二级运放等效电路比较与设计详解

本文档深入探讨了等效电路模型在国内外模拟CMOS运放设计中的应用，特别关注于二级运放的结构与特性分析。首先，作者通过图2.1展示了二级运放的层次结构，其中包含了一个共源共栅的Widlar电流源，利用M8-M13和RB来实现偏置电路，以减少沟道长度调制效应带来的误差，并为M14提供栅极偏置。偏置电路的设计是运放性能稳定的关键因素。 静态特性部分，作者在忽略M14调节电阻的情况下，构建了等效电路模型，如图2.2所示。每个放大器级被模型化为互导放大器，第一级的电压增益由输入电阻和互导决定，公式2.3给出了详细的计算关系。这强调了电路设计中电阻选择的重要性，以及它们如何影响放大器的性能指标。 接着，文档详述了二级运放的多个关键特性，包括频率特性、相位补偿、调零电阻、偏置电路的设计，以及各种性能指标如共模输入范围、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影响）、静态功耗、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）、转换速率（SlewRate）和噪声分析。设计指标部分对这些参数进行了量化评估，并提供了设计步骤和HSPICE及Cadence仿真的实际操作指南。 文章涵盖了从理论分析到实际设计的全过程，对于理解运放电路工作原理、优化设计参数以及进行模拟仿真具有很高的实用价值，特别适合初学者作为入门参考。无论是对于高级学生还是从事集成电路设计的专业人士，本文都是深入研究运放电路设计的重要参考资料。