全差分电路放大分析详解

全差分放大的分析

Introduction

本文通过分析增益和噪声来更深入地探讨该话题，全差分放大器有着多个反馈路径，并且电路分析需要密切注意细节。我们必须注意包含Vcom 引脚从而保证一次完整分析。

Circuit Analysis

全差分放大器的电路分析遵循与通常单端放大器一样的规则，但是这里有一些微妙的地方可能不会被完全领会直到全部分析被做完为止。图1所示的分析电路使用来计算归一化电路公式和框图的，从这里开始，待定的dialup 配置可以被较容易地解决。电压定义也被需要使用从而达到特定的解决方案。

AF 是用来代表放大器的开环差分增益即V out+ －V out- =AF （VP-VN ）。这样认为差动放大器两边的增益时完美匹配的并且增益的变化也无关紧要。在负反馈的情况下，当AF>>1时，这通常是典型情况。 Input voltage definitions: ID IN IN V V V +-=-（1）

2

IN IN IC V V V +-

+=

（2） Output voltage definitions:

OD OUT OUT V V V +-=-（3）

2

OUT OUT OC V V V +-

+=

（4）

()OUT OUT P N V V AF V V +--=-（5）

V oc=V ocm （6）

这里有两个运算放大器：主差分放大器（从Vin 到V out ）和VOCM 误差放大器。VOCM 误

差放大器的操作是两者中较为简单的并且将会被我们优先考虑。他可以帮助我们回顾参考1中所示简化后的原理图。 V out+ 和Vout-被内部的RC 网络滤除并且求和。VOCM 放大器采集该电压并且将它与送入VOCM 引脚的电源相比较。内部反馈环路被用于驱动VOCM 误差放大的“误差”电压（在输入引脚之间的电压）至零，从而V oc=V ocm.这是上述方程给出的电压定义的基础。 在这里没有简单的方法分析主差分放大器，除了坐下来并写出一些节点分方程然后做代数运算将他们以实际的形式呈现出来。我们将会首先或缺一个仅基于节点分析的解决方案。然后我们将会利用方程1-6中给出的电压定义来得到输出电压的解决方案，即将他们看成是单端的；举个例子，V out+和V out-.这些是用于计算VOD 的。 解出Vn 和Vp 处的节点方程得到：

11()(1)()P IN OUT V V V ββ+-=-+和34

3434

()(

)()

P IN OUT R R V V V R R R R +-=+++ 通过设定：

3134R R R β=

+and 1

212

R R R β=+

VN 和 VP 可以被重新写成：

22()(1)()N IN OUT V V V ββ-+=-+（7） and 11()(1)()P IN OUT V V V ββ+-=-+（8）

利用上述方程，主差动放大器的框图可以被建立，就像图2所示的那样。框图是理解电路工作和调查其他变量的非常实用的工具。

根据5、7、8方程联立可以计算出：

2112()(1)()(1)[()(1)()(1)]OUT F OUT F F IN IN V A V A A V V ββββ+-+-+-+=---（9）

虽然这样很精确，但是当反馈路径部队称的时候，方程9有点不方便。通过实用方程1-4和方程6中给出的电压定义，我们可以得到更多实用的公式。 代替（V out-）=2V oc-(V out+) 和V oc= V ocm 我们可以写出：

21112()(2)2()(1)[()(1)()(1)]OUT F F OCM F F IN IN V A A V A A V V βββββ++-++-+=---

最后我们可以得出一个Vout+ 和β参数的方程式：

2

1

1R R β

β

-=

（10） 12212

12

1

(1)(1)2(

)12

(1)

IN IN OCM F

OUT F F V V V A V A A βββββββ+----+-++=

+++（11）

在理想放大器中，AF β1>>1和AF β2>>1这样化简为：

化简方程10 和方程11：

121

12(1)(1)2IN IN OCM OUT V V V V βββββ+-+---+=

+（12）

122

12

(1)(1)2IN IN OCM OUT V V V V βββββ+----+-+=

+（13）

通过上述方程可计算出Vod:

121212

12

2[(1)(1)]2()

12(1)

IN IN OCM OD F F V V V V A A ββββββββ+----+-=

+++（14）

在理想放大器中，AF β1>>1和AF β2>>1这样化简为：

121212

2[(1)(1)]2()

IN IN OCM OD V V V V ββββββ+----+-=

+（15）

通过方程12、13、15可以得出：尽管全差分放大器很明显是堆成反馈使用的，但是增益可以仅仅被反馈路径控制，

在图1的分析电路中使用匹配的电阻

3

124

R R R R =

会使得反馈路径平衡从而β1=β2=β， 11

1

1out out in in F V V V V A βββ

+-+---=⨯

-+ 在输入和输出端的工模电压并没有进入到方程中，VIC 被抑制了。并且VOC 是由VOCM 上电压设定的，理想增益（假设AF β>>1）是由一下比例设定的：

2

1

1R R β

β

-=