简易实现1:3电流镜稳定GM值的轨到轨运算放大器设计(个人实践第一篇)
最编程
2024-07-24 19:38:46
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- 工艺及指标
本项目采用CSMC .25工艺
它的工作范围为2.7V至5.5V(共模电压)
GBW增益带宽积为6.5MHz
SR压摆率为5V/μs
5V时静态电流为670μA
提供轨到轨的输入输出范围。
- 原理图及原理分析
- 来源:参考sansen《模拟集成电路设计精粹》P211页 1116电路。
- 第一版理想元件下的电路图:
- 设计偏置及+dummy之后最终版的电路图
- 恒定跨导的轨到轨输入级原理
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- :采用nmos和pmos并联的形式扩展输入共模电压
- 两个由一个开启管控制的1:3电流镜,用于补偿电源轨附近的gm
- 偏置电路
具体工作原理参考sansen书p211页(看不懂)或者b站视频《恒定跨导款输入范围》(很简明)。
我的理解:
A. 设计时先使N差分对管与P差分对管的gm一致(考虑到NMOS的载流子迁移率是PMOS的三倍,一般PMOS的W/L要设计成NMOS的三倍),这样由于gm=Iout/vin ,gm,tot=gm,n+gm,p=2gm(并联引出的电流叠加)。 B. 下图是未补偿三倍电流前的gm及存在的问题:
C. 问题:在电源电压轨道附近的gm,tot是单独的一半。
D. 三倍电流镜工作原理:
当V,cm很大的时候,P对管截止,IB电流全分给Mrn,经过1:3电流镜补偿给IB 使得N对管单独工作的时候有VDD/2时四倍的电流,由于gm和ID均方的关系,此时gm就约等于VDD/2的gm,以Vin,cm扫描,看Id的变化再用candence中的公式工具,得出gm随Vin,cm的变化如下:
突起原因:在阈值电压附近Mrn和Mrp不能瞬间关闭或打开,有一定的时间,导致总电流会叠加增大。
- 单端输出的折叠共源共栅放大器(输入端在前面):
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- :单端输出(没啥好讲的,拉扎维第九章一摸一样的电路,具有单端共模电压确定的特性)
- Class AB的驱动电路,浮动电压源(待会讲输出讲)
- Class AB输出及驱动浮动电压源电路:
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- :浮动电压源:使静态时输出管有较小的输出电流,动态时提供需要的大电流。
- :class AB电路:在电平低的时候导通角360°,在电平高的时候导通角180°,即节省了功耗又消除了B类功放会产生交越失真的问题。
- :浮动电压源的偏置电路