全差分运放电路设计：高精度与高速特性

全差分运放电路是一种特殊的运算放大器电路结构，它主要用于提高信号处理的精度和抗共模干扰能力。在本文中，作者王彦和嵇楚详细探讨了全差分运放电路的设计原则以及几个关键步骤。 首先，设计要求是设计的核心，文中强调了几个重要的性能指标：直流增益（DC Gain）必须大于80dB，带宽增益（Gain-Bandwidth Product，GBW）要求大于50MHz，负载能力（Loading）为5pF，相位裕量（Phase Margin）大于60度，增益裕量（Gain Margin）大于12dB，斜率（Slew Rate）达到200V/us，共模电压范围（Commonmode Voltage）设定在2.5V（考虑到电源电压5V），共模反馈带宽（GBW of CMFB）要求超过10MHz。此外，还规定了输入噪声（Equivalent Input Noise）小于20nV/√Hz，输入失调电压（Input Offset Voltage）小于10mV，以及输出摆幅（Output Swing）要求每个通道至少2V，频率响应在±1Hz内。 电路结构的选择对于实现这些性能至关重要，设计者利用Slew Rate（200V/us）来决定电流路径中的电阻（R）和电容（C）。输入级的Slew Rate通过电容补偿方法确定，如选取2pF的电容值，而输出级的Slew Rate则相应地选择1pF，确保整个电路的性能。 参数计算部分着重于根据电路特性进行精确计算，包括电流的确定，以及如何通过调整电阻和电容来满足Slew Rate的要求。例如，通过计算得出电流I与Slew Rate的关系，同时考虑反馈网络（fb）、电感（L）和总电容（Ltotal）的影响，确保输出级的上升和下降时间（rise time 和 fall time）。 全差分运放电路设计的关键在于精细的参数匹配和优化，以满足高性能指标的同时保持良好的共模抑制比。通过严谨的计算和电路结构选择，可以实现高质量的信号处理，广泛应用于信号调理、测量和通信系统中。