差動(dòng)放大器與電流鏡課件

差動(dòng)放大器1、單端與差動(dòng)的工作方式2、基本差動(dòng)對(duì)3、共模響應(yīng)4、MOS為負(fù)載的差動(dòng)對(duì)1、單端與差動(dòng)的工作方式差動(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)的電位相對(duì)于某一固定電位大小相等，極性相反，結(jié)點(diǎn)的阻抗也必須相等。差動(dòng)工作方式優(yōu)點(diǎn)：抑制共模噪聲增大了可得到的最大電壓擺幅偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單線性對(duì)相對(duì)高2、基本差動(dòng)對(duì)2.1定性分析差模特性（假定Vin1-Vin2從-變化到+）Vin1比Vin2更負(fù)，M1截止，M2導(dǎo)通，ID2=ISS，因此Vout1=VDD,Vout2=VDD

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RDISSVin1逐漸增大，M1開(kāi)始導(dǎo)通，Vout1減小，由于ID1+ID2=ISS，M2流經(jīng)的電流減小，Vout2增大；當(dāng)Vin1=Vin2時(shí)，Vout1=Vout2=VDD-RDISS/2。當(dāng)Vin1比Vin2更正時(shí)，差動(dòng)對(duì)兩側(cè)情況正好與上述情況相反。2.2定量分析大信號(hào)分析如果RD1=RD2=RD，則Vout1-Vout2=RD(ID2-ID1)，可以用Vin1和Vin2計(jì)算出ID2和ID1（假設(shè)電路是對(duì)稱的，且M1和M2均處于飽和區(qū)，且忽略二級(jí)效應(yīng)）討論：當(dāng)ΔVin=Vin1-Vin2=0，ΔID=ID1-ID2=0;當(dāng)|ΔVin|從0開(kāi)始增大，|ΔID|也增大；等價(jià)Gm為討論（續(xù)）當(dāng)ΔVin=0時(shí)，Gm最大因此，當(dāng)ΔVin超過(guò)某一限定值（ΔVin1）時(shí)，所有ISS電流流經(jīng)一個(gè)晶體管，而另一個(gè)晶體管截止（忽略亞閾值導(dǎo)通），ΔVin1實(shí)際上也是電路可以“處理”的最大差模輸入。小信號(hào)分析方法一（疊加法）令Vin2=0,求Vin1對(duì)X結(jié)點(diǎn)的影響：電路等效為M1管構(gòu)成的帶有負(fù)反饋電阻的共源級(jí)Rs＝1/gm2忽略二級(jí)效應(yīng)只施加Vin1時(shí)總的電壓增益為整理，同理，可以得到只施加Vin2時(shí)總的電壓增益為應(yīng)用疊加法，得到方法二（半邊電路）輔助定理：考慮圖中所示的對(duì)稱電路，其中D1和D2代表任何三端有源器件。假設(shè)Vin1從V0變化到V0+ΔVin，Vin2從V0變化到V0

-ΔVin，那么，如果電路仍保持線性，則Vp值保持不變。假定λ＝0。輔助定理說(shuō)明了P點(diǎn)可以認(rèn)為是“交流地”，即“虛地”。利用P點(diǎn)虛地（交流地）的特點(diǎn)，，電路可等效為兩個(gè)獨(dú)立的部分，即“半邊電路”概念。3、共模響應(yīng)差動(dòng)電路對(duì)共模擾動(dòng)影響具有抑制作用，理想差動(dòng)電路的共模增益為0；實(shí)際上，電路既不可能完全對(duì)稱，電流源的輸出電阻也不可能為無(wú)窮大，結(jié)果，共模輸入的變化會(huì)或多或少傳遞到輸出上。電流源具有有限電阻的差動(dòng)對(duì)的共模增益：電路等效為帶源級(jí)負(fù)反饋的共源級(jí)電路忽略二級(jí)效應(yīng)，此時(shí)，共模增益為：電路不對(duì)稱且尾電流源的輸出電阻為有限值時(shí)，輸入共模電壓變化對(duì)電路的影響：電路不對(duì)稱情況1：RD1=RD，RD2=RD+ΔRD，當(dāng)輸入端共模發(fā)生變化，VX、VY的變化不相等，輸出端產(chǎn)生了一個(gè)差動(dòng)成分?？傊顒?dòng)對(duì)的共模響應(yīng)取決于尾電流源的輸出電阻和電路的不對(duì)稱性，表現(xiàn)的兩方面的影響：對(duì)稱電路的輸出共模電平變化；輸入共模電壓變化在輸出端產(chǎn)生差模分量?！肮材Ｒ种票取保–MRR）4、MOS為負(fù)載的差動(dòng)對(duì)類似單級(jí)放大器，差動(dòng)對(duì)的負(fù)載也可以采用二極管連接的MOS或者電流源作負(fù)載。二極管連接的MOS作負(fù)載（忽略體效應(yīng)）電流源負(fù)載的差動(dòng)對(duì)

電流鏡1、基本電流鏡2、共源共柵電流鏡3、電流鏡作負(fù)載的差動(dòng)對(duì)1、基本電流鏡電流源的設(shè)計(jì)是基于對(duì)基準(zhǔn)電流的“復(fù)制”；兩個(gè)都工作在飽和區(qū)且具有相等柵源電壓的相同晶體管傳輸相同的電流（忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)）。按比例復(fù)制電流（忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)）得到該電路可以精確地復(fù)制電流而不受工藝和溫度的影響；Iout與IREF的比值由器件尺寸的比率決定。忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)！共源共柵電流源

為了抑制溝道長(zhǎng)度調(diào)制的影響，可以采用共源共柵電流源。共源共柵結(jié)構(gòu)可以使底部晶體管免受VP變化的影響。共源共柵電流鏡共源共柵電流鏡確定共源共柵電流源的偏置電壓Vb，采用共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)。目標(biāo)是確保VY=VX。選擇(W/L)3/(W/L)0=(W/L)2/(W/L)1,則VGS0=VGS3,VX=VY。共源共柵電流鏡消耗了電壓余度忽略襯偏效應(yīng)且假設(shè)所有晶體管都是相同的，則P點(diǎn)所允許的最小電壓值等于VP=比較于余度損耗的共源共柵電流鏡最小余度損耗的共源共柵電流源輸入共模電壓的選擇為使M2飽和，輸出電壓不能小于Vin,CM-VTH，因此，為例提高輸出擺幅，應(yīng)采用盡量低的輸入共模電平，輸入共模電平的最小值為VGS1,2+VDS5,min。當(dāng)Vin1=Vin2時(shí)，電路的輸出電壓Vout=VF=VDD-|VGS3|3.2小信號(hào)分析（忽略襯偏效應(yīng)）方法一

利用計(jì)算Gmgm1Vin/2gm1Vin/2gm2Vin/2得到，計(jì)算RoutM1和M2用一個(gè)RXY=2rO1,2代替，RXY從VX抽取的電流以單位增益(近似)，由M3鏡像到M4。則，若2rO1,2>>(1/gm3)||rO3,總增益

方法二（利用戴維南定理）Veq=gm1,2rO1,2VinReq=2rO1,2

流經(jīng)Req的電流IX部分通過(guò)1/gm3，并以單位增益被鏡像到M4

若2rO1,2>>(1/gm3,4)||rO3,4,IX1+IX1

3.3共模特性電路不存在器件失配時(shí)忽略rO1,2，并假設(shè)1/(2gm3,4)<<rO3,4,