兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)

1、1Analog and Mix-Signal Integrated Circuit Design-兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì) 西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院劉簾曦劉簾曦西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)2一、運(yùn)放的概念、組成與電路結(jié)構(gòu)一、運(yùn)放的概念、組成與電路結(jié)構(gòu)西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)l運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）是模擬電路和混合信號(hào)電路中最主要的電路運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）是模擬電路和混合信號(hào)電路中最主要的電路模塊之一。將運(yùn)算放大器配以各種輔助電路，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)模塊之一。將運(yùn)算放大器配以各種輔助電路，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大、微分、積分、求積

2、、對(duì)數(shù)等運(yùn)算功能的放大、微分、積分、求積、對(duì)數(shù)等運(yùn)算功能；l理論上說(shuō)，運(yùn)放的差模電壓增益為無(wú)限大，輸入阻抗也是無(wú)限大，輸理論上說(shuō)，運(yùn)放的差模電壓增益為無(wú)限大，輸入阻抗也是無(wú)限大，輸出阻抗為零，但實(shí)際的運(yùn)放的性能只能接近這些值出阻抗為零，但實(shí)際的運(yùn)放的性能只能接近這些值 ；l運(yùn)放作為一種有運(yùn)放作為一種有足夠正向增益足夠正向增益的放大器，當(dāng)加上負(fù)反饋時(shí)，其閉環(huán)轉(zhuǎn)的放大器，當(dāng)加上負(fù)反饋時(shí)，其閉環(huán)轉(zhuǎn)移函數(shù)與運(yùn)放增益無(wú)關(guān)移函數(shù)與運(yùn)放增益無(wú)關(guān) ；3CMOS運(yùn)算放大器的基本分類運(yùn)算放大器的基本分類西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)l兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器l套筒式共源共柵套筒式共源共柵CMOS運(yùn)算

3、放大器（單級(jí)）運(yùn)算放大器（單級(jí)）l折疊共源共柵折疊共源共柵CMOS運(yùn)算放大器（單級(jí)）運(yùn)算放大器（單級(jí)）lRail-to-Rail CMOS運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器lChopper CMOS運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器4兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一、兩級(jí)運(yùn)放的概念、組成與電路結(jié)構(gòu)二、兩級(jí)運(yùn)放的頻率補(bǔ)償三、兩級(jí)運(yùn)放的一般設(shè)計(jì)方法四、兩級(jí)運(yùn)放的仿真和測(cè)試五、兩級(jí)運(yùn)放的版圖設(shè)計(jì)西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)5兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的提出運(yùn)算放大器的提出西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) l差分放大器可以稱為一級(jí)運(yùn)算放大器，其電路的增益由輸入對(duì)管的跨差分放大器可以稱為一級(jí)運(yùn)算放大器，其電路的增

4、益由輸入對(duì)管的跨導(dǎo)與輸出阻抗的乘積來(lái)決定，因而一般都無(wú)法達(dá)到高的增益導(dǎo)與輸出阻抗的乘積來(lái)決定，因而一般都無(wú)法達(dá)到高的增益 ；l共源共柵結(jié)構(gòu)雖然在一定程度上提高了電路增益，但是卻限制了電路共源共柵結(jié)構(gòu)雖然在一定程度上提高了電路增益，但是卻限制了電路的輸出擺幅的輸出擺幅 ；l提出兩級(jí)放大器的結(jié)構(gòu)。提出兩級(jí)放大器的結(jié)構(gòu)。6CMOS兩級(jí)運(yùn)算放大器的基本特性（性能指標(biāo)）兩級(jí)運(yùn)算放大器的基本特性（性能指標(biāo)）l直流開環(huán)增益（DC Open-Loop Gain） 70dBl單位增益帶寬（Unit-Gain Bandwidth） 5MHzl相位裕度（Phase Margin） 45 PM 75l失調(diào)電壓（Off

5、set Voltage） VOS20mVl建立時(shí)間（Setting Time） TSET60dBl共模抑制比（CMRR） 60dBl輸出電壓擺幅（Output Voltage Swing） 1.5V（Rail-to-Rail：03.3V）l芯片面積（Silicon Die Area）西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)7兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) lM1和和M2的寬長(zhǎng)比相等，的寬長(zhǎng)比相等，M3和和M4的寬長(zhǎng)比相等的寬長(zhǎng)比相等; l兩級(jí)運(yùn)放的電路具有兩個(gè)高阻節(jié)點(diǎn)兩級(jí)運(yùn)放的電路具有兩個(gè)高阻節(jié)點(diǎn)A和和B，這就是說(shuō)電路存在兩個(gè)主極，這就是說(shuō)電路

6、存在兩個(gè)主極點(diǎn)，因而降低了運(yùn)放的相位裕度點(diǎn)，因而降低了運(yùn)放的相位裕度;l為了使運(yùn)放穩(wěn)定工作，通常在兩級(jí)運(yùn)放的第一級(jí)和第二級(jí)之間中加入為了使運(yùn)放穩(wěn)定工作，通常在兩級(jí)運(yùn)放的第一級(jí)和第二級(jí)之間中加入補(bǔ)償電容，即在補(bǔ)償電容，即在A點(diǎn)和點(diǎn)和B點(diǎn)之間加入補(bǔ)償電容點(diǎn)之間加入補(bǔ)償電容Cc（Miller電容），通過(guò)電容），通過(guò)補(bǔ)償電容的反饋?zhàn)饔?，把兩個(gè)極點(diǎn)拉開。補(bǔ)償電容的反饋?zhàn)饔茫褍蓚€(gè)極點(diǎn)拉開。 （a） 無(wú)補(bǔ)償運(yùn)放無(wú)補(bǔ)償運(yùn)放 （b）有補(bǔ)償運(yùn)放）有補(bǔ)償運(yùn)放8密勒定理密勒定理西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) l式中， ，是所關(guān)心頻率下的小信號(hào)增益，通常為簡(jiǎn)化計(jì)算，我們一般用低頻增益來(lái)代替AV，這樣足可以使我們深入

7、理解電路的頻率特性。 （a） （b）/VYXAVV121,11VVZZZZAA9二、兩級(jí)運(yùn)放的頻率補(bǔ)償二、兩級(jí)運(yùn)放的頻率補(bǔ)償西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)l運(yùn)放一般用在負(fù)反饋結(jié)構(gòu)中，在此結(jié)構(gòu)中，運(yùn)放一般用在負(fù)反饋結(jié)構(gòu)中，在此結(jié)構(gòu)中，相當(dāng)高而又不確定相當(dāng)高而又不確定的開環(huán)增益和的開環(huán)增益和反饋一起作用，可以獲得一個(gè)很準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)移函數(shù)，它是含有反饋參數(shù)的函數(shù)反饋一起作用，可以獲得一個(gè)很準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)移函數(shù)，它是含有反饋參數(shù)的函數(shù) l下圖表示了一種通用的負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，圖中下圖表示了一種通用的負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，圖中A是放大器增益，通常是運(yùn)放的開環(huán)是放大器增益，通常是運(yùn)放的開環(huán)差分電壓增益，差分電壓增益，F(xiàn)是從運(yùn)放的

8、輸出通過(guò)負(fù)反饋，回到輸入的轉(zhuǎn)移函數(shù)是從運(yùn)放的輸出通過(guò)負(fù)反饋，回到輸入的轉(zhuǎn)移函數(shù)l如果直流開環(huán)增益如果直流開環(huán)增益A(0)在在1000到到2000之間，而之間，而F(0)1，則前向增益在，則前向增益在0.999到到0.9995之間變化。如果回路增益很高，則可用反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)精確控制前向轉(zhuǎn)之間變化。如果回路增益很高，則可用反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)精確控制前向轉(zhuǎn)移函數(shù)。這就是運(yùn)放的應(yīng)用原理。移函數(shù)。這就是運(yùn)放的應(yīng)用原理。 反饋系統(tǒng)反饋系統(tǒng) 10兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)放的穩(wěn)定性分析運(yùn)放的穩(wěn)定性分析西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 反饋信號(hào)必須滿足一定的相位和幅值條件，以避免信號(hào)產(chǎn)生再生現(xiàn)反饋信號(hào)必須滿足一定的相位和幅值條件

9、，以避免信號(hào)產(chǎn)生再生現(xiàn)象，即滿足下式：象，即滿足下式：（如果出現(xiàn)了再生，就可能使運(yùn)放產(chǎn)生振蕩（如果出現(xiàn)了再生，就可能使運(yùn)放產(chǎn)生振蕩 ） 1)(000jwLjwFjwA其中其中0定義為：定義為：0)()()(000jwLArgjwFjwAArg上述條件也等價(jià)為：上述條件也等價(jià)為：其中其中0定義為：定義為：000() ()()0dBdBdBArgA jwF jwArg L jw 000()1dBdBdBA jwF jwL jw11波特圖波特圖西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)1、幅頻曲線中，每經(jīng)過(guò)一個(gè)極點(diǎn)、幅頻曲線中，每經(jīng)過(guò)一個(gè)極點(diǎn)P(零點(diǎn)零點(diǎn)Z)，曲線斜率以，曲線斜率以-20dB/dec (+20

10、dB/dec )變化。變化。2、相頻曲線中，相位在、相頻曲線中，相位在0.1P(0.1Z)處開始變化，每經(jīng)過(guò)一個(gè)極點(diǎn)處開始變化，每經(jīng)過(guò)一個(gè)極點(diǎn)P(零點(diǎn)零點(diǎn)Z)，相位變化，相位變化-45 (45)，相位在，相位在10P(10Z)處變化處變化-90 (90)3、一般來(lái)講，極點(diǎn)、一般來(lái)講，極點(diǎn) (零點(diǎn)零點(diǎn))對(duì)相位的影響比對(duì)幅頻的影響要大一些。對(duì)相位的影響比對(duì)幅頻的影響要大一些。12兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)放的穩(wěn)定性分析運(yùn)放的穩(wěn)定性分析西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)也就是說(shuō)，穩(wěn)定性是由單位開環(huán)增益的相位值決定的，即由相位裕度決定。也就是說(shuō)，穩(wěn)定性是由單位開環(huán)增益的相位值決定的，即由相位裕度決定。所以系統(tǒng)穩(wěn)

11、定性的重要體現(xiàn)就是運(yùn)放的相位裕度較大，一般運(yùn)放的相位裕度所以系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要體現(xiàn)就是運(yùn)放的相位裕度較大，一般運(yùn)放的相位裕度要求在要求在60o左右。左右。 13無(wú)補(bǔ)償兩級(jí)運(yùn)放的小信號(hào)模型無(wú)補(bǔ)償兩級(jí)運(yùn)放的小信號(hào)模型 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 無(wú)補(bǔ)償運(yùn)放的二階模型，為使結(jié)果通用，用角標(biāo)無(wú)補(bǔ)償運(yùn)放的二階模型，為使結(jié)果通用，用角標(biāo)I表示第一級(jí)的元件，角標(biāo)表示第一級(jí)的元件，角標(biāo)II代代表第二級(jí)的元件表第二級(jí)的元件; 其中其中R（R）是從運(yùn)放的第一（二）級(jí)的輸出端）是從運(yùn)放的第一（二）級(jí)的輸出端“看到的看到的”與地之間的電阻，與地之間的電阻，C（C）是從運(yùn)放地第一（二）級(jí)的輸出端）是從運(yùn)放地第一（二

12、）級(jí)的輸出端“看到的看到的”與地之間的電容。與地之間的電容。 24524gdgdgsdbdbCCCCCC656gddbdbLCCCCC110( )( )()()()()mmouting R gRAVsVsssss 傳輸函數(shù)傳輸函數(shù) ：兩個(gè)極點(diǎn)的位置：兩個(gè)極點(diǎn)的位置： IIICRP1IIIIIICRP114有補(bǔ)償兩級(jí)運(yùn)放的小信號(hào)模型有補(bǔ)償兩級(jí)運(yùn)放的小信號(hào)模型西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)一般情況下，兩個(gè)極點(diǎn)相距比較近，使運(yùn)放的相位裕度小于一般情況下，兩個(gè)極點(diǎn)相距比較近，使運(yùn)放的相位裕度小于45，從而導(dǎo)致運(yùn)，從而導(dǎo)致運(yùn)放工作不穩(wěn)定，因此在應(yīng)用中必須進(jìn)行補(bǔ)償。放工作不穩(wěn)定，因此在應(yīng)用中必須進(jìn)行補(bǔ)償

13、。 補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容CC的作用是削弱主極點(diǎn)的影響而擴(kuò)大運(yùn)放的頻寬，由于補(bǔ)償電容的作用是削弱主極點(diǎn)的影響而擴(kuò)大運(yùn)放的頻寬，由于補(bǔ)償電容CC的的引入，運(yùn)放的傳輸函數(shù)變?yōu)橐?，運(yùn)放的傳輸函數(shù)變?yōu)?2( )(1)( )1()()outmmCminCCmCCCVsg gR RsCgVss R CCR CCgR R Cs R RC CC CC C1mCpgR R CmCCCgCpC CC CC C兩個(gè)極點(diǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)極點(diǎn)變?yōu)?15補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容CC對(duì)兩級(jí)運(yùn)放的極點(diǎn)對(duì)兩級(jí)運(yùn)放的極點(diǎn)零點(diǎn)的影響零點(diǎn)的影響西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容CC在右半平面（在右半平面（RHP）引入了）引入了一個(gè)零點(diǎn)一個(gè)

14、零點(diǎn)Z mCgZC若若CC，且，且CC C mCCCgCpC CC CC C16三、兩級(jí)運(yùn)放的設(shè)計(jì)方法三、兩級(jí)運(yùn)放的設(shè)計(jì)方法l第一步根據(jù)用途和要求選擇和確定運(yùn)放的基本結(jié)構(gòu)，做出一個(gè)描述全部晶體管第一步根據(jù)用途和要求選擇和確定運(yùn)放的基本結(jié)構(gòu)，做出一個(gè)描述全部晶體管互連的圖。一般情況下，結(jié)構(gòu)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中是保持不變，但有時(shí)需要調(diào)整互連的圖。一般情況下，結(jié)構(gòu)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中是保持不變，但有時(shí)需要調(diào)整一下結(jié)構(gòu)來(lái)改變某些方面的特性。一下結(jié)構(gòu)來(lái)改變某些方面的特性。 l一旦結(jié)構(gòu)選好之后，就必須確定電路的直流電流，然后開始計(jì)算晶體管和補(bǔ)償一旦結(jié)構(gòu)選好之后，就必須確定電路的直流電流，然后開始計(jì)算晶體管和補(bǔ)償元

15、件的大小，大部分工作是在第二步完成的，所作的工作是仔細(xì)計(jì)算器件的尺元件的大小，大部分工作是在第二步完成的，所作的工作是仔細(xì)計(jì)算器件的尺寸以滿足設(shè)計(jì)的交流和直流要求。寸以滿足設(shè)計(jì)的交流和直流要求。l在設(shè)計(jì)之前需要考慮以下幾個(gè)方面的條件：（在設(shè)計(jì)之前需要考慮以下幾個(gè)方面的條件：（1）工藝要求（）工藝要求（VT，K，Cox等）；等）；（2）電源電壓、電流及其范圍；（）電源電壓、電流及其范圍；（3）工作溫度和范圍；）工作溫度和范圍；l設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器時(shí)主要的一些參數(shù)如下：（設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器時(shí)主要的一些參數(shù)如下：（1）直流開環(huán)增益）直流開環(huán)增益AV；（2）增益帶）增益帶寬寬GB；（；（3）建立時(shí)間）建立時(shí)間

16、Tset；（；（4）轉(zhuǎn)換速率）轉(zhuǎn)換速率SR；（；（5）共模輸入范圍）共模輸入范圍CMR；（6）共模抑止比）共模抑止比CMRR；（；（7）電源抑制止比）電源抑制止比PSRR；（；（8）輸出電壓擺幅；）輸出電壓擺幅；（9） 失調(diào)及噪聲失調(diào)及噪聲西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)17三、兩級(jí)運(yùn)放的設(shè)計(jì)方法西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)l設(shè)計(jì)運(yùn)放之前需要確定的電學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)運(yùn)放之前需要確定的電學(xué)參數(shù)(可選可選)：18兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的一些重要公式運(yùn)算放大器的一些重要公式 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)19兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（1） 設(shè)計(jì)步驟從選定電路中所

17、用設(shè)計(jì)步驟從選定電路中所用MOS器件的長(zhǎng)度入手，此長(zhǎng)度決定了溝道長(zhǎng)度調(diào)制器件的長(zhǎng)度入手，此長(zhǎng)度決定了溝道長(zhǎng)度調(diào)制參數(shù)，這是計(jì)算增益必不可少的參數(shù)。選定了標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，這是計(jì)算增益必不可少的參數(shù)。選定了標(biāo)準(zhǔn)MOS晶體管器件長(zhǎng)度后，晶體管器件長(zhǎng)度后，下一步是確定最小補(bǔ)償電容下一步是確定最小補(bǔ)償電容CC，配置一個(gè)比配置一個(gè)比GB高高2.2倍的負(fù)載極點(diǎn)倍的負(fù)載極點(diǎn)P2可得到可得到60度的相位裕度度的相位裕度，即極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置要求，即極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置要求CC的最小值為的最小值為(設(shè)設(shè)Z10GB) 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)LCCC22. 0下一步，根據(jù)轉(zhuǎn)換速率的要求計(jì)算最小尾電流下一步，根據(jù)轉(zhuǎn)換速率

18、的要求計(jì)算最小尾電流I5，即即CCSRI5如果沒(méi)有給定轉(zhuǎn)換速率如果沒(méi)有給定轉(zhuǎn)換速率SR，則可以按建立時(shí)間，則可以按建立時(shí)間TSET的要求來(lái)選值選一個(gè)約的要求來(lái)選值選一個(gè)約比比建立時(shí)間快建立時(shí)間快10倍的值倍的值，并設(shè)輸出擺幅約為電源的一半，如此求得的，并設(shè)輸出擺幅約為電源的一半，如此求得的I5以后還可根以后還可根據(jù)要求進(jìn)行修正。據(jù)要求進(jìn)行修正。 20兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（2）西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)用共模電壓范圍（高電平）來(lái)確定用共模電壓范圍（高電平）來(lái)確定M3的寬長(zhǎng)比，即的寬長(zhǎng)比，即 2(min)1max03(max)353TTinDDVVVVK

19、ILW如果如果(W/L)3的值小于的值小于1，就必須增加此值并使，就必須增加此值并使W和和L乘積最小，這是為了減小了柵乘積最小，這是為了減小了柵區(qū)的面積，也減小了柵電容。此電容會(huì)影響極點(diǎn)零點(diǎn)對(duì)，使相位裕度減小一點(diǎn)。區(qū)的面積，也減小了柵電容。此電容會(huì)影響極點(diǎn)零點(diǎn)對(duì)，使相位裕度減小一點(diǎn)。 從從CC和和GB的表達(dá)式來(lái)確定輸入晶體管的跨導(dǎo)，可以用下面方程來(lái)計(jì)算跨導(dǎo)的表達(dá)式來(lái)確定輸入晶體管的跨導(dǎo)，可以用下面方程來(lái)計(jì)算跨導(dǎo)gm2CmCGBg2從而可直接求得輸入晶體管從而可直接求得輸入晶體管M2的寬長(zhǎng)比的寬長(zhǎng)比52222IKgLWm21兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（3）西安電子

20、科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)下面利用共模電壓范圍（低電平）計(jì)算下面利用共模電壓范圍（低電平）計(jì)算M5的飽和電壓：的飽和電壓：(max)115(min)5TinDSVIVV若若VDS5100mV，則可能會(huì)使，則可能會(huì)使(W/L)5過(guò)大，這是不可接受的。若過(guò)大，這是不可接受的。若VDS50V，則，則說(shuō)明所確定的共模范圍說(shuō)明所確定的共模范圍CMR的技術(shù)規(guī)范太嚴(yán)了。為此，我們可以減小的技術(shù)規(guī)范太嚴(yán)了。為此，我們可以減小I5或增加或增加(W/L)1。注意，應(yīng)考慮條件改變后對(duì)前面設(shè)計(jì)步驟的影吶。這樣反復(fù)迭代，直。注意，應(yīng)考慮條件改變后對(duì)前面設(shè)計(jì)步驟的影吶。這樣反復(fù)迭代，直到獲得滿意的結(jié)果。由求得的到獲得滿意的

21、結(jié)果。由求得的VDS5及及(W/L)5為為 25555DSVKILW要得到要得到60度的相位裕度，應(yīng)假設(shè)負(fù)載極點(diǎn)位于度的相位裕度，應(yīng)假設(shè)負(fù)載極點(diǎn)位于GB的的2.2倍處。由此及倍處。由此及p2關(guān)系式，關(guān)系式，可求出跨導(dǎo)可求出跨導(dǎo)gm6：CLmmCCgg262 . 222兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（4）西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)計(jì)算計(jì)算I6：要根據(jù)輸出電壓范圍來(lái)調(diào)整要根據(jù)輸出電壓范圍來(lái)調(diào)整S6，保證保證M6飽和。飽和。 23兩級(jí)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)步驟（5）西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)5657IILWLW最后檢查運(yùn)放的總增益和

22、運(yùn)放功耗：最后檢查運(yùn)放的總增益和運(yùn)放功耗： 766325622IIggAmmV如果增益太低，許多參數(shù)還可再做調(diào)整。如果增益太低，許多參數(shù)還可再做調(diào)整。 運(yùn)放平衡時(shí)有：運(yùn)放平衡時(shí)有：I5=I6=I7，因此可得：，因此可得：24運(yùn)放的性能與器件、電流之間的關(guān)系運(yùn)放的性能與器件、電流之間的關(guān)系西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)漏極電流漏極電流M1和和M2M3和和M4M6M7補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容CCI5I7W/LLLW/LL增大直流增益增大直流增益 1/21/21/21/2增大增大GB1/21/2增大增大RHP零點(diǎn)零點(diǎn)1/21/2增大增大SR增大增大 CL在完成以上計(jì)算和設(shè)計(jì)后，可以采用在完成以上計(jì)算和設(shè)計(jì)

23、后，可以采用Spice仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 25四、兩級(jí)運(yùn)放的仿真和測(cè)試四、兩級(jí)運(yùn)放的仿真和測(cè)試西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)仿真是對(duì)設(shè)計(jì)的細(xì)化和驗(yàn)證，對(duì)精度的提高，對(duì)仿真是對(duì)設(shè)計(jì)的細(xì)化和驗(yàn)證，對(duì)精度的提高，對(duì)性能的優(yōu)化，是一個(gè)主次逼近理想值的過(guò)程。性能的優(yōu)化，是一個(gè)主次逼近理想值的過(guò)程。目前模擬信號(hào)的仿真工具是目前模擬信號(hào)的仿真工具是Hspice和和Spectre，仿，仿真方法主要是瞬態(tài)仿真、直流掃描和交流掃描；真方法主要是瞬態(tài)仿真、直流掃描和交流掃描；l 瞬態(tài)仿真（瞬態(tài)仿真（TRAN）：時(shí)間與電路參數(shù)的關(guān)系）：時(shí)間與電路參數(shù)的關(guān)系l 直流仿真（直流仿真（DC）：直

24、流分量與電路參數(shù)的關(guān)系）：直流分量與電路參數(shù)的關(guān)系l 交流仿真（交流仿真（AC）：頻率與電路參數(shù)的關(guān)系）：頻率與電路參數(shù)的關(guān)系26四、兩級(jí)運(yùn)放的仿真包含內(nèi)容四、兩級(jí)運(yùn)放的仿真包含內(nèi)容西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)對(duì)運(yùn)放的仿真主要包含以下方面的內(nèi)容：對(duì)運(yùn)放的仿真主要包含以下方面的內(nèi)容： 開環(huán)增益和相位裕度（開環(huán)增益和相位裕度（AV &PM） 共模輸入電壓范圍（共模輸入電壓范圍（VIC） 失調(diào)電壓（失調(diào)電壓（VOS） 轉(zhuǎn)換速率（壓擺率轉(zhuǎn)換速率（壓擺率SR）和建立時(shí)間（）和建立時(shí)間（TSET） 共模抑制比和電源抑制比（共模抑制比和電源抑制比（CMRR&PSRR）27開環(huán)增益和相位裕度的仿真（開環(huán)增益和相位裕度的仿真（AC分析）分析）西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)28共模輸入電壓的仿真和測(cè)試（共模輸入電壓的仿真和測(cè)試（DC分析）分析）西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué)對(duì)輸入信號(hào)在0Vdd范圍內(nèi)進(jìn)