优化跨导运算放大器设计：速度与效率的平衡

"该文档是关于跨导运算放大器（OTA）设计的实例，由李福乐撰写，探讨了在CMOS工艺下实现高增益、宽带宽、低功耗的全差分架构的OTA。设计目标是用于10位循环ADC，特别关注了OTA在ADC中的作用和设计流程。" 在跨导运算放大器（OTA）的设计实例中，作者首先列出了设计规格，指出使用的是CSMC0.6um双极型多晶硅互补金属氧化物半导体（DPDMOS）工艺，目标是实现GBW（增益带宽积）超过100MHz，压摆率（Slew Rate, SR）大于60V/us当负载电容（CL）为2pF时，直流增益（DC Gain）大于80dB，输出摆幅（Output Swing）大于4V（差分）。此外，设计还要求低功耗，以获得良好的功率效率（FOM，Figure of Merit）。 设计讨论部分，作者强调了OTA在开关电容ADC中的角色。OTA的压摆率虽然对ADC速度有影响，但并非决定性的，因为ADC速度主要由小信号线性建立区的时间决定。OTA的大信号压摆率对ADC速度的影响相对较小。OTA的压摆率与偏置电流和电容有关，而在ADC中，通过调整输入管的VGS-VT（门到源电压减去阈值电压），可以在保持压摆率不变的情况下增大GBW，从而提高ADC的转换速度。因此，规格中没有特别规定压摆率的要求。 设计流程包括了对指定工艺的主要参数分析，选择最优结构，主级电路设计，偏置电路设计，公共反馈设计，布局设计和验证，以及后期仿真（LPE和Post-sim）等步骤。其中，了解工艺参数如单位面积电容（u_Cox）对优化设计至关重要。 在工艺参数分析中，作者提到需要找出晶体管的特征参数，如n沟道和p沟道的阈值电压（un, up）、体电荷（toxn, toxp）等，这些参数通常可以从模型库中获取。同时，计算关键参数如迁移率（μ_n, μ_p），体二极管电容（C_{Bn}, C_{Bp}）等，以帮助确定电路的性能。 该设计实例深入探讨了跨导运算放大器在高速ADC中的应用，以及如何通过优化设计参数来提高ADC的转换速度，特别是利用GBW与压摆率的关系来平衡性能和功耗。设计者还强调了理解不同应用场景对OTA性能指标的特殊需求，以及在设计流程中每个阶段的关键考虑因素。