CMOS模拟集成电路设计_ch4差分放大器

1、23耦合使信号损坏耦合使信号损坏差动对耦合噪差动对耦合噪声的抑制声的抑制4电源线上的干扰会影响共模电平，但不影响差分输出电源线上的干扰会影响共模电平，但不影响差分输出VOUT=VX-VY5 有效抑制共模噪声有效抑制共模噪声 增大了可得到的电压摆增大了可得到的电压摆幅幅( (单端输出的两倍单端输出的两倍) ) 偏置电路相对简单偏置电路相对简单 线性度相对高线性度相对高 和单端电路相比，差分电路规模加倍和单端电路相比，差分电路规模加倍 n差模大信号特性差模大信号特性（Vin1-Vin2 从从- 变化到变化到+ ）6Vin1比比Vin2更负，更负，M1截止，截止，M2导通，导通，ID2=ISS，因此

2、，因此Vout1=VDD, Vout2=VDD-RDISS当当Vin1比比Vin2更正时，差动对两侧情况正更正时，差动对两侧情况正好与上述情况相反。好与上述情况相反。Vin1逐渐增大，逐渐增大，M1开始导通，开始导通，ID1增大，增大，Vout1减小；由于减小；由于ID1+ID2=ISS，ID2减小，减小，Vout2增大；增大；当当Vin1=Vin2 时，时，Vout1=Vout2=VDD-RDISS/27Vin1=Vin2（即平衡状态）附近，增益最大，（即平衡状态）附近，增益最大，线性度好线性度好输出端的最大电平和最小电平分别是输出端的最大电平和最小电平分别是VDD和和VDD-RDISS，与

3、输入共模电平无关与输入共模电平无关n共模大信号特性共模大信号特性 （ Vin, CM从从0变化到变化到VDD）n当当Vin, CM0时，时，ID1=ID2=ID3=0， M1、M2截截止止， M3处于三极管区处于三极管区n当当Vin, CM足够大时足够大时Vin, CM VGS1+(VGS3-VTH3)， M1、M2、 M3都进入饱和区，电路处于正常工都进入饱和区，电路处于正常工作状态作状态nVin, CM进一步增加进一步增加Vin, CMVout1+VTH， M1和和M2进入三极管区进入三极管区输出摆幅输出摆幅：VDD Vout 所以共模电平一般选在所以共模电平一般选在右侧附近右侧附近只要在

4、只要在ICMR范围内范围内n大信号分析（略）大信号分析（略）10n小信号分析小信号分析Rs1/gm2n方法二方法二（半边电路法半边电路法）辅助定理：辅助定理： 考虑图中所示的考虑图中所示的对称电路对称电路，其中，其中D1和和D2代表任何代表任何三端有源器件。假设三端有源器件。假设Vin1从从V0变化到变化到V0+ Vin， Vin2从从V0变化到变化到V0-Vin，那么，如果电路仍保持线性，那么，如果电路仍保持线性，则则Vp值保持不变。假定值保持不变。假定0。辅助定理说明了辅助定理说明了P点可以认为是点可以认为是“交流地交流地” 利用利用P点交流地的特点，电路可等效为两个独立的点交流地的特点，

5、电路可等效为两个独立的部分，即部分，即“半边电路半边电路”概念。概念。12如果差动对的输入信号不是全差动的，如果差动对的输入信号不是全差动的，可以将此任意信号表示为可以将此任意信号表示为差模分量差模分量和和共模分量共模分量。13非理想性包括：非理想性包括： 尾电流源尾电流源ISS的内阻的内阻RSS不是无穷大不是无穷大 RD1和和RD2之间有失配之间有失配 M1和和M2之间有失配（之间有失配（W/L、VTH等）等）差动电路对共模扰动影响具有抑制作用，理想差动电路差动电路对共模扰动影响具有抑制作用，理想差动电路的共模增益为零；但是实际上有以下一些非理想的因素的共模增益为零；但是实际上有以下一些非理

6、想的因素VP随随Vin,CM的变化而变化，的变化而变化，若若Rss为有限大小，则为有限大小，则尾电流随尾电流随VP增加而增加增加而增加， Vout1和和Vout2会随之减小。会随之减小。但如果电路完全对称，但如果电路完全对称，Vout1和和Vout2仍然相等，不仍然相等，不会引入差分增益会引入差分增益共模增益为：共模增益为：,/ 21 / (2)2Dv CMmSSDSSRAgRRR 失配会引入差分增益失配会引入差分增益VXVin,CMgm12gmRSSRDVYVin,CMgm12gmRSS(RDRD) 1212()12mmCMDMDmmSSmDmSSggARggRgRgR 1212-(-)-(-)()()XminCMPDYminCMPDmminCMPSSPVgVV RVgVV RggVV RV从前面的分析可以看出，要获得好的共模抑制效果，从前面的分析可以看出，要获得好的共模抑制效果，主要要做到两个方面：主要要做到两个方面：良好的匹配和大的良好的匹配和大的Rss18共模抑制比共模抑制比DMCMDMAACMRR用来用来CMRR来综合反映差分放大能力和共模抑制能力来综合反映差分放大能力和共模抑制能力当信号频率增大时，寄生电当信号频率增大时，寄生电容容C1的存在使等效的的存在使等效的R