电子电路大全(PDF格式)-第70部分

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而且稳定性好。　　



　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　图　13…1　　n　沟道输入折叠共源共栅运算放大器　　



　　　　折叠共源共栅电路在差分放大器中不要求准确的电流平衡，因为额外的直流可以流进　



或流出电流镜。在电路结构中，因为M1　和M2　的漏极连接到M4　和M5　的漏极，因此可以获得　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I　　I　　　I　

正输入共模电压。需要设置折叠共源共栅运算放大器的偏置电流　3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4　　　5　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　和　　　，不至于使共　



源共栅电流镜的直流电流为零。如果电流为零，就会使重新导通有个时延，因为寄生电容　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　v　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I　

必须被充电。例如：设　in　足够大，从而使M1　导通，M2　截止，那么，所有的　3　　电流流过M1　



　　　　　　　　　　　　　　　I　=I　　　I　=0　　　　　　　I　　　I　　　　I　　　　　　　I　

而不流过M2，结果　1　　　　　　　　3　　，　2　　。如果　4　和　5　小于　3　　，那么　6　将会是零。为了避免这　



　　　　　　　I　　　I　　　　　　　　　　　　I　　　　I　

种情况，　4　和　5　　的值通常设在　3　和　2　3　之间。　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　129　　


…………………………………………………………Page　578……………………………………………………………

13。2　折叠共源共栅运算放大器的小信号模型　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图　13…2　折叠共源共栅运算放大器的小信号模型　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R　　　　　R　

　　　　折叠共源共栅运算放大器的小信号差分输入电压增益如图　11…2　所示。标注为　　A　　和　　B　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R　　　　　R　

电阻是分别从M6　和M7　的源极看进去的电阻。则求得　A　　和　　B　　分别为：　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　

　　　　　　　　　　　　　　　r　　　＋R　　＋　

　　　　　　　　　　　　　　　　ds　6　　2　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　gm10　　　　1　

　　　　　　　　　R　　　=　　　　　　　　　　　　　　　　　≈　

　　　　　　　　　　　A　

　　　　　　　　　　　　　　　　　1＋gm　6rgs　6　　　　　gm　6　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…1）　　



　　　　和　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　r　　　＋R　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ds　7　　　　9　

　　　　　　　　　R　　　　=　　　　　　　　　　　　　　　≈r　

　　　　　　　　　　　B　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ds　

　　　　　　　　　　　　　　　　1＋gm7rgs　7　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…2）　　

　　　　式中：　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R9　　≈gm9rds　9rds11　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…3）　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　i　

　　　　　图　13…2　的小信号电压传递函数可如下求得。电流　10　写为：　　



　　　　　　　　　　　　　　　　…g　m　1　（rds　1　　&rds　4　）vin　　…gm1vin　

　　　　　　　　　i　　　=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　≈　

　　　　　　　　　　10　

　　　　　　　　　　　　　　　　2＇R　　　　　　　（r　　　　　　r　　　）＇　　　　　　　　2　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＋　　&　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A　　　　　　ds　1　　　ds　4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…4）　　



　　　　　　　　　i　

　　　　　　　　　　7　

　　　　　电流　　可以表示为：　　



　　　　　　　　　　　　　g　m　2　（rds　2　&rds5　）vin　　　　　　　　　　gm　2vin　　　　　　　　　　　　　gm　2vin　

　　　　　i　=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　≈　

　　　　　7　　　　　　　　R9　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R9　（gds　2　　＋gds　5　）　　2（1＋k　）　

　　　　　　　　　　2＇　　　　　　　　＋（r　　　　&r　　　）＇　　　　2＇1＋　　　　　　　　　　　　　　　　　　＇　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ds　2　　ds5　

　　　　　　　　　　　　gm　7rds　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　gm　7rds　7　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…5）　　



　　　　式中低频不平衡因子k定义为：　　



130　　　　


…………………………………………………………Page　579……………………………………………………………

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R　　（g　　　＋g　　　）　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　9　　　ds　2　　ds　5　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　k　=　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　g　m　7rds　7　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…6）　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　v　　　　　　　i　　　　i　　　　　　　　　　R　

　　　　k的典型值大于　1，输出电压　　out　　等于　　7　　　　　　　与　1　0　之和流过　　　　　II　，因而，　　



　　　　　　　　　vout　　　gm1　　　　　gm　2　　　　　　　　　2　＋k　

　　　　　　　　　　　　　=（　　　　　＋　　　　　　　　）RII　=（　　　　　　　）gm　1RII　

　　　　　　　　　　　　　　　　　2　　　　2（1　　　）　　　　　　　2　　　2　

　　　　　　　　　　v　　　　　　　　　　　　　　＋k　　　　　　　　　　　＋　k　

　　　　　　　　　　　in　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…7）　　



　　　　　　　　　　　　　　　　R　

　　　　式中的输出电阻　　　　　　　II　为：　　



　　　　　　　　　　　　R　　　≈g　　　r　　r　　　　&＇g　　r　　　（r　　&r　　　）＇　

　　　　　　　　　　　　　II　　　　m　9　ds　9　ds11　m　7　ds　7　ds　2　ds　5　　　　　　　　　　　　　　　　（13…8）　　



　　　　　　　图　13…1　折叠共源共栅运算放大器的频率响应主要由输出极点确定，输出极点为：　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　…1　

　　　　　　　p　out　=　

　　　　　　　　　　　　　　R　　　C　

　　　　　　　　　　　　　　　　II　out　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13…9）　　



　　　　　　　　　C　

　　　　式中，　　　　out　　是从运算放大器的输出节点到地的所有电容。输出极点成为主极点取决　



于没有其他小于GB值的极点，GB值等于式（13…7）和（13…9）的乘积。非主极点在M6、M8、M10　



和M11　的漏极节点A和B。　　　　



　　　　我们应该注意到，折叠共源共栅电路在差分放大器中不要求准确的电流平衡，因为额　



外的电流可以流出或流进电流镜。因为M1　和M2　的漏极连接到M4　和M5　的漏极，因此可以获　



得正输入共模电压。应该设置折叠共源共栅运算放大器的偏置电流I4，I3　和I5，不至于使　



共源共栅电流镜的直流电流为零。如果电流为零，就会导致使重新导通有个时延，因为寄　



生电容必须被充电。例如，设vin足够大，从而使M1　导通，M2　截至，那么所有的I3　电流流　



过M1　不流过M2，结果I1=I3，I2=0。如果I4　和I5　小于I3，那么I6　将会是零。为了避免这种　



情况，I4　和I5　的值通常设在I3　和　2I3　之间。不过这种折叠结构，功耗会较大，折叠点处　



寄生电容高等缺点。　　



13。3　折叠共源共栅运算放大器的设计方法　　



表　13…1　本次设计给定的设计指标要求　　



　　　　性能参数　　　　　　　　　　　　　要求　　　　　　　　　　　　　　　　性能参数　　　　　　　　　　　　　　要求　　



　　　　相位裕度　　　　　　　　　　　　　》60　度　　　　　　　　　　　　　负载电容　　　　　　　　　　　　　　10PF　　



　　　　开环增益（低　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5000V/V　　　　　　　　　　　共模输入范围　　　　　　　　　　　　…1。5V～2。5V　　

频）　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Vdd　＝　…Vss　＝　

　　　　输出电压　　　　　　　　　　　　　…2V～2V　　　　　　　　　　　　电源电压　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2。5V　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　131　　


…………………………………………………………Page　580……………………………………………………………

　　　　　　压摆率　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　》10V/us　　　　　　　　　　　　　　　　　　直流功耗　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10MHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　输出信号　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单端输出　　



　表　11…2　折叠共源共栅运算放大器相关指标的计算步骤　　



步骤　　　　　　关系/要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　设计公式/约束条件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　注释　　



　　1　　　　　　　　摆率　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I　3　=SR　*CL　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—　　



　　　　　　　　输出共源共　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　避免共源共栅的　

　　2　　　　　栅的偏置电　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I　4　=I5　=1。2I3　　~1。5I3　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　零电流　　

　　　　　　　　　　　　流　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　V　　　　　（饱和）=　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2I　　　　　　　　　　　　　2I　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　SD　5　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S　　=　　5　　　　　　　　　　S　=　　7　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5　　　　　　'　　2　　　　　7　　　　　'　　2　

　　　　　　　　最大输出电　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K　　V　　　　　　　　　　　　K　　V　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　P　　SD　5　　　　　　　　　P　　SD　7　　　　　　　　　　　　　　　　　V　　　　　（饱和）=　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　SD　7　



　　3　　　　压　vout　　　（最　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　假设　S　　　　=S　　　　=S　　及　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4　　　　14　　　　　5　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　V　　　　　…V　

　　　　　　　　　　　大）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　DD　　　　　out　max　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S　　=S　　　　=S　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　13　　　　6　　　　　7　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2I　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　11　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S　　　=　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　11　　　　　'　　　2　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K　　V　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N　　SD　11　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　V　　　　　（饱和）=　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　SD　9　



　　　　　　　　最小输出电　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2I　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S9　　=　'　　　　92　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　V　　　　　（饱和）=　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　SD　11　

　　4　　　　压　v　　　　　　（最　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K　　V　

　　　　　　　　　　　out　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N　　SD　9　



　　　　　　　　　　　小）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　V　　　　　　　…｜　V　　　｜　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　假设　S　　　　　=S　　　　及　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　out　min　　　SS　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10　　　　11　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S　　=S　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　8　　　　　9　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R　　=V　　　　　　　（饱和）/　I　　　　　　　　

　　　　　　　　自偏置共源　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　　　DS　13　　　　　　　　　　　12　

　　5　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—　　

　　　　　　　　　　　共栅　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R　　=V　　　　　　（饱和）/　I　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　　　　　DS　8　　　　　　　　　　　　6　



　　　　　　　GB　=g　　　　　　/　C　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　g　2　　　　　　　　　2　　2　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　GB　C　

　　　　　　　　　　　　　　　m1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　m1　　　　　　　　　　　L　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　=　=　　　　　　　　　　　　=　　　　　　　　　　　　

　　6　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S　　　　　S　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　　　2　　　　　　'　　　　　　　　　'　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K　　　I　　　　　K　　　I　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N　　3　　　　　　　N　3　

　　　　　　　　　　　　　　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2I　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S　　=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3　

　　7　　　　　最小输入CM　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　'　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I　3　　　　　　　　　　2　　　　　　　　　　　　　　　　—　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＇　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K　　　　V　　　　　　…V　　　　　　　　　　　　　　　…V　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N　　　　in　min　　　SS　　　　　　　　'　　　　　　　　T　1　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K　　　S　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N　　1　



　132　　　　


…………………………………………………………Page　581……………………………………………………………

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2I　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　S4　和　S5　必须满　

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