一款高性能共源共柵運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)

式中：fp1為運(yùn)放主極點(diǎn)；fp2運(yùn)放非主極點(diǎn)；fz為運(yùn)放零點(diǎn)。在復(fù)用型折疊式共源共柵運(yùn)放中，主極點(diǎn)是由時(shí)間常數(shù)RORFC CL決定，非主極點(diǎn)由M5，M6源端寄生電容C2和該點(diǎn)的電阻R2的乘積決定。為了使運(yùn)放的相位裕度保持在60°以上，必須使得非主極點(diǎn)頻率大于2．2倍增益帶寬。在復(fù)用型折疊式共源共柵中，M5，M4源端的寄生電容為：

C2=CGS5+CSB5+CGD3a+CdB3a+CGD1a+CdB1a

在圖3中，M1a的電流I1a與M5的電流I5都流過M3a，M3a必須要有足夠的柵寬以滿足在比較小的驅(qū)動(dòng)電壓下能傳導(dǎo)大電流，所以寄生電容CGD3a和CdB3a相當(dāng)大。f2=1／(C2R2)，C2大，f2就會(huì)變小。要使f2大于2．2倍增益帶寬，必須推高f2。用減少流入M3a和M4a的電流的方法就可以達(dá)到目的。因?yàn)殡娏鳒p小，M3a和M4a的柵寬也相應(yīng)減小，從而C2也減小，f2便增大。

2 電路仿真結(jié)果

圖2中各個(gè)MOS管的參數(shù)如表1所示。

所設(shè)計(jì)的電路仿真用Cadence公司的模擬仿真工具Spectre，仿真模型用CSMC0．5 μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝模型。電路交流仿真結(jié)果見圖3。由圖中增益曲線看出曲線在頻率10 kHz處開始下降，所以帶寬為10 kHz，增益為71．7 dB。頻率大于10 kHz，其增益開始降低，降低到0 dB處的頻率為增益帶寬，值為52．79 MHz。由圖中相位曲線看出，增益降為0 dB時(shí)，相位為-119．55°，相位裕度就為60．45°。所以電路增益帶寬為52．79 MHz，低頻增益為71．7 dB，相位裕度為60．45°。與文獻(xiàn)中折疊式共源共柵運(yùn)算放大器的增益帶寬4．05 MHz，低頻開環(huán)增益43．5 dB，相位裕度59°相比，其在增益，帶寬和系統(tǒng)穩(wěn)定性上都有很大提高。

3 結(jié)語

本文在文獻(xiàn)中折疊共源共柵運(yùn)放和復(fù)用型折疊共源共柵運(yùn)放的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高性能折疊共源共柵單級(jí)運(yùn)放，具有高開環(huán)低頻增益、高增益帶寬。采用CSMC0．5μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝模型，Cadence公司的模擬仿真工具Spectre對(duì)電路進(jìn)行直流和交流仿真。結(jié)果表明：電路的增益帶寬為52．79 MHz，低頻開環(huán)增益為71．7 dB，相位裕度為60．45°，其各項(xiàng)指標(biāo)與均有較大提高，設(shè)計(jì)令人滿意。