本文中，小編將對(duì)CMOS運(yùn)放設(shè)計(jì)予以介紹，如果你想對(duì)它的詳細(xì)情況有所認(rèn)識(shí)，或者想要增進(jìn)對(duì)它的了解程度，不妨請(qǐng)看以下內(nèi)容哦。

一、CMOS運(yùn)放

CMOS運(yùn)放是一種常用的運(yùn)算放大器，具有其獨(dú)特的特性和應(yīng)用。CMOS運(yùn)放的主要特點(diǎn)包括：

開(kāi)環(huán)輸出阻抗：CMOS運(yùn)放的開(kāi)環(huán)輸出阻抗相對(duì)復(fù)雜，與帶寬和靜態(tài)電流等因素密切相關(guān)。不同型號(hào)的CMOS運(yùn)放在開(kāi)環(huán)輸出阻抗上存在顯著差異。此外，即使是同一型號(hào)的運(yùn)放，由于輸出負(fù)載吸取的直流電流不同，其開(kāi)環(huán)輸出阻抗也會(huì)有所不同。幸運(yùn)的是，運(yùn)放的負(fù)反饋機(jī)制可以幫助解決這些問(wèn)題。

相位裕度：相位裕度是判斷運(yùn)放負(fù)反饋穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。它涉及到運(yùn)放在負(fù)反饋狀態(tài)下的增益與頻率的三條曲線(xiàn)：開(kāi)環(huán)增益Aol、閉環(huán)增益1/β、環(huán)路增益Aol*β（簡(jiǎn)寫(xiě)為Aβ）。這三條曲線(xiàn)的相位與運(yùn)放負(fù)反饋的穩(wěn)定性密切相關(guān)，特別是環(huán)路增益Aβ曲線(xiàn)的相位是否在距離相移180°還存在45°的相位裕度，這是判斷穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。

二、雙端輸入單端輸出CMOS運(yùn)放設(shè)計(jì)實(shí)例

1.運(yùn)算放大器性能指標(biāo)

2.性能指標(biāo)到電路參數(shù)指標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化和分析

（1）直流增益和電路結(jié)構(gòu)

由于設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器的電壓增益在 100dB 以上，因此通過(guò)前面各種電路結(jié)構(gòu)的分析， 可以選擇折疊式共源共柵電路和一個(gè)簡(jiǎn)單放大器級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)所需的電路。這樣可以保證在較高的增益下，保證其他參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。電路結(jié)構(gòu)如圖6- 19所示。

（2）頻率補(bǔ)償，相位裕度和補(bǔ)償電容大小安排

在兩級(jí)放大器級(jí)聯(lián)運(yùn)放結(jié)構(gòu)中，在兩級(jí)放大器的輸出端都有可能產(chǎn)生較低頻的極點(diǎn)，因此需要頻率補(bǔ)償。通常頻率補(bǔ)償?shù)姆绞绞遣捎妹桌昭a(bǔ)償或帶調(diào)零點(diǎn)電阻的米勒補(bǔ)償。

（3）擺率 SR>5V/μs

所謂擺率是指各級(jí)電路對(duì)其負(fù)載電容的最大驅(qū)動(dòng)能力。對(duì)于第一級(jí)放大器:

考慮到過(guò)小的電流導(dǎo)致如果需要得到較大的 gm 時(shí)，需要更大的 MOS 管寬長(zhǎng)比值。我們由此可以將指標(biāo)規(guī)定的100μA 電流分配到兩級(jí)放大器中，一種比較合理的分配方法是第一級(jí)放大器分配 40μA，第二級(jí)放大器分配40μA，剩下20μA 作為余量備用。在第一級(jí)放大器中，分配給 M1,M2 差分對(duì)管各10μA 電流，M7~M12 管各10μA 電流，M4, M5 電流源分配20μA電流。

（4）共源共柵(Cascade)管和電流鏡管的寬長(zhǎng)比計(jì)算

（5）偏置電路的設(shè)計(jì)

放大器主電路的設(shè)計(jì)，但是并沒(méi)有說(shuō)明共源共柵管和電流鏡的柵端偏置電壓從何而來(lái)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往是給一個(gè)模塊電路提供一個(gè)由帶隙基準(zhǔn)(Bandgap Reference)產(chǎn)生的電流，或者由經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定的電流源電路提供的一個(gè)電流，并由 該模塊自身產(chǎn)生各管的偏置電壓。

在上面的計(jì)算過(guò)程中，使用了大量的理想條件和簡(jiǎn)單計(jì)算，很顯然在實(shí)際的設(shè)計(jì)中還需要對(duì)電路的參數(shù)優(yōu)化，同時(shí)要嚴(yán)格考慮版圖的匹配性。在完成基本計(jì)算后，我們可以通過(guò) Cadence 軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

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