直流增益為：
2．3 頻率與增益特性分析
單級(jí)折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)主要有2個(gè)極點(diǎn)需要考慮：
在輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生主極點(diǎn)：P1=-1／RoutCL；
在折疊點(diǎn)處產(chǎn)生非主極點(diǎn)：P1=-gm5／Cx。
式中Cx為折疊點(diǎn)周圍電容和，且主要取決于CGS7。為使運(yùn)放能夠穩(wěn)定工作，需對(duì)其進(jìn)行頻率補(bǔ)償。對(duì)于單級(jí)運(yùn)放，由于只有一個(gè)主極點(diǎn)，頻率特性較好，在輸出端增加一定的負(fù)載電容即可。
由于模擬電路的參數(shù)不缺定性，手算的結(jié)果在仿真調(diào)制時(shí)也需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷牟拍苓_(dá)到預(yù)期目標(biāo)的要求。尾電流的M0以及M9，M10可根據(jù)MOS管飽和區(qū)電流公式來(lái)確定：即，
由式(1)可知，提高增益的方法主要為提高輸入對(duì)管M1，M2共源共柵管M5，M6以及M7，M8的跨導(dǎo)。由于MOS管工作電流已經(jīng)確定，則可通過(guò)增加寬長(zhǎng)比增加其跨導(dǎo)。但要折衷考慮的是：過(guò)多的增加共源共柵管M5，M6的溝道長(zhǎng)度會(huì)增大次主極點(diǎn)的寄生電容，從而降低次主極點(diǎn)的頻率。所以提高增益的方法主要是增加PMOS管M7，M8的寬長(zhǎng)比。而且，M3管與M4管均要流入2條支路的電流，若要減小其對(duì)折疊點(diǎn)的電容貢獻(xiàn)，則要求有較高的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。
2．4 直流工作點(diǎn)的確定
由于溝道長(zhǎng)度調(diào)制作用的存在，MOS管的漏源電壓VDS會(huì)對(duì)漏源電流IDS產(chǎn)生一定的影響。
有飽和區(qū)MOS管漏源電壓與電流間的關(guān)系公式：
式中λ為溝道長(zhǎng)度調(diào)制系數(shù)λ∝1／L。在近似漏源電流IDS及過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓|VGS-Vth|不變的情況下，寬長(zhǎng)比W／L與VDS成反比的趨勢(shì)?？筛鶕?jù)此規(guī)律調(diào)制每個(gè)MOS管的漏源電壓及直流工作點(diǎn)。而進(jìn)行調(diào)制的前提則是每個(gè)MOS管都必須工作在飽和區(qū)，即滿足VDS>|VGS-Vth|。
2．5 提高轉(zhuǎn)換速率
轉(zhuǎn)換是在處理大信號(hào)的高速電路中不希望看到的一種非線性現(xiàn)象，大信號(hào)的速度被轉(zhuǎn)換速率限制，原因是對(duì)電路中主要電容器充電和放電的電流太小。所以要提高轉(zhuǎn)換速率。由式(2)可以看出，增大轉(zhuǎn)換速率的一種方法為提升流過(guò)共源共柵管M5，M6的電流，同時(shí)減少輸出端補(bǔ)償電容的大小。而電流的增大勢(shì)必會(huì)提高運(yùn)放的功耗。而式(3)表明，增大輸入管M1，M2的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓也可以提高轉(zhuǎn)換速率。這樣在電流一定的情況下，器件的寬長(zhǎng)比W／L就不能太大，這也許會(huì)導(dǎo)致其跨導(dǎo)的減小，因此以上兩種方法均需要折衷號(hào)慮。
評(píng)論