二级密勒补偿运算放大器设计解析

"电路描述-国内外主要本体库比较分析研究" 本文主要探讨了COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构、工作原理及关键性能指标，适用于模拟电路设计和集成电路的学习。该运算放大器由四部分组成：输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 2.1 电路结构 两级运放电路图展示了基本的运算放大器设计。输入级由PMOS差分输入对M1和M2构成，用于抑制共模信号干扰。M3和M4形成电流镜，作为有源负载，而M5提供第一级的恒定偏置电流。输出级由M6和M7组成，M6作为共源放大器，M7同时提供偏置电流并作为第二级的输出负载。 2.2 电路描述 M1和M2组成的差分输入对将差分输入电压转化为差分电流，M3和M4则将差模电流转换回差模电压。第二级跨导级M6将差分电压信号转换为电流，而M7再将电流转化为电压输出。相位补偿电路由M14和Cc构成，形成RC密勒补偿，确保电路的稳定性。 电路分析中还涉及了以下关键概念： - 静态特性：描述了电路在直流条件下的工作状态，包括偏置电流、电压等。 - 频率特性：讨论了放大器的频率响应，包括增益带宽、截止频率等。 - 相位补偿：通过M14和Cc实现，保证电路的负反馈在高频时仍然有效，防止振荡。 - 调零电阻：用于调整电路的失调电压，提高线性度。 - 偏置电路：为各晶体管提供合适的偏置电流，确保其稳定工作。 - 设计指标：涵盖了共模输入范围、输出动态范围、单位增益带宽（GBW）、输入失调电压（系统失调和随机失调）、静态功耗、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）、转换速率（SlewRate）以及噪声性能。 3.1至3.9详细阐述了上述指标的定义和计算，对于电路设计至关重要。例如，GBW是衡量放大器频率响应的关键参数，而SlewRate则决定了输出电压随输入变化的速度。 4.1至4.5讨论了电路设计中的实际考虑，如MOS管的工作区域、过驱动电压的影响、各种约束分析，包括对称性、失调、功耗、面积、直流增益、CMRR、PSRR、转换速率和等效输入噪声。 5.1至5.9介绍了HSPICE仿真工具的使用，包括电路网表、静态功耗、增益、带宽、CMRR、PSRR、噪声和SlewRate的仿真。 6.1至6.5则涉及了使用Cadence软件进行电路设计和仿真的步骤，包括软件操作、原理图绘制、单管匹配以及仿真验证基本指标。 这篇文档深入剖析了二级密勒补偿运算放大器的设计与分析，提供了丰富的理论知识和实践经验，对模拟集成电路设计人员和学习者具有很高的参考价值。