友情提示:如果本网页打开太慢或显示不完整,请尝试鼠标右键“刷新”本网页!阅读过程发现任何错误请告诉我们,谢谢!! 报告错误
狗狗书籍 返回本书目录 我的书架 我的书签 TXT全本下载 进入书吧 加入书签

电子电路大全(PDF格式)-第132章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页,按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页,按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
————未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!





   由于采用的是N阱CMOS工艺,则采用PMOS管作为差分输入对管就可避免其衬底偏置效 



应,而采用PMOS管作为输入对管还可减小放大器的噪声,因此在本设计中输入级的差分输 



140    


…………………………………………………………Page 589……………………………………………………………

入对管为PMOS管。另外输入级采用PMOS管为输入对管,而第二级采用NMOS输入,则可实现 



电平位移作用,因而放大器中可以省一级电平位移电路。  



   (2)中间级的确定  



   为了满足系统增益要求,第二级(中间级)采用共源共栅放大器,但输出幅度将受到 



限制(由于后一级采用共源电路,要求输出幅度大)。  



   (3)输出级的确定  



   为了提高驱动能力,输出级采用共源电路并以PMOS管作为输入管,以避免衬底偏置效 



应,但由于电平位移的作用使输出幅度下降。  



   另外,由于输出级电流较大,则需采用独立的偏置电路。  



   (4)补偿方式的确定  



   为了使运算放大器能稳定工作,必须采用补偿,为了实现内补偿,在本设计中采用RC 



补偿方式,并且电阻R由NMOS管组成。  



   由以上讨论确定运算放大器电路。  



14。3 选择工艺参数  



   假定所采用的为N阱CMOS工艺。  



14。4 各级放大器参数的初步考虑  



14。4。1 输入级-差分输入级  



   差分放大器的指标很多,而对于不同侧重点的放大器所设计的电路是不一样的,即差 



分放大级设计方法多种多样,先要确定所需设计的放大器在系统中所起的主要作用(即主 



要指标)作为设计思路初步确定其参数,而把其余的指标作为验证手段,反复计算直至所 



有的指标都能满足设计要求。  



   该电路的最大特点是用做缓冲放大,因此输入共模范围必须和输出幅度相等。而这一 



指标必须由输入级完成,所以输入级的差分放大器的输入共模范围必须作为一个主要设计 



指标来考虑。  



   (1)正向共模范围VCM  



   (2)负向共模范围VCM  



   (3)增益  



   (4)计算CMRR  



   (5)HSPICE验证  



   输入级电路中每一个MOS管的宽长比、流过电流及偏置点电位均已知,所以可通过 



HSPICE模拟验证。验证是否达到设计指标时,分以下三个步骤:  



   ①验证其静态工作点是否正确,此时应假定放大器的输入为 0。  



   ②验证共模范围是否满足设计要求,此时应假定放大器的输入信号为共模电压。  



   ③验证放大器的增益是否满足设计要求,此时放大器的输入信号应为差模信号。  



14。4。2 主增益级的设计  



   主增益级不但要实现增益的要求,而且其输出幅度必须达到设计要求,在直流工作情 



                                                    141  


…………………………………………………………Page 590……………………………………………………………

况下,还要考虑输出失调电压。另外还应该注意极点分裂和对工艺的灵敏度等问题。  



14。4。3 输出级的设计  



    根据电路压摆率的要求确定工作电流。  



14。4。4 偏置电路的设计  



     (1)主增益级的偏置电路  



     (2)输出级的偏置电路  



14。4。5 验证  



    采用HSPICE对所设计的电路进行仿真验证其直流、各支路电流、各点电位、增益、功 



率是否与设计相同,并计算开环频率特性,求出频率极点和单位增益带宽。  



14。4。6 频率补偿设计  



    对于多级放大器而言,其频率补偿电路的设计至关重要,由于该放大器用做缓冲放大, 



是一个二级放大器,一般为两个主极点频率。  



    该运算放大器设计完毕后,接下来是进行版图设计,但由于在实际工艺流片中存在诸 



多误差,特别是横向扩散的存在,所以必须在版图设计初步完成后进行参数提取后的HSPICE 



模拟,若不能达到设计要求,则必须进行版图的修正,再进行模拟,直至满足设计要求。  



14。5 实例:一个带缓冲级运算放大器  



    基于下列假设求运算放大器的增益和频率响应(假设Cc=5pF)。假设输入差动对的偏 



        I   =100uA       V   =…V    =2。5V   R  =10kΩ 

置电流为 DS            ,电源 DD        SS       ,  L        。并假设下列工艺参数: 



                               γ =0。5V 1/ 2 φ =0。35V   α =5 ×106  V / m 

unCox=96uA/V2, upCox=32uA/V2,            , F         ,                  ,且 



Vtn=…Vtp=0。8V。为了计算输出阻抗,假设第一级晶体管的漏极-栅极电压等于 0。5V,但 



                       V    =1V 

是第二级和第三级的晶体管 DGi                。最后,不假设M8 的衬底与源极相连,而是假设M8 



的衬底与负电源相连。  



                             I   =100uA 

    解:首先计算偏置电流。因为 DS 5                   ,有  



             I  =I   =I   =I    =I   / 2 =50uA 

              D 1 D 2   D 3  D 4  D 5 

              

                                                



                       (       ) 

             I  =I    = W  / W I   =100uA 

              D 6  D 7    6   5 D 5 

                                            

              



    且  



                       (       ) 

             I  =I    = W  / W I   =167uA 

              D 8  D 9    9  7  D 7 

              

                                            



         现在我们可以计算M1、M2、M7 和M8 的跨导。通过  



142    


…………………………………………………………Page 591……………………………………………………………

                            W 

                            

     g   =g    = 2μ C       I     =0。775mA / V 

      m1    m 2       p  ox       D 1 

                            L 

                           1 

                                                   ,  



     g m 7 =1。90mA / V   g m 8 =3。16mA / V 

                      ,                   。  



    接 着 , 我 们 需 要 推 算 晶 体 管 的 输 出 阻 抗 。 要 求 这 个 阻 抗 , 我 们 用 式 



        Li 

r   ≈α       V    +V 

 dsi           DGi   ti 

        I Di             (忽略了短沟道效应,α 是一个技术相关的参数,约为 



5 ×106   V / m                    V    =0。5V 

              )和第一级晶体管的 DGi                   而第二级漏极-栅极电压为 1V的近似。这 



里应该提到的是,这些非常粗略的漏极-栅极电压近似是合理的,因为上式只有中等的精 



确度,最多 50%。晶体管输出阻抗的这些值一旦运用SPICE分析就可以在后来修正。运用 



上式我们求得第一级所有晶体管的输出阻抗为  



    rds1=rds2=rds3=rds4=182kΩ  



    第二级晶体管的输出阻抗为  



    rds6=rds7=107Kω  



    但是输出级晶体管的输出阻抗为  



    Rds8=rds9=64kΩ  



                                                               g mγ 

                                                     g s = 

                                                           2  V   +2φ 

    我们需要计算的最后参数为M8 的体效应电�
返回目录 上一页 下一页 回到顶部 赞(1) 踩(1)
未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!
温馨提示: 温看小说的同时发表评论,说出自己的看法和其它小伙伴们分享也不错哦!发表书评还可以获得积分和经验奖励,认真写原创书评 被采纳为精评可以获得大量金币、积分和经验奖励哦!