第四章差分放大器

1、 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 1第四章第四章差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 24.1單端與差動(dòng)的工作方式單端與差動(dòng)的工作方式單端信號(hào)的參考電位為某一固定電位單端信號(hào)的參考電位為某一固定電位(通常為地電位通常為地電位), 差動(dòng)信號(hào)定義為兩個(gè)結(jié)點(diǎn)電位之差差動(dòng)信號(hào)定義為兩個(gè)結(jié)點(diǎn)電位之差, 且這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)且這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的電位相對(duì)于某一固定電位大小的電位相對(duì)于某一固定電位大小相等相等,極性極性相反相反。在。在差動(dòng)信號(hào)中差動(dòng)信號(hào)中, 中心電位稱為中心電位稱為“共模共?！?CM)電平。電平。共模電平共模電平差動(dòng)工作比單端工作有什么優(yōu)點(diǎn)差動(dòng)工作比單端工作有什么優(yōu)點(diǎn)? 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 #

2、3用差分放大器消除時(shí)鐘噪聲用差分放大器消除時(shí)鐘噪聲差動(dòng)工作與單端工作相比差動(dòng)工作與單端工作相比, 一一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)在于它對(duì)環(huán)境噪個(gè)重要優(yōu)勢(shì)在于它對(duì)環(huán)境噪聲具有更強(qiáng)的抗干擾能力聲具有更強(qiáng)的抗干擾能力!單端工作時(shí)時(shí)鐘大信號(hào)通過單端工作時(shí)時(shí)鐘大信號(hào)通過寄生電容干擾放大的小信號(hào)寄生電容干擾放大的小信號(hào)V01V02V01- V02極性相反的兩路受干擾小信號(hào)極性相反的兩路受干擾小信號(hào), 差動(dòng)輸出時(shí)干擾消除了差動(dòng)輸出時(shí)干擾消除了!對(duì)稱差動(dòng)時(shí)鐘大信號(hào)通過寄對(duì)稱差動(dòng)時(shí)鐘大信號(hào)通過寄生電容耦合到小信號(hào)的噪聲生電容耦合到小信號(hào)的噪聲因極性相反而相互抵消因極性相反而相互抵消差動(dòng)工作還有什么優(yōu)點(diǎn)差動(dòng)工作還有什么優(yōu)點(diǎn)? 差

3、動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 4小結(jié)：差分放大器的優(yōu)點(diǎn)小結(jié)：差分放大器的優(yōu)點(diǎn)VX- VY電源噪聲對(duì)單端電路產(chǎn)生的干擾電源噪聲對(duì)單端電路產(chǎn)生的干擾差動(dòng)輸出時(shí)電差動(dòng)輸出時(shí)電源噪聲產(chǎn)生的源噪聲產(chǎn)生的干擾消除了干擾消除了差動(dòng)信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：差動(dòng)信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：1. 能有效抑制共模噪聲。能有效抑制共模噪聲。2. 增大了輸出電壓擺幅增大了輸出電壓擺幅(是單端輸出的兩倍是單端輸出的兩倍)。3. 偏置電路更簡(jiǎn)單偏置電路更簡(jiǎn)單(差分對(duì)可以直接耦和差分對(duì)可以直接耦和)、輸出線性度更高。、輸出線性度更高。4. 缺點(diǎn)是芯片面積和功耗略有增加缺點(diǎn)是芯片面積和功耗略有增加, 但絕對(duì)物有所值但絕對(duì)物有所值!如何放大一個(gè)差分信號(hào)？如何放

4、大一個(gè)差分信號(hào)？ 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 54.2 基本差動(dòng)對(duì)基本差動(dòng)對(duì)輸入共模電平對(duì)輸出的影響輸入共模電平對(duì)輸出的影響將兩條相同的單端信號(hào)路徑結(jié)合起將兩條相同的單端信號(hào)路徑結(jié)合起來來,分別處理兩個(gè)差動(dòng)相位信號(hào)分別處理兩個(gè)差動(dòng)相位信號(hào)Vin1和和Vin2, 但當(dāng)?shù)?dāng)Vin1和和Vin2存在很大的共存在很大的共模干擾或各自的直流電平設(shè)置的不模干擾或各自的直流電平設(shè)置的不好時(shí)好時(shí), 隨著共模電平隨著共模電平VinCM的變化的變化, M1 和和M2的偏置電流會(huì)變化的偏置電流會(huì)變化, 從而導(dǎo)從而導(dǎo)致跨導(dǎo)和輸出共模電平變化致跨導(dǎo)和輸出共模電平變化, 跨導(dǎo)跨導(dǎo)的變化會(huì)改變小信號(hào)增益的變化會(huì)改變小信號(hào)增

5、益, 輸出共輸出共模電平相對(duì)于理想值的偏離會(huì)降低模電平相對(duì)于理想值的偏離會(huì)降低最大允許輸出擺幅最大允許輸出擺幅, 嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸出端出現(xiàn)嚴(yán)重失真輸出端出現(xiàn)嚴(yán)重失真, 因此因此, 重要的重要的是應(yīng)使是應(yīng)使M1 和和M2的偏置電流受輸入的偏置電流受輸入共模電平的影響盡可能小。共模電平的影響盡可能小。簡(jiǎn)單差動(dòng)對(duì)簡(jiǎn)單差動(dòng)對(duì)Vin1和和Vin2是差動(dòng)相位信號(hào)是差動(dòng)相位信號(hào)如何減小輸入共模電平變化的影響呢如何減小輸入共模電平變化的影響呢? 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 6基本差動(dòng)對(duì)基本差動(dòng)對(duì)Vin1-Vin2足夠負(fù)足夠負(fù), M1截止截止, M2導(dǎo)通導(dǎo)通Vin1-Vin2足夠正足夠正, M1導(dǎo)通導(dǎo)

6、通, M2截止截止Vin1-Vin2相差不相差不大時(shí)大時(shí), M1和和M2均均導(dǎo)通導(dǎo)通Vin1=Vin2 時(shí)時(shí),小信號(hào)增益小信號(hào)增益(即斜率即斜率)最大最大S SS Si in nn nO OX X2 2I IV V = =W WC CL LVin 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 7基本差動(dòng)對(duì)的重要特性基本差動(dòng)對(duì)的重要特性差動(dòng)對(duì)的兩個(gè)重要特性差動(dòng)對(duì)的兩個(gè)重要特性:1. 輸出端的最大和最小電平是確輸出端的最大和最小電平是確定的定的(分別為分別為VDD和和VDD -RDISS) 。它們與共模輸人電平無關(guān)。它們與共模輸人電平無關(guān)。2. 小信號(hào)增益當(dāng)小信號(hào)增益當(dāng)Vin1= Vin2時(shí)達(dá)到最時(shí)達(dá)到最大大,且隨

7、著且隨著| Vin1- Vin2 | 的增加而逐漸的增加而逐漸減小到零減小到零。也就是說也就是說, 隨著輸入電隨著輸入電壓擺幅的增大壓擺幅的增大,電路變得更加非線性電路變得更加非線性。當(dāng)。當(dāng)Vin1= Vin2時(shí)時(shí), 我們說電路處于我們說電路處于平衡狀態(tài)平衡狀態(tài), 即靜態(tài)。即靜態(tài)。 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 8基本差分對(duì)的共模特性基本差分對(duì)的共模特性VinCMmin為保證為保證M1和和M2飽和飽和, VinCMmin=?, VinCMmax =?當(dāng)當(dāng)VPVb-VTN時(shí)時(shí), M3工作在線性區(qū)工作在線性區(qū),等效等效于一個(gè)小電阻于一個(gè)小電阻 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 9差動(dòng)對(duì)小信號(hào)差動(dòng)增益與共模

8、輸入電平的關(guān)系差動(dòng)對(duì)小信號(hào)差動(dòng)增益與共模輸入電平的關(guān)系VinCMmaxVinCMminS SS SS SS Sb bi in nC CM Mm ma ax xD DD DD DT TN N1 1（ 2 2）I I+ + V V V V V V- -R R+ + V V2 2產(chǎn)生產(chǎn)生ISS的的MOS管線性管線性M1和和M2線性線性 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 10共模輸入電壓與輸出擺幅共模輸入電壓與輸出擺幅XYX Xi in nC CM MT TN NV V V V- - V VM1飽和要求飽和要求:上式表明上式表明, 輸入共模電平越大輸入共模電平越大, 允許輸出的輸出擺幅就越小。允許輸出的輸出

9、擺幅就越小。幸運(yùn)的是幸運(yùn)的是, 因運(yùn)放通常需至少兩因運(yùn)放通常需至少兩級(jí)放大才能獲得實(shí)際可使用的級(jí)放大才能獲得實(shí)際可使用的放大倍數(shù)放大倍數(shù), 因此對(duì)前級(jí)的擺幅要因此對(duì)前級(jí)的擺幅要求大大降低。求大大降低。例例: 若兩級(jí)運(yùn)放若兩級(jí)運(yùn)放AI=100, AII=400(即即AV=92dB), 假定輸出假定輸出V0=10V, 則第二級(jí)的輸入電壓范圍則第二級(jí)的輸入電壓范圍(也即第一級(jí)的輸出也即第一級(jí)的輸出電壓擺幅電壓擺幅)僅需為僅需為: 10V/400= 25mV。第一級(jí)的小信號(hào)。第一級(jí)的小信號(hào)輸入范圍僅為輸入范圍僅為: 25mV/100 =250VV。 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 11基本差分對(duì)的定量分析

10、基本差分對(duì)的定量分析(1)在左圖的電阻負(fù)載基本差動(dòng)對(duì)中在左圖的電阻負(fù)載基本差動(dòng)對(duì)中, 記記: Vin=Vin1-Vin2, 且且 1= 2= =n nC COXOX(W/L) (W/L) , ,假定假定M M1 1和和M M2 2均工作在飽和區(qū)均工作在飽和區(qū),I,ISSSS為理想為理想恒流源恒流源, ,則由平方律關(guān)系有則由平方律關(guān)系有: :2 2D DD DG GS ST TN NG GS ST TN N2 2I II I = =( (V V - -V V ) )V V= =+ +V V2 2D D1 1D D2 2i in nG GS S1 1G GS S2 22 2I I2 2I IV V

11、 = = V V- -V V= =- -兩邊平方兩邊平方, 且考且考慮到慮到ID1+ ID2= ISS2 22 22 2S SS Si in nD D1 1 D D2 2D D1 1 D D2 2S SS Si in n2 2I I4 4V V= =- -I I I I4 4I I I I= =( (I I- -V V) )2 2 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 12基本差分對(duì)的定量分析基本差分對(duì)的定量分析(2)2 22 22 2S SS Si in nD D1 1D D2 2D D1 1D D2 2S SS Si in n2 2I I4 4V V= =- -I I I I4 4I I I I=

12、=( (I I- -V V) )2 22 22 22 22 22 22 2D DD D1 1D D2 2D D1 1D D2 2D D1 1 D D2 2S SS SS SS Si in nI I= =( (I I- -I I ) ) = =( (I I + +I I ) ) - -4 4I I I I= =I I- -( (I I- -V V) )2 22244()44 2 22 22 2i in nS SS Si in nS SS Si in ni in nV VI IV VI I V VV V2 2S SS SD Di in ni in n4 4I II I = =V V- -V V2

13、2這是個(gè)重要公式這是個(gè)重要公式, 可可由此得出以下結(jié)論由此得出以下結(jié)論:求：最大差模輸入電壓是多少？求：最大差模輸入電壓是多少？ 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 13基本差分對(duì)的定量分析基本差分對(duì)的定量分析(3)求最大差模輸入電壓求最大差模輸入電壓.假定假定Vinmax時(shí)，時(shí)，M1上通過的電流恰好上通過的電流恰好為為ISS，M2剛好截至，即剛好截至，即VGS2=VTN，此時(shí)有：此時(shí)有：S SS SG GS S1 1T TN N2 2I IV V= =+ +V VS SS Si in nm ma ax xG GS S1 1G GS S2 22 2I I V V= = V V - -V V= =同理，

14、同理，M1恰好截至，恰好截至，M2上通過的電流恰好為上通過的電流恰好為ISS時(shí)，此時(shí)有：時(shí)，此時(shí)有：S SS Si in nm ma ax x2 2I I V V= = - -故允許輸入的最大差模電壓范圍故允許輸入的最大差模電壓范圍VID為：為：S SS SI ID D2 2I I V V = =（這就是電路能處理信號(hào)的最大差模電壓。）（這就是電路能處理信號(hào)的最大差模電壓。） 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 14基本差分對(duì)的定量分析基本差分對(duì)的定量分析(4)2 2S SS SD Di in ni in n4 4I II I = = V V- -V V2 2因因ID是是Vin的奇函數(shù)的奇函數(shù)，故有：

15、，故有：3 35 5D D1 1i in n3 3i in n5 5i in nI I ( (t t) )= =V V ( (t t) )+ +V V ( (t t) )+ +V V ( (t t) )+ +. . . . . . .上式表明，由差動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的差動(dòng)電路不會(huì)產(chǎn)生偶次諧波上式表明，由差動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的差動(dòng)電路不會(huì)產(chǎn)生偶次諧波，因此差分電路比單端電路表現(xiàn)出了更小的非線性。，因此差分電路比單端電路表現(xiàn)出了更小的非線性。2 2D DS SS Si in nm m2 2i in nS SS Si in nI I2 2I I- -V VG G = = =V V4 4I I- -V V5. 因：因

16、：M1、M2的等效跨導(dǎo)的等效跨導(dǎo)Gm為：為：靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)Vin 0， Gm為：為：S SS Sm mS SS SI IG G = = I I= =2 2( () )2 2又又V01-V02RD ID RD Gm Vin，故，故平衡態(tài)下的小信號(hào)差動(dòng)電壓增益平衡態(tài)下的小信號(hào)差動(dòng)電壓增益AV為：為：S SS SV VS SS SD DD DI IA A = = I I R R = =2 2( () )R R2 2 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 15最大輸入差模電壓最大輸入差模電壓VID與過驅(qū)動(dòng)電壓與過驅(qū)動(dòng)電壓Von的關(guān)系的關(guān)系S SS SI ID D2 2I IV V= =S SS SI ID Do

17、on n1 1, , 2 2G GS ST TN NI IV VV V= = V V - - V V= = =2 2右式表明若增加右式表明若增加VID來使來使電路具有更好的線性不可電路具有更好的線性不可避免會(huì)使避免會(huì)使M1和和M2的過驅(qū)動(dòng)的過驅(qū)動(dòng)電壓電壓Von ，對(duì)于給定的對(duì)于給定的ISS，這只能靠減小這只能靠減小(W/L) (也即減小跨也即減小跨導(dǎo)，從而減小放大器增益導(dǎo)，從而減小放大器增益)來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。Von 會(huì)使輸入共模電壓會(huì)使輸入共模電壓范圍范圍 。(W/L) ,VID AV 電路線性電路線性 ISS ,VID ， AV 電路線性電路線性 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 16差分放大器的

18、增益差分放大器的增益2 2D DS SS Si in nm m2 2i in nS SS Si in nI I2 2I I- -V VG G = = =V V4 4I I- -V V0102SS0102SSVSSDDVSSDDin1in2in1in2V -VIV -VIA = I R =2()RA = I R =2()RV-V2V-V2同單級(jí)同單級(jí)CS放大器的增益放大器的增益S SS Sm mS SS SI IG G= =I I= =2 2( () )2 2漏極電流和漏極電流和Gm隨輸入電壓變化曲線隨輸入電壓變化曲線 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 17差分對(duì)的小信號(hào)特性差分對(duì)的小信號(hào)特性(1)S

19、 Sm2mm2m1111R =R =ggggm mD Dm mD DV VX Xm mS Sg g R Rg g R RA A = =- -= =- -1 1+ +g g R R2 2這是帶負(fù)反饋電這是帶負(fù)反饋電阻阻RS的的CS放大器放大器RD1RD2=RD gm1gm2=gmm mD DX XV VX X i in ni in n1 11 1g g R RV V = =A A V V= =- -V V2 2利用疊加定理利用疊加定理,先考慮先考慮Vin1的的作用作用,先求先求VX 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 18差分對(duì)的小信號(hào)特性差分對(duì)的小信號(hào)特性(2)利用疊加定理利用疊加定理,先考慮先考慮V

20、in1的的作用作用,再求再求VYVT=VinT Tm m1 1m m1 11 1R R = = =g gg g這是這是CG放大器放大器RL1求開路電壓求開路電壓VT利用小信號(hào)等利用小信號(hào)等效電路效電路,可求得可求得:L L1 1m m1 1L L1 1D D1 1R Ri in nm m1 1L L1 1g g R R R RV V= =V V1 1+ + g g R RL L1 1L L1 1m m1 1L L1 1D D1 1T TR Ri in ni in nR Rm m1 1L L1 1g g R R R RV V = = l li im m V V= =V V= = V V1 1+

21、+ g g R R利用利用CG放大器已有公式放大器已有公式:m m2 2D Dm mD DV VX Xm m2 2T Tg g R Rg g R RA A = = =1 1+ +g g R R2 2m mD DY YV VX X T Tg g R RV V = =A A V V = =V Vi in n2 2 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 19差分對(duì)的小信號(hào)特性差分對(duì)的小信號(hào)特性(3)m mD DY YV VX XT Ti in n1 1g g R RV V = = A A V V = =V V2 2m mD DX XV VX X i in ni in n1 11 1g g R RV V = =

22、 A A V V= = - -V V2 2(VX-VY ) |Vin1=Vin=-gmRD Vin因電路對(duì)稱因電路對(duì)稱,故除了極性相反外故除了極性相反外,Vin2在在X和和Y點(diǎn)產(chǎn)生的作用和點(diǎn)產(chǎn)生的作用和Vin1效果一樣效果一樣:(VX-VY ) |Vin2=-Vin=-gmRD VinVin1和和Vin2共同作用時(shí)共同作用時(shí), (VX-VY )的增益為的增益為: i in n1 1i in ni in n2 2i in nX XY YV V= =V VX XY YV V= =- -V Vm mD Dm mD Di in n1 1i in n2 2i in ni in n( (V V - -V

23、V ) )| |+ +( (V V - -V V ) )| |- -2 2g g R R= =g g R RV V- -V VV V - -( (- -V V ) ) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 20差分對(duì)增益與差分對(duì)增益與CS放大器增益的比較放大器增益的比較 如果差分對(duì)的尾電流如果差分對(duì)的尾電流ISS與與CS放大器的靜態(tài)工作電放大器的靜態(tài)工作電流相同流相同, 則差分對(duì)管的跨導(dǎo)則差分對(duì)管的跨導(dǎo) gm 只有只有CS放大器中放大器中MOS管跨導(dǎo)的管跨導(dǎo)的 1/21/2 。即差分對(duì)的增益只有即差分對(duì)的增益只有CS放放大器的大器的1/21/2 。 如果兩種放大器中如果兩種放大器中MOS管的管的(W/L

24、)和負(fù)載和負(fù)載RD均相均相同同, 為了得到相同的增益為了得到相同的增益, 若若 CS 放大器中靜態(tài)工作放大器中靜態(tài)工作電流為電流為ISS, 則差分對(duì)中的尾電流必須等于則差分對(duì)中的尾電流必須等于 2ISS 。 由此可見，差分對(duì)是以更大的功耗來獲取抗干擾由此可見，差分對(duì)是以更大的功耗來獲取抗干擾能力、更好的線性。能力、更好的線性。然而，若不使用差分對(duì)，即然而，若不使用差分對(duì)，即使將使將CS放大器功耗增加一倍，也不可能獲得與差放大器功耗增加一倍，也不可能獲得與差分對(duì)相同的特性。分對(duì)相同的特性。 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 21差動(dòng)對(duì)的差動(dòng)對(duì)的“虛地虛地”概念概念在上圖所示的對(duì)稱電路中，其中在上圖所示

25、的對(duì)稱電路中，其中D1和和D2表示任何三端有表示任何三端有源器件，假定源器件，假定Vin1從從V0變化到變化到V0+Vin，假定假定Vin2從從V0變變化到化到 V0-Vin，如果電路仍保持線性，則如果電路仍保持線性，則VP值不變。值不變。由上可知，差分對(duì)在差模小信號(hào)作用下，因由上可知，差分對(duì)在差模小信號(hào)作用下，因VP值不變，值不變，故故P點(diǎn)成為點(diǎn)成為“虛地虛地”點(diǎn)，即差模小信號(hào)等效電路中點(diǎn)，即差模小信號(hào)等效電路中P點(diǎn)可點(diǎn)可看成看成“交流地交流地”。 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 22“虛地虛地”的應(yīng)用差分對(duì)的半邊電路的應(yīng)用差分對(duì)的半邊電路顯然顯然, VX=-gmRDVin1, VY=-gmRD

26、 (-Vin1 )= gmRD1Vin1 X XY Ym mD D i in n1 1m mD Di in n1 1i in n2 2i in n1 1i in n1 1V V - -V V- -2 2g g R R V V= =g g R RV V- -V VV V- -( (- -V V) ) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 23任意輸入信號(hào)的差分對(duì)任意輸入信號(hào)的差分對(duì)采用疊加定理采用疊加定理差模響應(yīng)差模響應(yīng)共模響應(yīng)共模響應(yīng) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 24運(yùn)放差模運(yùn)放差模(共模共模)信號(hào)、差模信號(hào)、差模(共模共模)增益的關(guān)系增益的關(guān)系對(duì)于任意的輸入信號(hào)對(duì)于任意的輸入信號(hào)Vin+、Vin-，均

27、可寫作：，均可寫作： 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 25基本差分放大器的共模響應(yīng)基本差分放大器的共模響應(yīng)SSSSm mD DCMCMin,in,outoutv vR R) )1/(2g1/(2g/2/2R R V VV VA A共模響應(yīng)時(shí)共模響應(yīng)時(shí),VX=VY,即即X和和Y始終短接始終短接M1和和M2的跨導(dǎo)并聯(lián)的跨導(dǎo)并聯(lián) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 26例例4.6 共模輸入電壓變化帶來的影響共模輸入電壓變化帶來的影響左圖中用一個(gè)電阻來提供左圖中用一個(gè)電阻來提供1mA的尾電流的尾電流,已已知知(W/L)=25/0.5, nCOX=50 A/V2,VT=0.6V, = =0, VDD=3V。求：求：

28、如果如果RSS上的壓降保持在上的壓降保持在0.5V,則輸入則輸入共模電平共模電平?計(jì)算差模增益等于計(jì)算差模增益等于5時(shí)的時(shí)的RD？3. 如果輸入共模電平比如果輸入共模電平比(1)計(jì)算出的值大計(jì)算出的值大200mV，則輸出如何變化則輸出如何變化?因因ID1= ID2=0.5mA，故：故：S SS SG GS S1 1, ,2 2T TN NI IV V= =+ + V V= = 1 1. .2 23 3V V VinCMVGS1+VRSS1.23+0.51.73V因因m mD D1 1g g = =2 2I I= = 1 1/ /( (6 62 23 3) ), 所以所以AV=5時(shí)時(shí), RD3.

29、16K , 此時(shí)此時(shí)當(dāng)當(dāng)VinCM增加增加200mV, 則則| VX,Y|= VinCMRD/(2RSS+1/gm) 0.4VVX=VY=3-0.5*3.16=1.42V此時(shí)此時(shí),Vd=1.42-0.4 1.02V, Vg=1.73+0.2=1.98V, M1(2)已進(jìn)入線性區(qū)。已進(jìn)入線性區(qū)。 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 27基本差動(dòng)對(duì)電阻失配對(duì)共模響應(yīng)的影響基本差動(dòng)對(duì)電阻失配對(duì)共模響應(yīng)的影響 ) )R R(R(RR R2g2g1 1g gV VV VR RR R2g2g1 1g gV VV VD DD DSSSSm mm mCMCMin,in,Y YD DSSSSm mm mCMCMin,i

30、n,X X因電阻失配，共模電壓的變因電阻失配，共模電壓的變化在輸出端產(chǎn)生了一個(gè)差動(dòng)化在輸出端產(chǎn)生了一個(gè)差動(dòng)成分，我們說電路表現(xiàn)出共成分，我們說電路表現(xiàn)出共模到差模的變換。模到差模的變換。此時(shí)若輸此時(shí)若輸入既有差模信號(hào)又有共模噪入既有差模信號(hào)又有共模噪聲，則輸入共模的變化就會(huì)聲，則輸入共模的變化就會(huì)損害放大的差模信號(hào)。損害放大的差模信號(hào)。 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 28尾電容有限時(shí)基本差分對(duì)的共模響應(yīng)尾電容有限時(shí)基本差分對(duì)的共模響應(yīng)差動(dòng)對(duì)的共模相應(yīng)取決于尾電差動(dòng)對(duì)的共模相應(yīng)取決于尾電流的輸出阻抗和電路的不對(duì)稱流的輸出阻抗和電路的不對(duì)稱性，性，并表現(xiàn)為兩方面的影響：并表現(xiàn)為兩方面的影響：對(duì)稱電路

31、的輸出共模電平變化對(duì)稱電路的輸出共模電平變化以及輸入共模電壓變化在輸出以及輸入共模電壓變化在輸出端產(chǎn)生差模分量。端產(chǎn)生差模分量。來源于尾電來源于尾電流自身的寄流自身的寄生電容和輸生電容和輸入對(duì)管的源入對(duì)管的源襯電容襯電容即使尾電流低頻時(shí)輸出阻抗很大即使尾電流低頻時(shí)輸出阻抗很大, 高頻時(shí)因高頻時(shí)因頻率的增加導(dǎo)致等效輸出阻抗減小頻率的增加導(dǎo)致等效輸出阻抗減小, 因此共因此共模到差模的轉(zhuǎn)換在高頻時(shí)會(huì)變得嚴(yán)重模到差模的轉(zhuǎn)換在高頻時(shí)會(huì)變得嚴(yán)重, 同時(shí)同時(shí)負(fù)載電阻及輸入晶體管的失配也會(huì)導(dǎo)致共負(fù)載電阻及輸入晶體管的失配也會(huì)導(dǎo)致共模到差模的轉(zhuǎn)換模到差模的轉(zhuǎn)換, 其中晶體管的失配通常比其中晶體管的失配通常比負(fù)載

32、電阻的失配影響大得多。負(fù)載電阻的失配影響大得多。 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 29基本差分對(duì)輸入對(duì)管失配時(shí)的共模響應(yīng)基本差分對(duì)輸入對(duì)管失配時(shí)的共模響應(yīng)(gm1+gm2)(VinCM-VP)RSS=VP X XY Ym m1 1m m2 2m mD DC CM M- -D DM MD Di in nC CM Mm m1 1m m2 2S SS Sm m1 1m m2 2S SS SV V - -V Vg g- -g gg g R RA A= = - -R RV V1 1+ +( (g g+ +g g ) )R R1 1+ +( (g g+ +g g ) )R Rm m1 1m m2 2S SS

33、SP Pi in nC CM Mm m1 1m m2 2S SS S( (g g + +g g ) )R RV V = =- -V V1 1+ +( (g g + +g g ) )R Rm m2 2D DY Ym m2 2i in nC CM MP PD Di in nC CM Mm m1 1m m2 2S SS Sg g R RV V = =- -g g ( (V V- -V V ) )R R = =- -V V1 1+ +( (g g + +g g ) )R Rm m1 1D DX Xm m1 1i in nC CM MP PD Di in nC CM Mm m1 1m m2 2S SS

34、Sg g R RV V = =- -g g ( (V V- -V V ) )R R = =- -V V1 1+ +( (g g + +g g ) )R R等效跨導(dǎo)等效跨導(dǎo)Gm共模到差模共模到差模的轉(zhuǎn)換量的轉(zhuǎn)換量 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器4 # 30基本差分對(duì)的共模抑制比基本差分對(duì)的共模抑制比CMRR X XY Ym m1 1m m2 2m mD DC CM M- -D DM MD Di in nC CM Mm m1 1m m2 2S SS Sm m1 1m m2 2S SS SV V - -V Vg g- -g gg g R RA A= = - -R RV V1 1+ +( (g g+ +g g ) )R R