用于Sigma-Delta調(diào)制器的低電壓跨導(dǎo)運(yùn)算放大器
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1．2 電路結(jié)構(gòu)考慮
跨導(dǎo)運(yùn)算放大器主要有兩級(jí)運(yùn)放、增益增強(qiáng)型、套筒式共源共柵和折疊式共源共柵等。其中，在兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)中，次極點(diǎn)頻率由負(fù)載電容決定，使其帶寬較小，速度受到限制，且功耗較大，電源抑制比和共模抑制比較差。套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)具有頻率特性好、功耗低等特點(diǎn)。然而，在低電源電壓下，其輸出擺幅和共模輸入范圍難以達(dá)到預(yù)期要求。增益增強(qiáng)型運(yùn)放，雖然有著很高的直流增益但有著巨大的功率消耗，并不適用于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)。綜合考慮，采用速度較快，輸出擺幅較大，共模輸入范圍廣，性能折中的折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/187866.htm
2 電路分析與設(shè)計(jì)
2．1 折疊式共源共柵跨導(dǎo)運(yùn)算放大器
折疊式共源共柵跨導(dǎo)運(yùn)算放大器的輸入管有兩種選擇，NMOS輸入對(duì)管具有較高的跨導(dǎo)，能使運(yùn)放達(dá)到較高的直流增益，但需要采用PMOS作為共源共柵管。在同樣的偏置條件下，PMOS管的跨導(dǎo)為NMOS管的40％～50％，從而限制了運(yùn)算放大器的次極點(diǎn)頻率。如果采用PMOS作為輸入級(jí)，運(yùn)放則具有較低的噪聲和較高的次極點(diǎn)頻率，噪聲較低，但直流增益較小。由于本設(shè)計(jì)對(duì)直流增益要求不高。故采用PMOS輸入?？鐚?dǎo)運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)如圖2所示。
VM1和VM2是PMOS輸入差分對(duì)管將輸入差分電壓轉(zhuǎn)化成差分電流，經(jīng)VM5和VM6后產(chǎn)生輸出電壓。VM11為長(zhǎng)尾電流沉為輸入差分對(duì)管提供靜態(tài)工作電流，同時(shí)，提高輸入共模抑制比(CMRR)。對(duì)電路進(jìn)行小信號(hào)分析，可得到折疊共源共柵運(yùn)放的直流增益
式中，r0為MOS管小信號(hào)輸出電阻，與溝道長(zhǎng)度成正比；gm是MOS管的跨導(dǎo)。
該運(yùn)放的主極點(diǎn)為
在只考慮主要的電容即VM5的柵源電容時(shí)，次極點(diǎn)為
由式(5)可知，改變電路工作電流與負(fù)載電容同樣可以改變SR。本設(shè)計(jì)中負(fù)載電容CL取5pF，考慮到運(yùn)放工作的穩(wěn)定性。必須保證運(yùn)放的相位裕度PM大于60°。增大工作電流，將提高運(yùn)放的直流增益與單位增益帶寬GBW，同時(shí)提高SR，但會(huì)導(dǎo)致PM下降電路功耗增加。所以運(yùn)放的工作電流應(yīng)進(jìn)行折中考慮。
2．2 共模反饋電路
全差分運(yùn)放中運(yùn)放反饋回路只提供差模電壓而不提供共模電壓，需要運(yùn)用共模反饋電路(CMFB)來(lái)穩(wěn)定差分輸出信號(hào)的共模電壓，此電路如圖3所示。
評(píng)論