一種受溫度影響較小的運算放大器

　　0 引言

　　運算放大器的用途非常廣泛，是許多模擬系統(tǒng)和混合信號系統(tǒng)中的一個完整部分，大量具有不同復(fù)雜程度的運算放大器被用來實現(xiàn)各種功能，從直流偏置到高速放大或者濾波等。在很多功率電路中，對運算放大器的溫度特性要求很高。例如，應(yīng)用于功率放大器控制電路中的運算放大器，由于功率放大器是大功率器件，自身消耗的功率大，將導(dǎo)致功率放大器芯片的溫度變化很大。因此要求控制電路中運算放大器的增益、穩(wěn)定性等受溫度影響要小。

　　1 運算放大器的結(jié)構(gòu)選擇

　　運算放大器有很多種結(jié)構(gòu)，按照不同的標準有不同的分類。從電路結(jié)構(gòu)來看，有套筒式共源共柵、折疊式共源共柵、增益提高式和一般的兩級運算放大器等。

　　圖1給出3種運算放大器的結(jié)構(gòu)，分別為兩級放大器、折疊式兩級套筒OTA、折疊式兩級聯(lián)OTA。比較以上三種結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)折疊式的共源共柵0TA輸入擺幅最大，輸入共模電平容易選取，而且輸入和輸出可以短接。正是由于這些原因，折疊式共源共柵運算放大器更加廣泛。同時考慮到不同電壓溫度條件下增益要達到110 dB，因此采用兩級運算放大器。

　　2 折疊式共源共柵全差分運算放大器的原理

　　共源共柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路是將輸入電壓轉(zhuǎn)化成電流，然后將他作為共源共柵級的輸入，共源共柵級電流的變化再轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。一個完整的全差分折疊式共源共柵全差分運算放大器包括偏置電路、共模反饋電路和主體電路3個部分。

　　2.1 偏置電路分析

　　本文選用寬擺幅偏置電路，如圖2所示，它的主要單元是低壓共源共柵電流鏡，由PMOS和NMOS電流鏡組成。首先，分析該電路的PMOS寬擺幅電流鏡，該電流鏡由M4～M8組成，假設(shè)取M5，M6的寬長比一樣，那么M5，M6的過驅(qū)動電壓也是一樣的，要使他們都飽和，則M5漏端電壓至少為2倍的過驅(qū)動電壓。M5的主要作用是降低M6的漏源電壓，這樣M6能更好地匹配M4的電流。調(diào)節(jié)M5的尺寸，可以控制M6的漏源電壓，一般M5的尺寸小于M6尺寸的1/4，取M5=1.5 μm。同時為了減小短溝道效應(yīng)，M4，M5柵長要稍微長點，取L=1 μm。NMOS電流鏡也是這樣的。合理調(diào)節(jié)電路參數(shù)可以使系統(tǒng)的增益、相位裕度等受溫度影響很小。

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