两级CMOS运算放大器设计

1，analog andmix-signalinterpgratedxtdesign-两阶段CMOS运算放大器设计，西安电子技术大学刘幕，西安电子科技大学，2，1，运算放大器概念，配置和电路结构，西安电子科技大学，西安将运算放大器与各种辅助电路一起使用，可以实现输入信号的放大、微分、积分、求积、代数等运算功能。理论上，运算放大器的差分模式电压增益无限，输入阻抗也无限，输出阻抗为零，但是实际运算放大器性能只能接近这些值；Op放大器在添加负反馈时，闭环传递函数用作具有足够增益的放大器，与op放大器增益无关。3，CMOS运算放大器基本分类，西安电子技术大学，二期CMOS运算放大器套，聚合型，聚合型，聚合型，聚合型，聚合型，聚合型CMOS运算放大器(单层)rail-to-rail CMOS运算放大器CMOS 第二阶段op放大器的布局设计，西安电子技术大学，提出第五、二阶段CMOS运算放大器，西安电子技术大学，差分放大器可以说是第一运算放大器，其电路的增益是由输入对管的跨导和输出阻抗的乘积决定的，一般不能达到高增益； 共源共栅结构在一定程度上提高了电路增益，但限制了电路的输出振幅。提出了双级放大器的结构。6，CMOS双级运算放大器的基本特性(性能指标)，直流开环增益70db单位增益带宽5MHz相位裕度双级运放的电路有两个高电阻节点a和b。也就是说，电路有两个主极点，从而降低了op放大器的相位裕度。为了稳定运算放大器的操作，通常在两级运放的一级和二级之间添加补偿电容。也就是说，在a点和b点之间添加补偿电容Cc(米勒电容)，并通过补偿电容的反馈效果分离两个极。(a)无补偿运输(b)补偿运输，8，米勒定理，西安电子技术大学，在典礼中，在感兴趣的频率上的小信号增益，通常为了简化计算，我们一般使用低频增益代替AV。这样可以深入了解电路的频率特性。(a)，(b)，9，2，2级op放大器的频率补偿，西安电子技术大学，op放大器通常用于负反馈结构，在此结构中，相当高但不确定的开环增益和反馈共同作用，可以获得非常精确的传递函数。包含反馈参数的函数下图显示了典型的负反馈结构。图a是放大器增益，通常是运算放大器的开环差动电压增益，F是通过运算放大器输出的负反馈返回输入的传输函数。如果直流开环增益A(0)介于1000和2000之间，f (0)=1，则正向增益介于0.999和0.9995之间。如果环路增益高，则可以使用反馈网络精确控制正向传输函数。这就是运算放大器的应用原理。反馈系统，10，2阶段CMOS op放大器的稳定性分析，西安电子技术大学，反馈信号必须满足一定的相位和振幅条件，才能避免信号再生现象。也就是说，定义为“下一步”(发生播放时可以振动op放大器)。其中0等于：其中0定义为：11，波特图，西安电子技术大学，1，频率曲线中的每个极值点P(零Z)，曲线的斜率定义为-20dB/dec(20dB/dec)2、在相位频率曲线中，相位在0.1P(0.1Z)开始变化，每个极值点P(0Z)，相位变化-45(45)，相位在10P(10Z)发生变化-90(90)，12，2阶段CMOS运输的稳定性分析，西安电子技术大学，即稳定性由单位开环增益的相位值，即相位裕度确定。因此，系统稳定性的重要标志是运算放大器相位裕度大，一般运算放大器相位裕度为60o左右。13、无补偿两阶段运算放大器小信号模型，西安电子科技大学，运算放大器二次模型，无补偿，结果一般表示一次组件的角度I，表示二次组件的角度II；其中r (r)是op放大器的第一(2)输出端上“看到”和地面之间的电阻，c (c)是op放大器的第一(2)输出端上“看到”和地面之间的电容。传输函数：两个极点位置：14，补偿具有两级运算放大器的小信号模型，西安电子技术大学，通常，两个磁极的运算放大器相位裕度小于45，因此运算放大器工作不稳定，应用时需要补偿。补偿电容CC的作用是扩大运算放大器带宽，削弱主极的影响，由于引入补偿电容CC，运算放大器传输函数为，2极，15，补偿电容CC对两级op放大器的极-0的影响，西安电子技术大学，补偿电容CC为右半平面(RHP 第一步描述了根据用途和要求选择和确定op放大器基本结构的所有晶体管交互，通常结构在整个设计过程中保持不变，但有时需要调整结构以更改某些方面的特性。 一旦选择了结构，就需要确定回路的直流电流，然后计算晶体管并开始校准元素的大小，大部分工作将在仔细计算设备大小以满足设计的交流和直流要求的第二阶段完成。设计之前，必须考虑(1)流程要求(VT、k、Cox等)。(2)电源电压、电流和范围；(3)工作温度和范围；运算放大器设计的一些主要参数如下：(1)直流开环增益av；(2)增益带宽GB；(3)时间Tset成立；建立。(4)转换速度Sr；(5)共同模式输入范围CMR；(6)共模抑制比CMRR；(7)电源抑制停止比PSRR；(8)输出电压摆动；(9)障碍和噪音，西安电子科技大学，17，3，2阶段运算放大器设计方法，西安电子科技大学，设计运算放大器所需的电气参数(可选):18，2阶段CMOS运算放大器的一些重要公式，这是计算增益的必需参数。选择标准MOS晶体管设备长度后，下一步将确定最小补偿容量CC，配置比GB高2.2倍的负载极点P2，从而获得60度的相位裕量。也就是说，极和零的位置要求CC的最小值为(设置Z10GB)，Xis electronics university在下一步骤中，根据转换速度的要求，可以根据最小尾流I5(即，如果没有指定转换速度SR，则根据创建时间TSET的要求选择值)。通过选择比创建时间快10倍左右的值，并将输出振幅设置为电源的一半左右而获得的I5，以后可以根据需要进行修改。20，2阶段CMOS运算放大器设计阶段(2)，西安电子技术台使用共同模式电压范围(高电平)确定M3的长宽比。也就是说，如果(W/L)3的值小于1，则必须增加此值并将W和L的乘积最小化，这是为了减少浇口区域的面积和浇口电容。此电容影响极-零对，从而稍微减少相位裕度。在确定输入晶体管交叉感应的CC和GB的表达式中，可以计算出输入晶体管M2的宽高比、21、2级CMOS运算放大器的设计阶段(3)、西安电子技术带、M5的饱和电压超过VD S5 100 mv的情况(W/L)5。如果Vd S5 0v，则定义的公用模式范围CMR的技术规格太严格。为此，可以减少I5(W/L)或增加1。条件变更后，必须考虑上一设计阶段的阴影。这样重复，直到得到满意的结果。结果VDS5和(W/L)5需要假定负载极点为GB的2.2倍，以获得60度的相位裕量。P2关系根据交叉诱导gM6:22，2阶段CMOS运算放大器设计阶段(4)，西安电子技术大学，计算I6:输出电压范围调整S6，以确保M6饱和。23，2阶段CMOS运算放大器设计阶段(5)，西安电子技术大学，最后检查总运算放大器和运算放大器：如果增益太低，可以重新调整很多参数。op救护车平衡为I5=I6=I7。因此，可以达到：24，op放大器的性能与设备、电流的关系，西安电子技术大学，完成上述计算和设计后，可以使用Spice仿真软件进行仿真验证。25，4，2阶段运放模拟和测试，西安电子科技大学，模拟是设计精炼和验证，提高准确度，优化性能，第一和第二近似理想值过程。目前模拟信号的模拟工具为Hspice和Spectre，模拟方法主要包括瞬态模拟、直流扫描和交流扫描。暂态模拟(TRAN):时间与电路参数的关系DC模拟(DC): DC元件与电路参数的关系AC (AC):频率与电路参数的关系，26，4，2阶段op放大器的模拟包含内容，西安电子技术大学，Op放大器模拟主要是开环增益和相位裕度西安电子技术大学，28，公用模式输入电压的模拟和测试(DC分析)，西安电子技术大学，输入信号在0Vdd范围内的DC分析，测试输出电压可以跟随输入电压的范围，即基于不影响输入范围的输出振幅的运算放大器的公用模式输入范围。29，系统输出不平衡电压模拟和测试(DC分析)，西安电子技术大学，定义：实际运算放大器，输入信号为零时输入级别的差对不匹配，以及电路本身的偏差，导致输出非零小值，该值为输出偏移电压。30，SR和TSET，VOS的模拟和测试(TRAN分析)，西安电子技术大学，31，PSRR和CMRR的静态模拟和测量(书籍)，32，PSRR的模拟和测量(交流模拟)，以及对于单个电源，回路的参考点电压通常为GND，此时只需提供电源电压的PSRR。正电源电压显示为PSRR，负电源电压显示为PSRR。33，CMRR的模拟和测量(交流模拟)，定义：CMRR是微分模式电压增益与公共模式电压增益之比，以对数表示。CMRR=20log(Aid/Acm)CMRR越大，运算放大器对称性越好