二级密勒补偿运算放大器设计：过驱动电压与约束分析

"约束分析-px4飞控介绍" 本文主要探讨了运算放大器在设计过程中的关键考虑因素，特别是过驱动电压的影响以及约束分析。在运放设计中，过驱动电压是一个重要的参数，它对运放的性能有着显著影响。 过驱动电压（Overdrive Voltage）在多个方面决定着运放的性能。降低过驱动电压可以带来如下好处： 1. 增大共模输入范围，这是根据公式(3.1)得出的结论。 2. 提高输出摆幅，这由公式(3.2)所示。 3. 降低输入失调电压，如公式(3.10)所述。 4. 提高电压增益，这是根据公式(2.7)得出的。 5. 提升共模抑制比（CMRR），如公式(3.25)所示。 6. 增强负电源抑制比（Negative Power Supply Rejection Ratio, NPSRR），根据公式(3.37)。 7. 增大单位增益带宽（GBW），这是由公式(2.25)确定的。 然而，降低过驱动电压并非没有代价。它可能会降低MOS管的渡越频率，从而导致在GBW频率下可获得的最大电压摆幅减小，这一点可以通过公式(3.43)和(3.44)看出。此外，降低M1、M2的过驱动电压而增加M3、M4的过驱动电压，有助于降低低频运放的等效输入白噪声，这是根据公式(3.49)得出的。 在约束分析部分，文章强调了对称性和失调的平衡。为了保证对称性，MOS管的宽度和长度需要满足特定的关系，例如W1=W2，L1=L2，W3=W4，L3=L4。同时，设计中还需要考虑到无系统失调或工艺偏差的敏感性，这通过满足式(3.7)来实现。在偏置电路设计中，宽长比的匹配也很重要，例如(W/L)8=(W/L)9，(W/L)10=(W/L)11，而且可能简化设计，使得(W/L)12=4(W/L)13。M14的宽长比设计则需要考虑RHP零点补偿。 静态功耗是设计的另一个关键考量，目标是在2mW以内，电源电压为5V时，消耗电流需控制在400μA以内。通过设定M8的源漏电流IDS8为标准电流IB，并假设IDS5=k1IDS8，IDS7=k2IDS8，需要满足(4.1)式中的功率限制。 最后，电路的面积由14个MOS管面积、电阻RB和电容CC面积之和构成。MOS管面积包括栅面积和源、漏面积，即AMOS=AS+AD+WL。在Level 1模型中，这些参数需要根据库中的数据进行优化。 总结来说，本文深入解析了运算放大器的设计细节，尤其是过驱动电压的影响和设计约束，为理解运放性能提供了理论基础。无论是对新手还是经验丰富的设计师，这些知识都对设计出高性能、低功耗的运算放大器至关重要。