二级密勒补偿运算放大器电路详解与设计教程

本篇文章主要介绍了电路描述中的一个关键组件——二级密勒补偿运算放大器在PX4飞控系统中的应用。文章首先概述了电路的基本结构，包括输入级和输出级的组成，以及偏置电路和相位补偿电路的作用。输入级由PMOS差分对（M1和M2）以及电流镜（M3、M4）和偏置电路M5构成，旨在增强抗共模干扰能力。输出级则由共源放大器M6和负载M7组成，通过M14和电容Cc实现相位补偿，采用RC密勒补偿技术。 在电路描述中，作者强调了从电流与电压转换的角度来理解运算放大器的工作原理，指出第一级和第二级分别负责电压到电流和电流到电压的转换。第一级通过差分输入和电流镜实现信号的放大和噪声抑制，而第二级则进一步放大并输出电压信号。 接下来，文章详细阐述了电路的静态特性，如共模输入范围、输出动态范围、单位增益带宽（GBW）、输入失调电压（包括系统失调、随机失调和工艺失配的影响）以及静态功耗。共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）、转换速率（SlewRate）和噪声性能也是重点讨论的内容，它们直接影响电路的性能和稳定性。 在电路设计部分，作者针对MOS工作区域、过驱动电压、约束分析等方面进行了深入探讨，考虑了对称性和失调、静态功耗、面积优化、直流增益、共模抑制比、电源抑制比、转换速率以及输入噪声等多个设计因素。相位补偿是设计的关键环节，通过计算参数和工作点分析，确保电路达到预期的性能。 文章还提供了HSPICE仿真的实例，包括电路网表的创建、静态功耗和工作点测试、动态性能（如直流增益、带宽和相位裕度）、共模抑制比、电源抑制比、噪声分析以及压摆率和输出动态范围的仿真结果。Cadence仿真的部分则涵盖了软件操作、原理图绘制、单管匹配、电路符号制作以及基本指标的仿真验证。 本文是一篇实用的运算放大器设计教程，深入浅出地解释了二级密勒补偿运算放大器在PX4飞控系统中的电路结构、性能指标和设计过程，对于理解此类电路设计以及提高飞控系统的稳定性具有重要意义。