电子电路大全(PDF格式)-第96章
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种情况， 4 和 5 的值通常设在 3 和 2 3 之间。
129
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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：
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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
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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
