电子电路大全(PDF格式)-第98章
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g m = 2 ×75 ×110×36。36 =774。6uS
S8，S9，S10，S11：
g ds =75 ×10…6 ×0。04 =3uS
和
S1，S2：g mI = 2 ×50 ×110×35。9 =628uS 和 g ds =50 ×10…6 ×0。04 =2uS
于是得出：
1 1
R9 ≈g m9 Rds 9 Rds 11 =（774。6uS ） =86。07MΩ
3uS 3uS
134
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1 1 1
R ≈（86。07MΩ） （774。6uS ） =19。04MΩ
3。75uS 2uS 6。25uS
R9 （g ds 2 ＋g ds 4 ） 86。07MΩ（2uS ＋6。25uS ）（3。75uS ）
k = = =3。4375
g m 7 rds 7 774。6uS
小信号、差模输入电压增益是：
2 ＋k 2 ＋3。4375 …3 …6
Avd =（ ）g mI R =（ ）0。628 ×10 ×19。40 ×10 =7464V / V
2 ＋2k 2 ×4。4375
该增益大于指标的要求，但这应该是允许的。
用共源共栅结构的运算放大器可以使设计者优化二阶性能指标，这一点在传统的两级
运算放大器中是不可能的。特别是共源共栅技术对提高增益、增加PSRR值和在输出端允许
自补偿是有用的。这种灵活性允许在CMOS工艺中发展高性能无缓冲运算放大器。目前，这
样的放大器已被广泛用于无线电通信的集成电路中。
13。4 折叠共源共栅运算放大器的仿真
在现代IC的设计过程中，电路的计算机仿真起着重要的作用。通过我们对上面电路的
分析及介绍，随着人们对半导体器件工作过程的本质认识，己经建立起了对电路工作过程
模拟的越来越精确的模型。与特定工艺提供的仿真模型参数相结合，使得电路仿真结果愈
来愈与实际芯片的最后测量参数值相符合，这就大大节约了芯片的设计、制造成本，为现
代IC 设计的快速、方便、精确提供了一条捷径。
EX 11。1 CASCODE OP AMPS
。option post=2 numdgt=7 tnom=27
*VIN＋ 1 0 DC 0 pwl（0 …1 10n …1 20n 1 1u 1 1。01u …1 2u …1 2。01u …。1 3u …。1
3。01u 。1
*＋4u 。1 4。01u …。1 5u …。1）
VIN＋ 1 0 DC 0 ac 1
VNI 2 0 dc 0 ac 0
VDD 3 0 DC 2。5
VSS 0 4 DC 2。5
CL 5 0 10PF
X1 1 2 3 4 5 OPAMP
。SUBCKT OPAMP 1 2 3 4 5
m1 8 1 6 4 NMOSl l=1u w=35。9u
m2 9 2 6 4 NMOSl l=1u w=35。9u
m3 6 7 4 4 NMOSl l=1u w=91。6u
m4 8 11 3 3 PMOSl l=1u w=80u
m5 9 11 3 3 PMOSl l=1u w=80u
135
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m6 13 12 8 8 PMOSl l=1u w=80u
m7 5 12 9 9 PMOSl l=1u w=80u
m8 14 13 15 4 NMOSl l=1u w=36。36u
m9 5 13 16 4 NMOSl l=1u w=36。36u
m10 15 14 4 4 NMOSl l=1u w=36。36u
m11 16 14 4 4 NMOSl l=1u w=36。36u
m12 12 7 4 4 NMOSl l=1u w=114。53u
m13 11 12 10 10 PMOSl l=1u w=80u
m14 10 11 3 3 PMOSl l=1u w=80u
R1 11 12 2K
R2 13 14 2K
VBIAS 7 0 …1。6
。MODEL NMOSl NMOS VTO=0。70 KP=110U GAMMA=0。4 LAMBDA=0。04 PHI=0。7
＋MJ=0。5 MJSW=0。38 CGBO=700P CGSO=220P CGDO=220P CJ=770U CJSW=380P
＋LD=0。016U TOX=14N
。MODEL PMOSl PMOS VTO=…0。7 KP=50U GAMMA=0。57 LAMBDA=0。05 PHI=0。8
＋MJ=0。5 MJSW=0。35 CGBO=700P CGSO=220P CGDO=220P CJ=560U CJSW=350P
＋LD=0。014U TOX=14N
。ENDS
。op
*。tf v（3） vi1
。dc VIN＋ …0。005 0。005 100u
。print dc v（5）
。ac dec 10 1 10MEG
。print ac vdb（5） vp（5）
*。dc VIN＋ …2。5 2。5 0。1
*。iplot v（5）
*。tran 0。05u 5u 0 10n
*。print v（5） v（1）
。end
13。4。1 开环特性的仿真
采用如图 13…3 所示的电路图可以成功的仿真出折叠共源共栅运算放大器的开环特性。
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图 13…3 开环增益测试图
1）开环传输特性的仿真
折叠共源共栅运算放大器的同相输入端加上直流扫描电压，从…2。5V扫到 2。5V，其直
流传输特性如图 13…4 所示。
图 13…4 折叠共源共栅运算放大器的开环传输特性分析
从图 13…4 中可以看出电压的正向摆幅为 1。8V，负向摆幅为…2。2V。
2）开环传递函数频率响应
对于折叠共源共栅运算放大器的交流特性，我们从运算放大器的开环幅频、相频响应
方面进行分析。
图 13…5 折叠共源共栅运算放大器的幅频分析
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图 13…6 折叠共源共栅运算放大器的相频分析
从图 13…5 中可以看出，该运算放大器的开环电压增益为 77dB，约为 7000 V/V，大于
5000 V/V，GB为 11MHz，满足设计要求。从图 13…6 中可以看出，该运算放大器的相位裕度
为 90O左右，大于600 ，满足设计的要求。
13。4。2 闭环特性分析
采用如图 11…7 所示的电路图可以成功的仿真出折叠共源共栅运算放大器的闭环特性。
图 13…7 运算放大器的闭环特性测试图
1）输入共模特性仿真
图 13…8 折叠共源共栅运算放大器的输入共模特性
从图 13…8 中可以看出，当折叠共源共栅运算放大器的同相输入端加上直流扫描电压，
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从…3。0V扫到 3。0V时，最小输入共模电压为…1。5V，最大输入共模电压为 2。5V，达到了设计
要求。
2）单位增益瞬态响应
通过测试我们得到运算放大器的瞬态特性为：
图 13…9 折叠共源共栅运算放大器的瞬态特性
由图 13…9 可以明显看出，在一定的输入脉冲条件下，电路的输出摆率约为 20V/us，
大于 10 V/us，满足设计要求。
13。4。3 结果汇总
以上是对具体的性能的仿真测试图及仿真结果，整个折叠共源共栅运算放大器的性能
总结如表 13…3 所示：
表 13…3 折叠共源共栅运算放大器的性能参数
性能参数 仿真结果 性能参数 仿真结果
相位裕度 700 开环增益（低频） 5910 V/V
输出电压 …2。5V～2。5V 共模输入范围 …1。8V～2。5V，
GB 10MHz 输出信号 单端输出
压摆率 26V/us 直流功耗 1。875mW
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第 14 章 运算放大器工程设计
设计一款工程用运算放大器，考虑多级运算放大器设计的指标与结构之间的关系以及
