光發(fā)射器和感受器的電路設(shè)計(jì)

在本文的第1部分中，我提供了必要的公式，為雙極性輸入運(yùn)算放大器（運(yùn)算放大器）開發(fā)自己的宏模型。在第2部分中，我們研究了CMOS輸入和輸出拓?fù)洹，F(xiàn)在在第3部分中，我們推導(dǎo)出純雙極性工藝的必要方程式，軌到軌輸入和輸出運(yùn)算放大器。

正如我們在前兩部分所做的那樣，突出顯示的方程插入到網(wǎng)表。藍(lán)色方程式用于您自己的觀察目的，而網(wǎng)表末尾的模型參數(shù)中可能需要紅色方程式。

首先，您需要指定以下規(guī)格：電源電壓，開環(huán)增益，單位增益帶寬，壓擺率，輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電流，相位裕度，溫度。稍后在輸出部分我們得到其他參數(shù)，如開環(huán)輸出阻抗，短路電流和電壓輸出擺幅。

軌到軌輸入級

與非軌到軌輸入級不同，我們需要兩個(gè)差分對PNP和NPN雙極結(jié)型晶體管（BJT）。就像在雙極輸入級中一樣，我們可以選擇以第一級增益為代價(jià)添加發(fā)射極退化或電阻發(fā)射極（RE）。

圖1.雙極軌到軌輸入級

PNP輸入級

設(shè)置以下設(shè)備參數(shù)：

I1 = 1E-3A

VA = 130V

IS = 1E-16

β1= 5000

接下來，將輸入級增益設(shè)置為：

Avin = Aol/Avout * Avmiddle

gm1 = I1/V T

如果您決定添加變性，請務(wù)必使用以下公式：

Gm = gm/（1 + gm1 * RE）

沒有增加的退化，

Avin = gm *（RC1 * ro）/（RC1 + ro）

ro = VA/2 * I1

r π = 2 *β1* V T /I1

RC1 = RC2 = 2 * VRC/I1，

其中V RC = 0.2V

RE1 = RE2 = [（β* RC1 ） - （r π * Avin）]/（gm * RC1 +β* Avin）

接下來，計(jì)算獲得正確相位邊距所需的額外延遲in。

?1= 90 -?m-fz，其中fz = arctan（GBP/z1），

其中z1 = 1/Cf *（1/gm5 + gm6）-Rz

p1 = GBP/tan （90-?m-2），p1 in Hz

C1 = 1/2 * RC1,2 * p1，在這里使用弧度為p1

我們將返回到Rz（零）并顯示如何在中間階段推導(dǎo)出它。

V1 = Vs-Vcm，高;設(shè)置公共電壓輸入范圍

輸入級噪聲貢獻(xiàn)

現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)向輸入級的晶體管和二極管來確定它們的噪聲貢獻(xiàn)。這是該模型的重要部分，特別是如果您正在嘗試建模低噪聲設(shè)備。

總輸入噪聲（RTI）表示為：

entotal = sqrt（enRC ^ 2 + enRE ^ 2 + enID ^ 2 + enPNP ^ 2）

其中：

enRC = sqrt（2 * 4 * k * T * RC1,2）/（2 * Avin），

enRE = sqrt（2 * 4 * k * T * RE1,2）/（2 * Avin），

k是玻爾茲曼常數(shù)和T，溫度以開爾文

enID = sqrt（ 2 * q *（I1/2）），

其中IB是數(shù)據(jù)表中的輸入偏置電流

enPNP = sqrt（2 * Id * RC1,2）/（2 * Avin）

NPN輸入級

對于NPN差分對，器件參數(shù)設(shè)置為相同的PNP值。

I2 = 1E-3A

VA = 130V

IS = 1E-16

V2 = Vs-Vcm，低;

V2設(shè)置輸入共模范圍的較低范圍：

Gm2 = I2/V T

ro = VA/2 * I2

r π = 2 *β2* V T /I2

RC3 = RC4 = 2 * VRC/I2，

其中V RC = 0.2V

RE3 = RE4 = [ （β2* RC3,4） - （r π * Avin）]/（gm2 * RC3,4 +β2* Avin）

C2 = C1

中（ga in）stage

這代表了我們?nèi)A段設(shè)計(jì)的第二個(gè)。將電壓控制電流源與電阻器，鉗位二極管，電容器Cf并聯(lián)設(shè)置極點(diǎn)，電阻器Rz設(shè)置為零，以便獲得正確的相位裕度。

簡單地寫入增益Avmid：

Avmid = 2 * G1 * R1

要確定Cf，請將R1設(shè)置為任意值。請記住，值越大，噪音就越高。

設(shè)置R1 = 10k

Cf = 1/2π* fdom * R1 *（Avout + 1） ，

其中fdom =（GBP/Aol）* sqrt（1 + GBP ^ 2/p1 ^ 2）

G1 = SR * Cf/2 * I1 * R C1,2

Rz = 1/（gm5 + gm6） - （1/2π* Cf * fz）

圖2。中間或獲得階段