模拟集成电路设计 课件 第5章 高性能运算放大器.pptxVIP

第5章高性能运算放大器

High-performanceOPAMP

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5.1套筒式共源共栅运算放大器(TelescopicCascodeOPAMP)

5.2折叠式共源共栅运算放大器(FoldedCascodeOPAMP)

5.3高增益运算放大器(GainBoostingOPAMP)

5.4轨对轨运算放大器(RailtoRailOPAMP)

5.5全差动(共模反馈)运算放大器(FullyDifferentialOPAMP)

5.6输出驱动级(OutputStage)

第5章高性能运算放大器

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第5章高性能运算放大器

—增大输出电压摆幅

减小静态功耗—→

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■左右两边管子尺寸和特性完全对称

PMOS共源共栅电流镜(M5~M8)把M3和M4的差动电流转换成单端

输出电压Vout

差模电压增益高

VDD(TelescopicCascodeOPAMP)

5.1套筒式共源共栅运算放大器

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以下分析中，假定所有管子的阈值电压相等，用VTH表示，所有管

子的过驱动电压相等，用Verr表示，PMOS管取其绝对值。

1)输入共模电平：

Vcm,min=VGsi+Veff₉=VTH₁+Veffl+Veff₉=VTH+2Veff

Vcm,max=Vb-VGs₃+VTHI=Vb-(VTH₃+Veff₃)+VTH₁=Vb-Veff

2)直流偏置电压V,的取值范围：

Vb,min=VGs₃+Veff₁+Vefr₉=VTH₃+Veff₃+Veffi+Veff₉=VTH+3Veff

Vb,max=VDD-VGs7-VGss+VTH3=VDD-(VTH7+Veff₇)-(VTH₅+Veff₅)+VTH3=VDp-VTH-2Vef=VDp-(VTH+2Vf)

3)输出电压Vout的摆幅：

Vout,min=Vefr₉+Veff₂+Veff₄=3Veff

Vout,max=VDD-Veff₈-Veff₆=VDp-2Veff(作为有源负载使用时，可以不考虑左边M5和M7消耗的额外电压余度，只要保证M6和M8工作在饱和区即可)

5.1套筒式共源共栅运算放大器

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VDD

为了提高ICMR,Vb需取较大的值。

VbVcm,max

VTH+2Veff

Vb,max

Veff

2Veff

Vout,max

OutputRange

5.1套筒式共源共栅运算放大器

上图所示电路的输入共模电压范围和输出电压摆幅

ICMR

Vb,min

Vcm,min

VTH+2Veff

Vout,min

3Veff

VTH+3Veff

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(TelescopicCascodeOPAMP)

左右两边管子尺寸和特性完全对称采用宽摆幅PMOS共源共栅电流镜(M5~M8),与前面电路相比增大

了输入共模电压的范围。

差模电压增益高：与前面电路相同

5.1套筒式共源共栅运算放大器

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以下分析中，假定所有管子的阈值电压相等，用VTH表示，所有

管子的过驱动电压相等，用Verf表示，PMOS管取其绝对值。

1)输入共模电平：

Vcm,min=VGs₁+Vefr₉=VTH₁+Veff₁+Veff₉=VTH+2Veff

Vcm,max=Vb₁-VGs₃+VTHI=Vb₁-(VTH₃+Veff₃)+VTH₁=Vb₁-Veff

2)直流偏置电压Vb₁的取值范围：

Vb1,min=VGs₃+Veffi+Veff₉=VTH3+Veff₃+Veffi+Veff₉=VTH+3VeffVb1,max=VDD-VGs₇+VTH₃=VDD-(VTH7+Veff₇)+VTH₃=VDD-Veff

3)输出电压Vout的摆幅：

Vout,min=Veff₉+Vefr₂+Veff₄=3Veff

Vout,max=VDD-Veff₈-Veff₆=VDD-2Veff

5.1套筒式共源共栅运算放大器

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Vb₁需取较大的值。

Vb₁Vcm,max

ICMR

Vcm,min

VTH+2Veff

VDD

VDp-IVGs₇l+IVTHl-IVGss|

为了提高ICMR,Vb2,max—

Veff

Vb₁,min

VTH+3Veff

OutputRange

Vout,min

3Veff

5.1套筒式共源共栅运算放大器

上图所示电路的输入共模电压范围和输出电压摆幅

2Veff

Vout,max

Veff

Vb₁,max

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对于PMOS