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转换速率（摆率）特性
图 12…10 单位增益瞬态响应
通过瞬态分析得到图 12…10。从图可以看出大信号和小信号瞬态响应分别由将一个 2V
和 0。2V脉冲作用到单位增益结构所决定。从这图上数据可见：正摆率是 10 V/μs，负摆率
也是…6。7 V/μs。在图中有一个小的负过冲，原因是由Cc确定的期望摆率值，对负载电容
充电的电流有点较小。在正摆动时，M6 可以提供足够的电流即刻对变化予以响应。然而，
负摆动持续过去的终点直到输出级能够按照单位增益反馈网络跟上响应。我们可以增大相
位裕量，来减小或者消除负过冲。负过冲比正过冲大，就是因为下降时间的相位裕量比上
升间的相位裕量小。
功率的测量
图 12…11 总电流曲线
从图可以得出，流过电源的电流最大没有超过 0。18mA。也就是说最大功耗为 0。9mW。
12。3。3 结果汇总
以上是具体的电路结构图和仿真结果，对其性能指标列表可得表：
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表 12。2 运放的性能指标仿真结果
性能参数 单位 要求指标 达到指标
直流增益 dB 74 80
GB MHz 5 5
相位裕度 度 60 65
输出摆幅 V ±2 …2。5～2。48
共模输入范围 V …1～2 …1。2～2。4
压摆率 V/μs 10 10，…7
功耗 mW 2 0。9
电源电压 V ±2。5 ±2。5
输出信号 —— 单端 单端
负载电容 PF 10 10
仿真结果与设计指标的比较见表 12。2。可以看出，设计几乎是令人满意的。微小的调
节可以通过改变W/L比或直流电流使放大器工作在指定的范围。下一步仿真中应该改变模型
V γ λ
参数值，典型的是K、 T 、 及 ，确保即使工艺有所改变也能满足指标。
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第 13 章 共源共栅运算放大器分析与设计
13。1 折叠共源共栅运放的电路结构
如图 13…1 所示，这种结构用共源共栅输出级与一个不寻常的差分放大器级联，达到一
个大得输入共模范围，这样折叠共源共栅运算放大器提供自补偿，良好的输入共模范围以
及两级运算放大器的增益。它改进了两级运算放大器的输入共模范围和电源电压抑特性，
而且稳定性好。
图 13…1 n 沟道输入折叠共源共栅运算放大器
折叠共源共栅电路在差分放大器中不要求准确的电流平衡，因为额外的直流可以流进
或流出电流镜。在电路结构中，因为M1 和M2 的漏极连接到M4 和M5 的漏极，因此可以获得
I I I
正输入共模电压。需要设置折叠共源共栅运算放大器的偏置电流 3 4 5
、 和 ，不至于使共
源共栅电流镜的直流电流为零。如果电流为零，就会使重新导通有个时延，因为寄生电容
v I
必须被充电。例如：设 in 足够大，从而使M1 导通，M2 截止，那么，所有的 3 电流流过M1
I =I I =0 I I I I
而不流过M2，结果 1 3 ， 2 。如果 4 和 5 小于 3 ，那么 6 将会是零。为了避免这
I I I I
种情况， 4 和 5 的值通常设在 3 和 2 3 之间。
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13。2 折叠共源共栅运算放大器的小信号模型
图 13…2 折叠共源共栅运算放大器的小信号模型
R R
折叠共源共栅运算放大器的小信号差分输入电压增益如图 11…2 所示。标注为 A 和 B
R R
电阻是分别从M6 和M7 的源极看进去的电阻。则求得 A 和 B 分别为：
1
r ＋R ＋
ds 6 2
gm10 1
R = ≈
A
1＋gm 6rgs 6 gm 6 （13…1）
和
r ＋R
ds 7 9
R = ≈r
B ds
1＋gm7rgs 7
（13…2）
式中：
R9 ≈gm9rds 9rds11
（13…3）
i
图 13…2 的小信号电压传递函数可如下求得。电流 10 写为：
…g m 1 （rds 1 &rds 4 ）vin …gm1vin
i = ≈
10
2＇R （r r ）＇ 2
＋ &
A ds 1 ds 4 （13…4）
i
7
电流 可以表示为：
g m 2 （rds 2 &rds5 ）vin gm 2vin gm 2vin
i = = ≈
7 R9 R9 （gds 2 ＋gds