折叠式共源共栅放大器设计

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6折叠式共源共栅运算放大器设计实验之欧阳法创编

6折叠式共源共栅运算放大器设计实验之欧阳法创编

6折叠式共源共栅运算放大器设计实验之欧阳法创编欧阳法是一种常用的运算放大器设计方法,它在设计中充分利用了共源共栅结构的优点,既能实现放大器的高增益、高输入阻抗和低输出阻抗,又能保证输出波形的线性度。

在设计6折叠式共源共栅运算放大器之前,首先需要明确一些设计参数,例如设计的输入电压范围、输出电压范围、增益要求等。

接下来,我们按照以下步骤进行设计实验。

第一步:确定输出电流偏置在共源共栅运算放大器中,偏置电流决定了放大器的输入阻抗和输出电压范围。

为了实现输出电压范围的最大化,一般选择输出电流的一半作为偏置电流。

假设输出电流为Iout,则偏置电流为Ibias=0.5*Iout。

第二步:确定放大器的增益根据设计要求确定放大器所需的增益。

对于共源共栅结构,其放大倍数可以通过控制输入电流和输出电流之间的比值来实现。

输出电流为Iout,输入电流为Iin,则放大倍数Av=Iout/Iin。

第三步:确定放大器的工作电压根据设计要求确定放大器的工作电压。

将放大器的工作电压设为VDD/2,这样可以最大程度地利用电源电压范围。

第四步:确定电阻值根据欧阳法的设计准则,可选择如下电阻值:R1=R2=RL=1.2*VDD/(Ibias*Av)R3=R4=2*RL第五步:确定电容值选择合适的电容值可以提高放大器的频率响应。

一般选择的电容值为:Cgs=Cgd=2*Iout/(Av*VDD*fL)Cdb=Cgd/5其中,fL为放大器的最低截止频率。

第六步:确定晶体管尺寸根据电阻和电容的选择,可以反推出晶体管的尺寸。

根据晶体管的工作点,选择适当的W/L比值来满足电流需求。

完成以上步骤后,可以利用电路设计软件进行模拟仿真,并根据仿真结果进行优化调整。

最后,可以进行实验验证,并对实验结果进行分析。

以上是关于6折叠式共源共栅运算放大器设计实验的欧阳法创编的详细步骤。

在实际设计中,还需要注意噪声和功耗等因素,并进行合理的折衷考虑。

希望以上内容能对你的实验展开有所帮助。

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器目录一.摘要 (2)二.电路设计指标 (3)三.电路结构 (3)四.手工计算 (7)五.仿真验证 (10)六.结论 (12)七.收获与感悟 (12)八.参考文献 (13)摘要运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用,针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。

本文完成了一个由pmos作输入的放大器。

vdd为3.3v,负载电容为1pf,增益Av 大于80dB,带宽GBM大于100MHz的放大器。

输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力,为达到较宽的带宽,本文详细分析推导了电路所存在的极零点,共源共栅镜像电流源产生Ibias。

选择P沟道晶体管的宽度和长度,使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。

关键字:运算放大器、共源共栅级、极点AbstractOperation amplifiers are widely used in many field s nowadays。

All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application.One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis.Power Supply 3.3v,load capacitor 1pf,Gain>80dB,GBM>100MHz。

The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point,for the purpose of wider bandwidth,we carefully analysis the pole and zero in the circuit ,use common source common gate as current Ibias。

折叠式共源共栅运算放大器设计说明

折叠式共源共栅运算放大器设计说明

折叠式共源共栅运算放大器设计说明一、设计原理二、设计步骤1.确定规格要求:根据实际应用需求确定输入阻抗、输出阻抗、增益、带宽等参数。

2.选择管子:根据需求选择合适的场效应管。

通常选择具有良好参数的MOS管,如低频用的2N7000,高频用的BF861A等。

3.设计共源级:首先设计共源级,这是整个电路的放大核心。

根据增益要求和输入阻抗要求,确定共源电阻的值,再根据场效应管的参数计算源极电流和电压。

同时,要保证共源级的电流和电压工作在合适的范围内,不引起过大的功耗和失真。

4.设计共栅级:共栅级起到输出驱动的作用,可以提供较低的输出阻抗。

根据输出阻抗和带宽要求,选择合适的共栅电阻值和驱动电路的参数。

同时要注意共栅级的工作点和共源级的匹配,以保证电路的整体性能。

5.接入电源电压:根据电路需求,确定合适的电源电压。

注意电源电压的选择要与场效应管的参数相匹配,避免电压过高或过低导致管子失效或工作不稳定。

6.进行仿真和调试:在完成电路设计后,进行电路仿真和调试,检查电路的增益、带宽等参数是否满足设计要求。

可以使用SPICE电路仿真软件进行仿真,根据仿真结果对电路进行调整和优化。

7.布局和绘制电路板:根据电路设计,进行布局和绘制电路板。

布局过程中要注意相邻元件的干扰和电路的稳定性。

绘制电路板时要保持线路的规整和排布的合理性。

8.组装和测试:完成电路板制作后,进行元件的组装和焊接。

然后进行电路的测试和调试,检查电路的工作状态和各项指标是否满足要求。

三、注意事项1.设计时要考虑到电压的限制,避免电路失效或工作不稳定。

2.选择合适的场效应管,根据具体需求选择低频或高频的管子。

3.设计时要注意电路整体性能,使其在增益、带宽等方面满足要求。

4.在进行仿真时,要根据仿真结果对电路进行调整和优化,确保电路性能达到最佳状态。

5.布局和绘制电路板时要注意干扰和稳定性,保持线路的规整和排布的合理性。

6.组装和测试时要仔细检查,确保电路的工作状态和各项指标达到要求。

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器目录一.摘要 (2)二.电路设计指标 (3)三.电路结构 (3)四.手工计算 (7)五.仿真验证 (10)六.结论 (12)七.收获与感悟 (12)八.参考文献 (13)摘要运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用,针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。

本文完成了一个由pmos作输入的放大器。

vdd为3.3v,负载电容为1pf,增益Av 大于80dB,带宽GBM大于100MHz的放大器。

输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力,为达到较宽的带宽,本文详细分析推导了电路所存在的极零点,共源共栅镜像电流源产生Ibias。

选择P沟道晶体管的宽度和长度,使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。

关键字:运算放大器、共源共栅级、极点AbstractOperation amplifiers are widely used in many field s nowadays。

All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application.One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis.Power Supply 3.3v,load capacitor 1pf,Gain>80dB,GBM>100MHz。

The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point,for the purpose of wider bandwidth,we carefully analysis the pole and zero in the circuit ,use common source common gate as current Ibias。

折叠式共源共栅cmos运算放大器的设计与优化

折叠式共源共栅cmos运算放大器的设计与优化

折叠式共源共栅cmos运算放大器的设计与优化下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改,请根据实际需要进行调整和使用,谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料,如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等,想了解不同资料格式和写法,敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计与优化1. 引言在集成电路领域,CMOS运算放大器一直是研究的热点之一。

折叠式共源共栅放大器设计

折叠式共源共栅放大器设计

折叠式共源共栅放大器设计
下面是一个折叠式共源共栅放大器的设计示例:
1.选择合适的工作频率:首先确定设计的工作频率范围,根据应用需
求选择合适的频率。

2.确定器件参数:根据工作频率选择适合的MOSFET器件,并确定器
件的尺寸和工作点。

3.进行小信号分析:通过小信号等效电路分析,得到输入输出阻抗、
增益和带宽等参数。

4.设计输入匹配网络:设计输入匹配网络,使得输入阻抗与传输线匹配,以最大化输入信号的传输。

5.设计输出匹配网络:设计输出匹配网络,使得输出阻抗与负载匹配,以最大化输出信号的传输。

6.进行直流仿真:通过仿真软件,对折叠式共源共栅放大器的直流偏
置和工作点进行仿真和优化。

7.进行射频仿真:通过射频仿真软件,对折叠式共源共栅放大器的增益、带宽等性能进行仿真和优化。

8.PCB布局和封装:设计合适的PCB布局,使得折叠式共源共栅放大
器具有良好的抗干扰能力和稳定性。

选择合适的封装,以满足散热和尺寸
要求。

9.进行实验验证:通过PCB制作和实验验证,对设计的折叠式共源共
栅放大器进行性能测试和调整。

10.进行优化调整:根据实验结果,对折叠式共源共栅放大器进行优化和调整,以达到设计要求。

总结:折叠式共源共栅放大器设计需要从选择工作频率、器件参数确定到小信号分析、匹配网络设计、仿真优化、PCB布局和实验验证等多个步骤。

通过科学合理的设计和优化调整,可以实现折叠式共源共栅放大器的高效、低功耗和稳定工作。

折叠共源共栅放大器的偏置电路

折叠共源共栅放大器的偏置电路

折叠共源共栅放大器的偏置电路
折叠共源共栅放大器是一种常用的放大电路,用于放大低频信号。

其偏置电路的设计目标是保证输出信号的线性放大特性,同时使器件工作在合适的工作点。

偏置电路一般由电源,电阻和电容构成。

以下是折叠共源共栅放大器的一种常见的偏置电路设计示意图:
```
VDD

├─ R1 ─ Vbias

├─ M1 ──── M2 ─────
│ │ │
├─ R2 ─ R3 ─ RL
│ │
GND
```
其中,VDD是电源电压,Vbias是偏置电压。

具体偏置电路的设计步骤如下:
1. 选择偏置电压(Vbias):根据放大器工作要求确定合适的偏置电压。

2. 选择电流源电阻(R1):根据放大器的放大倍数要求,选
择合适的电流源电阻。

电流源电阻决定了静态工作电流(ID)的大小。

3. 确定静态工作电流(ID):根据放大器的工作点要求和
MOS管的参数,计算静态工作电流。

可以利用下面的公式计
算静态工作电流:
ID = (VDD - Vbias) / R1
4. 选择偏置电流(IB):确定M1和M2两个MOS管的偏置
电流。

一般可以选择IB = ID / 10。

5. 选择M1和M2的栅极电阻(R2和R3):根据MOS管的
参数和偏置电流确定合适的栅极电阻。

6. 确定负载电阻(RL):根据放大器的负载要求,选择合适
的负载电阻。

以上是一种常见的折叠共源共栅放大器的偏置电路设计步骤。

具体参数选择和设计过程需要根据实际应用场景和要求进行调整和优化。

采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计

采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计

采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计折叠式共源共栅结构是一种常用于高速CMOS全差分运算放大器设计的电路结构。

它结合了共源和共栅结构的优点,在设计高速差分运算放大器时具有重要的应用价值。

在设计高速CMOS全差分运算放大器时,首先需要确定电路的工作频率和增益要求。

然后,根据设计要求选择合适的MOS管尺寸以及电路拓扑结构。

在采用折叠式共源共栅结构之前,我们先来了解一下共源和共栅结构的特点。

共源结构是一种常见的差分放大器结构,它提供了较大的增益和较高的输入阻抗,但由于电流镜电路(如PMOS电流镜)的引入,使得其增益和频率特性受到限制。

共栅结构是一种常见的高速差分放大器结构,它具有良好的增益和频率特性,但输入阻抗较低。

因此,为了综合考虑增益、频率特性和输入阻抗,我们可以采用折叠式共源共栅结构。

折叠式共源共栅结构的基本原理是将两个共源结构和两个共栅结构连接在一起形成一个差分放大器。

其中,一个共源结构用作输入级,另一个共源结构用作输出级。

同时,一个共栅结构用于提供增益,另一个共栅结构用于提供带宽。

具体来说,折叠式共源共栅结构的输入级包含一个共源结构和一个共栅结构。

其中,共源结构的输入端连接输入信号,输出端通过一个电流源连接到共源结构的源极。

共栅结构通过一个电流源连接到共源结构的源极。

这样,共源结构和共栅结构共同构成输入级。

折叠式共源共栅结构的输出级也包含一个共源结构和一个共栅结构。

其中,共源结构的源极通过一个电流源连接到地,栅极接受输入信号。

共栅结构的源极通过一个电流源连接到共源结构的源极。

这样,共源结构和共栅结构共同构成输出级。

在折叠式共源共栅结构中,输入级的共源结构和共栅结构提供了较大的增益和较高的输入阻抗,输出级的共源结构和共栅结构提供了较大的带宽和较低的输出阻抗。

通过适当选择MOS管的尺寸和电流源的电流,可以实现高速差分运算放大器的设计要求。

综上所述,采用折叠式共源共栅结构可以实现高速CMOS全差分运算放大器的设计。

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Schematic Description (3)
Schematic of the folded cascode op amp used in the project
Based on Schematic from [1] Allen/Holberg – CMOS Analog Circuit Design
This current mirror sink, and the current mirror source are the basic modules of the folded cascode op amp.
9 Benjamin Lutgen
Schematic Description (2)
= = = =
2,00 mA 1,20 2,40 mA 2,40 mA Ratio I3 to I4,5
Transistor ratios Transistor widths
Transistor widths
@ Length
Step 3
VSD5 VSD7 S4 S5 S14 S6 S7 S13
= = = = = = =
1. Introduction
3
Benjamin Lutgen
Given Objectives
Objective of the project: • design of an folded cascode operational amplifier • using a new high voltage technology („H35“ 20 V) Meeting these specifications Î
= = = = = = = = = = = = = = =
1,00 123 123 1,00 123 123 417,00 Ohm 417,00 Ohm
Ratio I7 to I9
= = = = = = = = = = = = =
1,23E+02 1,23E+02 Factor i711 1,23E+02 1,23E+02 4,17E+02 4,17E+02 1,28E-01 1,28E-01 3,33E-01 4,17E-01 82,6446281 82,6446281 1,84E-01
5 Benjamin Lutgen
Motivation (2)
The high voltage CMOS Technology H35 provides a high voltage capability up to 50V. In the project, the symmetrical 20V variant with thick oxide is used („xMOS20HS“) Disadvantage: • Less K’n/K’p as in 3.3V technology
2
Step 8 Step 9 Step 10
8
Benjamin Lutgen
Schematic Description (1)
This is a special current mirror sink, with the following attributes: • • • • • High output resistance Small saturation voltage Low power dissipation Self biasing High swing
400 NOK max 249 400 NOK max 249 400 NOK max 249 1,00 Ratio I5 to I7 400 NOK max 249 400 NOK max 249 400 NOK max 249
2 µm
Ratio Width
Trans.
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14
3. Layout Design
– High Voltage Layouting – Final Layout
• Functional Groups
2. Schematic Design
– Practical Version of the Amplifier – Schematic Description – Design Plan
Step 1 Step 2
I3 I4 I5
= = = = = = = = = = = = =
2,00E-03 A Factor k 2,40E-03 A 2,40E-03 A 1V 1V 4,00E+02 4,00E+02 4,00E+02 Factor i57 4,00E+02 4,00E+02 4,00E+02 1V 1V Factor i79
11 Benjamin Lutgen
Design Plan (1)
Design plan from Allen/Holberg - CMOS Analog Circuit Design [1] was used for determining the values of the transistor and resistors
Benjamin LUTGEN Wintersemester 2008/2009 Supervisor: Prof. Dr.-Ing. Andreas König
Benjamin Lutgen
1
Overview
1. Intoduction
– Given Objectives – Motivation
0 0 0
0 µm 0 µm 0 µm
Step 4
VDS9 VDS11 S9 S8 S11 S10
400 800 µm 400 800 µm 400 800 µm 400 800 µm 123 246 µm 123 246 µm 123 246 µm 123 246 µm 0 0 µm 400 800 µm 400 800 µm
S. Nr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Characteristics Open loop Gain Gain Bandwidth Phase margin Settling Time Slew Rate Offset Input CMR Output Swing CMRR Power Dissipation Area Consumption Voltage Supply Load Capacitance Load Resistance Specification values > 100 dB 10 MHz > 60 ° < 1 µs 200 V/µs 5 µV ±6V ±8V > 100 dB Minimum Minimum 20 V 10 pF 100 kΩ
12
Benjamin Lutgen
Design Plan (2) Transistor Groups
The transistors in the groups must always have the same ratio. • • • • • M1,2 M3 M4,5,6,7,13,14 M8,9,10,11 M12
• Transistor groups
– LVS Log
4. Summary and Conclusion
– – – – Comparison Specification/Achieved Values Discussion Conclusion References
– First Approach – Second Approach
Characteristics Open loop Gain Gain Bandwidth Phase Margin Settling Time Slew Rate Offset Input CMR Output Swing CMRR Power Dissipation Area Consumption Voltage Supply Load Capacitance Load Resistance VDD VSS Pdiss Vin(max) Vin(min) Vout(max) Vout(min) > SR GB PM > < Symbol > Specification Values 100 dB 1,00E+07 Hz 60 ° 1,00E-06 s 2,00E+08 V/s 5,00E-06 V 6V -6 V 8V -8 V 100 dB min min 10 V -10 V 1,00E-11 F = 1,00E+05 Ohm
4
Benjamin Lutgen
Motivation (1)
The used folded cascode topology offers the following properties: • good common-mode range • self compensation • High gain • Relatively low power-dissipation • High output resistance The special challenge of this project was the transfer of this circuit to a high voltage CMOS technology
in µA/V²
20V
12 35
3.3V
50 110
Technology Technology
K‘p K‘n
6
Benjamin Lutgen
2. Schematic Design
7
Benjamin Lutgen
Practical Version of Amplifier
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