全差分运放电路的设计

一个全差分运放电路的设计
王彦、嵇楚

内容安排
• • • • • 1）运放的设计要求 2）结构的选取 3）参数计算 4）仿真结果 5）性能指标

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DC gian: Gain Bandwidth: Loading: Phase margin: Gain margin: Slew rate: Common mode: GBW of CMFB: Equivalent input noise: Input offset voltage: Output swing:
一、设计要求(spec)
>80dB >50Mhz =5pF >60 degree >12dB 200V/us 2.5 V(VDD = 5V) >10 Mhz <20 nV / Hz <10 mv > ± 2v (each output)

二、电路结构

三、参数计算
• 1）由Slewrate(200V/us)和C L (5pF) 确定各路 • 电流： 采用R、C电容补偿的方法，选取 C C=2pF 输入级决定的Slewrate： I4 SRrise = CC ，得: I 4 = 400 µ A ，I 9 = 400µA 输出级决定的Slewrate:
SR fall = I6
选取Cfb =1pf，得:
C Ltotal
=
I6 CC + C L + C fb
I 6 = 1.6mA

2)输入级跨导gm1选取
• DC gain>80dB，
AV 0 = 2 × AV 1 × AV 2 = 2 × g m1 g m5 g g m5 × ≈ 2 × m1 × 1 g g ds 3 g + g + 1 g ds 3 + ds 2 g ds1 g ds 5 + g ds 6 + ds 5 ds 6 R fb R fb gm2
其中：
g ds = λI ds =
VE I ds L
另外，由于miller电容补偿效应，主极点
P1 ≈ g ds 3 2π * AV 2 C C g m1 > 50 MHz 2π C C GBW = AV 1 × AV 2 × P1 ≈
g m1 > 6.28 *10 −4 −4 取： g m1 = 7 *10

3)输出级跨导gm5的选取
• 输出级引入次极点
Cc Vin Cp +
RO
A
为输入级的寄生电容
Vo
CL + Cfb
F=
CC CC + C P
P2 ≈
0
g m5 CC 2π(C L + C fb ) CC + C P
GBW
GBW ) > 600 θm = 90 − arctan( P 2 GBW gm1 CL + Cfb 1 = < P gm5 CC 3 2
Phase Margin
P2
P1
g m 5 > 3 3 g m1
取
g m 5 = 8 * g m1 = 56 *10 −4

4)管子参数的选取
• 由模型文件提供:
µ nCox = 95 *10 −6 µA / V 2 µ p Cox = 31*10 −6 µA / V 2 VTp ≈ −1V VTn ≈ 0.73V

4)M1、M5、M7管子的 选 择
W L
g m1(A,B) = 2βI1 = β I 5
( W1 40 ) A, B = L1 1
W7 20 ( ) A, B = L7 1
(
W7 40 )C = L7 1
g m 5 ( A, B ) = 2βI 6
W5 103 ( ) A, B = L5 1

4)M4、M6、M9管子的 选择
W L
• 由于output-swing>4V，取电流源的饱 V 和压降为0.5V： DSAT 6 = 0.5
W6 2 1 I 6 = µ p Cox VDSAT 2 L6
W6 400 ( ) A, B = L6 1
W4 100 = L4 1
W9 100 = L9 1

四、仿真结果1）

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5V

G Ω

5)Input offset voltage

•计算出各管的域值电压偏差和相应的宽长比偏

差，代入model和网表后，采用monte

carlo法分析，输入电压一端固定为2.5V,另一

端则以2.5V为基准进行DC扫描，当输出为

2.5V时，相应的扫描电压va即为失调电压。

.DC va–10m 10m 0.1m monte=30

input offset voltage: 3.3mv

↓

↑TN TP V V

↑

TN V ↓

TP V

6)Equivalent input noise(.nosie)

7)

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五、

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•gain bandwith:51.6MHz •

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Thanks