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
折叠式共源共栅运算放大器设计说明
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cmos运算放大器的设计与优化
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低电压高速CMOS全差分运算放大器设计双
运算放大器的设计首先要根据其用途选择一种合适 的电路结构，从运放的建立时问、开环增益、单位增益带 宽、相位裕度、输入共模范围、输出摆幅、功耗等方面性能 的限制进行结构设计。常见的全差分运算放大器有下面 几种类型：两级（ｔｗｏ—ｓｔａｇｅ）式、套筒共源共栅（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ） 式、折叠共源共栅（ｆｏｌｄ—ｃａｓｃａｄｅ）式。
４‘结语
本文使用ＴＳＭＣ公司的ＣＭ０２５工艺
设计并实现了一个低压高速全差分运算放
大器。采用折叠共源共栅结构，在达到较高
的带宽同时，增大了输出摆幅。连续时间共
模反馈电路以及低压宽摆幅偏置电路，实现
（１）信置电路ＯＯ半电路小信号等效模型
图３偏置电路及半电路小信号等效模型
了电路的高稳定性。该运放在２．５ Ｖ电源 电压下，’单位增益带宽可以达到５０１ ＭＨｚ， 直流增益７１．６ ｄＢ，相位裕度５１。，功耗
Ｐ。《Ｐ，，更接近于原点，因此Ｐ２为折叠共源共栅运放的 主极点，Ｐ。为次极点。
要提高开环增益Ａ。，可以采取增加Ｍ８，Ｍ９的跨导和
１ ５】
沟逝长度，但将引起其源极寄生电容的增加和漏源饱和电 正减小，从而降低运放的次极点频率。同样增加Ｍ１０， Ｍ１１的沟道长度，会使Ａ。增加而次极点频率减小。考虑 到Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７不在信号通路上，因此可以增加其沟 道长度球增加输出阻抗，而不降低工作速度。
△ｇＭ９（ｒ２／／ｒｌｏ）ｒ９ Ｒ。。“Ｍ７一ｒ４＋ｒ７［１＋（ｇＭ７＋ｇＭ７ｂ）＾］
△ｇＭ７ ｒ７ ｒ４ ｒ为ＭＯＳ管的小信号输出电阻。负载电容Ｃ。远大于ＭＯＳ 管各端的寄生电容，ＣＬ△ｃＤ瞰＋ＣＤ曲＋ＣＤ酊。。
节点１对应的极点Ｐ。：
Ｐ－＝一石万勿习丽ｉ１冠ｉ而△一等
节点２对应的极点Ｐ。：
一种高速CMOS全差分运算放大器
一种高速CMOS全差分运算放大器
朱小珍;朱樟明;柴常春
【期刊名称】《半导体技术》
【年(卷),期】2006(31)4
【摘要】设计并讨论了一种高速CMOS全差分运算放大器。
设计中采用了折叠共源共栅结构、连续时间共模反馈以及独特的偏置电路,以期达到高速及良好的稳定性。
基于TSMC0.25μm CMOS工艺,仿真结果表明,在2.5V的单电源电压下,运算放大器的直流开环增益为71.9dB,单位增益带宽为495MHz(CL=0.5pF),建立时间为24ns,功耗为3.9mW。
【总页数】4页(P287-289)
【关键词】折叠共源共栅;共模反馈;全差分;高速
【作者】朱小珍;朱樟明;柴常春
【作者单位】西安电子科技大学微电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.77
【相关文献】
1.用于高速高分辨率ADC的CMOS全差分运算放大器的设计 [J], 吴宁;吴建辉;张萌;戴忱
2.一种新型高速CMOS全差分运算放大器设计 [J], 宋奇伟;张正平
3.低电压高速CMOS全差分运算放大器设计 [J], 阮颖
4.一种高增益CMOS全差分运算放大器的设计 [J], 李杨先;顾晓峰;浦寿杰
5.一种高增益带宽CMOS全差分运算放大器的设计 [J], 陈恒江;刘明峰;郭良权;王成
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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。
一种折叠共源共栅运算放大器的设计
一种折叠共源共栅运算放大器的设计关键词：运算放大器，ADC, DAC,模拟集成电路，混合信号集成电路，跨导运算放大器，共源共栅1 引言随着集成电路技术的不断发展，高性能运算放大器广泛应用于高速模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、开关电容滤波器、带隙电压基准源和精密比较器等各种电路系统中，成为模拟集成电路和混合信号集成电路设计的核心单元电路，其性能直接影响电路及系统的整体性能，高性能运算放大器的设计一直是模拟集成电路设计研究的热点之一，以折衷满足各种应用领域的需要。
许多现代集成CMOS运算放大器被设计成只驱动电容负载。
有了这样只有电容的负载，对于运放放大器，就没有必要使用电压缓存器来获得低输出阻抗，因此，有可能设计出比那些需要驱动电阻负载的运算放大器具有更高速度和更大的信号幅度的运算放大器。
通过在一个只驱动电容负载的运算放大器输出端只有一个高阻抗节点，可以获得这些提高，这些运算放大器在其他节点看到的导纳与MOS管的跨导在一个量级上，因此他们具有低阻抗。
有了所有相对低阻抗的内部节点，运算放大器的速度得到最大化，这里还应该提到的是：这些低节点阻抗使得所有节点而不是输出节点的电压信号降低，然而，各种晶体管的电流信号可能非常大，对这些运算放大器，应看到补偿通常是由负载电容达到的，这样，当负载电容变大，运算放大器通常变得更稳定也更慢，这些现代晶体管最重要的参数之一是他们的跨导值（即输出电流和输入电流的比）。
因此，一些设计者称这些现代运算放大器为跨导运算放大器或者运算跨导放大器（OTA）。
在各种OTA结构中，折叠共源共栅运放结构的运算放大器可以使设计者优化二阶性能指标，这一点在传统的两极运算放大器中是不可能的，特别是共源共栅技术对提高增益、增加PSRR值和在输出端允许自补偿是有用的。
这种灵活性允许在CMOS工艺中发展高性能无缓冲运算放大器，目前，这样的放大器已被广泛应用无线电通信的集成电路中。
本文介绍的运放是一种采用TSMC 0.18 μm Mixed Signal SALICIDE（1P6M，1.8V/3.3V）CMOS工艺的折叠共源共栅运放，并对其进行了DC，AC及瞬态分析，最后与设计指标进行比较。
一种高性能全差分运算放大器的设计
一种高性能全差分运算放大器的设计唐心亮;刘克智;王林锋【摘要】设计了一种具有高增益、大带宽的全差分折叠式共源共栅增益自举运算放大电路,适用于高速高精度流水线模数转换器余量增益电路(MDAC)的应用,增益自举运算放大器的主放大器和子放大器均采用折叠式共源共栅差分结构,并且主放大器采用开关电容共模反馈来稳定输出电压,该放大器工作在5.0V电源电压下,单端负载为2 pF,采用华润上华(CSMC)0.5 μm 5 V CMOS工艺对电路进行仿真测试,结果显示该运放的直流增益可达到126.3 dB,单位增益带宽为316MHz.精度为0.01％时的建立时间为4.3 ns.%In this paper, a high gain and high fully differential gain boosted operational fold cascade amplifier is proposed. The amplifier is designed for MDAC of pipelined analog-to-digital converter. Both the main amplifier and the boosted amplifier adopt fully differential fold-cascade structure. The main amplifier uses a switched capacitance common mode feedback circuit to stabilize the output. With 5.0 V power supply, this circuit is designed in CSMC 0. 5 μm CMOS process. Spectre simulation shows that the whole amplifier has the DC gain of 126.3 dB and the unity gain bandwidth of 316 MHz under 2 pF single ended load, and the settling time is 4. 3 ns with an accuracy of 0. 01%.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】6页(P50-55)【关键词】流水线ADC;增益自举;折叠共源共栅;采样电路【作者】唐心亮;刘克智;王林锋【作者单位】河北科技大学人事处,河北石家庄 050018;河北工业大学微电子技术与材料研究所,天津300130;渤海石油职业学院,河北任丘062550;河北工业大学微电子技术与材料研究所,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TN432随着无线通信技术的飞速发展，模拟系统对模数转换器的性能提出了越来越高的要求，因而高性能模数转换器的设计与实现已成为混合集成电路设计中的核心问题。
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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。
通过合理的电路拓扑结构和参数调整，可以满足设计要求，并获得较高的工作频率、增益和带宽。
在实际设计中，还需要考虑电源噪声、温度漂移等因素，并采取相应的措施进行优化。