提升运算放大器性能：Cascode与GainBoosting技术详解

本教学资料由清华大学微电子研究所的池保勇提供，主要针对运算放大器（运放）的设计与分析，涵盖了运放电路的核心知识点。主要内容包括： 1. 两级基本运放的问题与改善：首先，讲解了两级基本运放常见的问题，如电压增益不足、稳定性较差（尤其是面对电容负载时，相位裕度减小）以及电源抑制比（PSRR）低。这些问题主要是由于输入电阻较低、跨导不够大和输出阻抗低等因素引起的。 2. Cascode技术的应用： - 第一级的Telescopic Cascode：这种结构用于提升第一级的增益和输入阻抗，有助于改善稳定性。 - 第二级的Cascode：同样用于增强性能，可能包括有源Cascode技术，通过增加偏置电流来增大跨导。 3. 折叠Cascode技术：这是一种优化的Cascode结构，旨在提高电路效率和性能。 4. GainBoosting：这是一种有源补偿方法，通过额外的电路结构来进一步增强运放的电压增益。 5. 带缓冲输出级的运放：考虑到了输出信号的驱动能力，设计中加入了缓冲电路，以减少输出负载对信号的影响。 6. 运放的宏观模型：介绍了如何用简化模型来描述运放的行为，这对于理解和设计运放电路至关重要。 7. 解决方案与提高增益的途径： - 增加增益级：虽然可以提高增益，但会牺牲系统稳定性，且需要复杂的频率补偿。 - 调整级间参数：如增大偏置电流（导致功耗增加）、调整晶体管尺寸（增加寄生电容）或采用Cascode技术提升输出阻抗。 8. Cascode结构在第一级的应用：明确指出运放的第一级使用Cascode设计，以解决前面提到的问题并提升性能。 通过这些内容，学习者可以深入理解运放工作原理，掌握优化运放电路设计的关键技术和策略，以应对实际工程中的挑战。有问题时，可向张飞电子工程师咨询，提供的QQ群号便于交流讨论。