二級(jí)放大器分析,version2

Cadence原理圖

其中的偏置用電流源代替

小信號(hào)分析

輸入級(jí)放大電路由 M1～M5 組成。M1 和 M2 組成 PMOS 差分輸入對(duì)，差分輸入與單端輸入相比可以有效抑制共模信號(hào)干擾；M3、M4 電流鏡為有源負(fù)載；M5 為第一級(jí)提供恒定偏置電流。

輸出級(jí)放大電路由 M6、M7 組成。M6 為共源放大器，M7 為其提供恒定偏置電流同時(shí)作為第二級(jí)輸出負(fù)載。相位補(bǔ)償電路由 M14 和 Cc 構(gòu)成。M14 工作在線性區(qū)，可等效為一個(gè)電阻，與電容 Cc 一起跨接在第二級(jí)輸入輸出之間，構(gòu)成 RC 密勒補(bǔ)償。

此外從電流與電壓轉(zhuǎn)換角度對(duì)電路進(jìn)行分析也許更便于理解，此時(shí)可以將繪出運(yùn)放的層次結(jié)構(gòu)如上圖 所示。M1 和 M2 為第一級(jí)差分輸入跨導(dǎo)級(jí)，將差分輸入電壓轉(zhuǎn)換為差分電流。M3 和 M4 為第一級(jí)負(fù)載，將差模電流恢復(fù)為差模電壓。M6 為第二級(jí)跨導(dǎo)級(jí)，將差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流，而 M7 再將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓輸出。

公式推導(dǎo)

增益

上圖每一級(jí)都是互導(dǎo)放大器，由于第一級(jí)差分輸入對(duì)管M1與M2相同，

R1表示第一級(jí)輸出電阻，其值為

則第一級(jí)的電壓增益

對(duì)于第二級(jí)有

第二級(jí)的電壓增益

所以總的直流開(kāi)環(huán)增益是

同時(shí)

所以

單位增益帶寬積

GBW和SR都可以反應(yīng)運(yùn)放的高頻性能，線性放大器主要有GBW決定，開(kāi)關(guān)電泳濾波器要得到更高的頻率主要有SR決定。

靜態(tài)功耗

一旦電源電壓確定，靜態(tài)功耗取決于各支路靜態(tài)電流總和。考察各路電路，可以知道，此運(yùn)放的靜態(tài)功耗為

電流的分配受其他性能指標(biāo)的影響，比如GBW、轉(zhuǎn)換速率、噪聲性能等。

共模抑制比

調(diào)零電阻

在第一級(jí)輸出與Cc之間串聯(lián)一個(gè)電阻Rz,通過(guò)調(diào)節(jié)電阻的大小，便可以移動(dòng)右半平面零點(diǎn)的之作用，將零點(diǎn)移到左半平面并與第二極點(diǎn)重合，這樣就可以消除第二個(gè)極點(diǎn)，但是由于工藝波動(dòng)和寄生電容的影響，會(huì)使計(jì)算參數(shù)偏離。

壓擺率

壓擺率也稱轉(zhuǎn)換速率。壓擺率可認(rèn)為，當(dāng)輸入運(yùn)放一個(gè)階躍信號(hào)時(shí)，運(yùn)放輸出信號(hào)的最大變化速度。