CMOS二级米勒补偿运放设计详解与仿真

本文是一篇详细的二级运放OTA（运算放大器）设计教程，特别关注于CMOS工艺下的密勒补偿结构。模拟电路设计相比于数字电路，其复杂性和非线性使得自动化设计工具在模拟电路设计中作用有限。文章首先介绍了运算放大器设计的基本步骤，包括选择合适的电路结构和根据性能需求调整器件尺寸。 电路分析部分深入探讨了采用米勒补偿的两级运放结构，它由四个关键部分构成：偏置电路，利用电流源M8提供恒定偏置；差分输入放大电路由M1-M5组成，能有效抑制共模干扰；第二级放大电路由M6和M7构建，采用电流源负载的CS放大器设计，M6不仅提供偏置电流还作为大输出负载；米勒补偿电路则通过跨接电容CM实现。 小信号分析是设计的核心环节，涉及增益分析、频率特性（例如增益-频率响应曲线，用公式1.1表示）、摆率计算（公式1.3）、单位增益带宽（GBW，公式1.4）以及线性电流镜复制（公式1.5）。此外，文章还提及了功率计算（公式1.6）和一些关键性能指标的转化，如电源抑制比（PSRR，公式1.8）和共模抑制比（CMRR，公式1.9）。 设计参数部分，文章明确了目标，如期望的增益（AV > 75.56 dB）、相位裕度（PM > 60°）、负载电容（CL = 10 pF）、单位增益带宽（GBW > 5 MHz）和压摆率等。这些指标对于确保电路性能至关重要。 最后，设计者会使用Cadence ADE等仿真软件，在特定工艺参数下进行电路仿真，以验证设计的正确性和优化性能。整个设计流程既强调理论原理，又包含实践经验，旨在帮助读者理解和掌握模拟电路尤其是二级运放OT