OTA设计：W/L计算与Vov确定

"本文档主要介绍了计算W/L-tms320c6000系列DSPs的原理及其在模拟集成电路中的应用，特别是针对运算放大器（OTA）和折叠级联（Cascode）结构的设计。文档内容包括了OTA的参数确定、电路设计和仿真过程。" 在设计模拟集成电路时，计算W/L（晶体管的宽度与长度比）是至关重要的步骤，它直接影响着电路的性能。在给定的描述中，4.2部分首先讨论了确定Vov（过度电压）的过程。Vov是MOS管进入饱和区时栅极与源极之间的电压差，通常设置在150到400mV之间，以优化不同类型的MOS管性能。例如，为了减少匹配电流镜的随机失配，M10和M11的Vov取400mV，而M3和M4则取300mV，输入差分对管取150mV，以减少失调。 4.3部分则详细阐述了如何计算不同晶体管的W/L值。这涉及到给定饱和区MOS管的Id（漏极电流）和Vov，通过公式\( W/L = 2Id/(K'v_{ov}^2) \)来计算。例如，当Id为30μA，Vov为0.15V时，晶体管的W/L约为34。文档列出了各个晶体管的W/L值，如M14的W/L为1，M15的W/L为10，以及M16的W/L为1/20等。这些值是经过反复调试以确保电路能正常工作。 此外，文档还提到了偏置电压线性区MOS管的宽长比例，它是饱和区管的1/K倍，K通常取大于(2+1)^2-1的值，这里取10。这个比例有助于保持晶体管在合适的操作区域，以实现所需的电流和电压控制。 文档还涵盖了两级OTA或CascodeOTA的设计，这是一种提高放大器性能的技术，通过将两个运算放大器级联，可以增加带宽和稳定性。设计过程中涉及了诸如直流电压增益（Av）、单位增益带宽（GBW）、相位裕度（PM）、系统失调电压（Offset）、输入共模范围（ICMR）、输出摆幅（Swing）和共模抑制比（CMRR）等关键参数的仿真和优化。 通过Hspice仿真软件，设计者可以对电路进行详细的性能测试，调整晶体管尺寸以满足特定的性能指标，如直流增益、带宽、失调电压和功耗等。整个过程强调了理论计算与实际仿真的结合，以培养学生的综合分析和问题解决能力。