二級放大器分析,version2

Cadence原理圖

其中的偏置用電流源代替

小信號分析

輸入級放大電路由 M1～M5 組成。M1 和 M2 組成 PMOS 差分輸入對，差分輸入與單端輸入相比可以有效抑制共模信號干擾；M3、M4 電流鏡為有源負載；M5 為第一級提供恒定偏置電流。

輸出級放大電路由 M6、M7 組成。M6 為共源放大器，M7 為其提供恒定偏置電流同時作為第二級輸出負載。相位補償電路由 M14 和 Cc 構成。M14 工作在線性區，可等效為一個電阻，與電容 Cc 一起跨接在第二級輸入輸出之間，構成 RC 密勒補償。

此外從電流與電壓轉換角度對電路進行分析也許更便于理解，此時可以將繪出運放的層次結構如上圖 所示。M1 和 M2 為第一級差分輸入跨導級，將差分輸入電壓轉換為差分電流。M3 和 M4 為第一級負載，將差模電流恢復為差模電壓。M6 為第二級跨導級，將差分電壓信號轉換為電流，而 M7 再將此電流信號轉換為電壓輸出。

公式推導

增益

上圖每一級都是互導放大器，由于第一級差分輸入對管M1與M2相同，

R1表示第一級輸出電阻，其值為

則第一級的電壓增益

對于第二級有

第二級的電壓增益

所以總的直流開環增益是

同時

所以

單位增益帶寬積

GBW和SR都可以反應運放的高頻性能，線性放大器主要有GBW決定，開關電泳濾波器要得到更高的頻率主要有SR決定。

靜態功耗

一旦電源電壓確定，靜態功耗取決于各支路靜態電流總和。考察各路電路，可以知道，此運放的靜態功耗為

電流的分配受其他性能指標的影響，比如GBW、轉換速率、噪聲性能等。

共模抑制比

調零電阻

在第一級輸出與Cc之間串聯一個電阻Rz,通過調節電阻的大小，便可以移動右半平面零點的之作用，將零點移到左半平面并與第二極點重合，這樣就可以消除第二個極點，但是由于工藝波動和寄生電容的影響，會使計算參數偏離。

壓擺率

壓擺率也稱轉換速率。壓擺率可認為，當輸入運放一個階躍信號時，運放輸出信號的最大變化速度。