一、套筒式(telescopic)单级单端输出运放
figure 1 套筒式运放原理图
设计思路:
图2是手算的记录:
figure 2 telescopic手算
M5和M6最难调整,可以将其余的偏置电压确定后,用parametricanalysis扫描一下这两管子的宽,确定一个精确值。在TSMC180nm工艺下,我的电路的参数如下:
Vcc | 3V | (W/L)9 | 12u/1u |
---|---|---|---|
Vcm | 1.2V | (W/L)7,8 | 60u/1u |
Vb1 | 1.3V | (W/L)5,6 | 27u/1u |
Vb2 | 1.6V | (W/L)3,4 | 13u/1u |
Vb3 | 775mV | (W/L)1,2 | 13u/1u |
CL | 3pF |
DC仿真结果如下:
ac仿真结果如下,低频增益78dB。
二、折叠共源共栅单级单端输出运放
figure 3 折叠共源共栅运放电路原理图
设计步骤与telescopic差不多,主要就是每个偏置电压需要多次仿真调节,M5和M6的宽长比很敏感,需要parametricanalysis扫描一下。图4是手算记录:
figure 4 折叠共源共栅运放参数手算
在TSMC180nm工艺下,电路参数如下表:
Vcc | 3V | (W/L)9 | 12u/1u |
---|---|---|---|
Vcm | 1.5V | (W/L)7,8 | 60u/1u |
Vb1 | 1.3V | (W/L)5,6 | 29u/1u |
Vb2 | 1.1V | (W/L)3,4 | 14u/1u |
Vb3 | 775mV | (W/L)1,2 | 12u/1u |
Vb4 | 2.2V | (W/L)9,10 | 70u/1u |
CL | 1pF | (W/L)11 | 54u/1u |
dc直流仿真结果如下图:
ac仿真结果如下图,低频增益69dB:
三、增益自举(Gain Booster)
增益自举原理如下图:
将折叠共源共栅运放改进成下面的电路,并给出仿真直流参数:
上面的电路的M5宽长比调节至关重要,要使其Vds恰好给M6提供偏置电压,而M6所需偏压和前述折叠共源共栅的M5和M6一模一样。在TSMC180nm工艺下,该电路参数如下表:
Vcc | 3V | (W/L)9 | 12u/1u |
---|---|---|---|
Vcm | 1.5V | (W/L)7,8 | 60u/1u |
Vb1 | 1.3V | (W/L)5 | 72u/1u |
(W/L)6 | 29u/1u | ||
Vb2 | 1.1V | (W/L)3,4,12 | 14u/1u |
Vb3 | 775mV | (W/L)1,2=2(W/L)13 | 12u/1u |
Vb4 | 2.2V | (W/L)9,10 | 70u/1u |
CL | 1pF | (W/L)11 | 54u/1u |
ac仿真结果如下图,低频增益69dB(不知为何增益没有提高,但是GBW增大了一倍,猜测是引入了零点):
四、总结
不管是折叠共源共栅还是套筒式,电流源负载管M5和M6的偏置电压和宽长比总是最敏感的,需要多次仿真调整。
对于增益自举电路的加入,没能提升共源共栅运放的增益这点有待深入学习。
给过驱动电压Von一般:NMOS小些,PMOS大些,二极管连接的PMOS小些。
全部0条评论
快来发表一下你的评论吧 !