差分放大器设计

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差分对放大器调幅电路设计与性能分析

差分对放大器调幅电路设计与性能分析摘要：本文利用线性时变电路调幅原理，用差分对放大器构成调幅电路，选择元器件、调制信号和载波参数，通过multisim 软件仿真，实现振幅调制信号的输出和分析。

全文共有四个任务，通过搭建单端输出差分对放大器，计算出差分对放大器基本参数为差模输入电阻275i R =Ω，电压放大倍数33k =；利用差分放大器构成的调幅电路输出观察调幅波；通过改变参数实现差分放大器工作在线性区、开关状态和非线性区，观察记录电路参数、已调波的波形和频谱；利用平衡对消技术，改变差分放大器输出为双端输出，对比单端输出有明显的改善。

目录1、搭建单端输出的差分对放大器 .................................................................................. 1 2、线性时变电路调幅..................................................................................................... 3 3、差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的调幅波 ...................................... 5 4、双端输出差分对放大器调幅 ...................................................................................... 7 参考文献： (9)1、搭建单端输出的差分对放大器实验电路图如下所示，晶体管Q3构成恒流源电路，恒流输出电流为(120.6)/2 5.7I mA =-=；故静态工作点电流为/2 2.85Q I I m A==。

图1.1 Multisim 仿真，输入电压波形和输入电流如下图1.2输入信号频率为5MHz ，振幅为0.1V 。

差分放大器实验报告

差分放大器实验报告实验报告——差分放大器一、实验目的本次实验旨在掌握差动放大器的基本原理和实验方法，熟悉差动放大器的电路组成及其参数的测量方法。

二、实验原理差动放大器是运放常用电路之一，由两个反相输入、一个反相输出和一个非反相输出组成。

该电路对于输入信号中公共模信号即同等量级的噪声信号具有一定的抵消作用，能够提高电路的增益，并减小电路的噪声。

差动放大器主要由晶体管、共模抑制电容、偏置稳定电阻等组成。

三、实验器材1. 信号发生器2. 示波器3. 电压表、电流表4. 直流电源5. 差分放大器电路板6. 大量电缆、万用表等组成四、实验步骤1. 准备工作：将电源和差动放大器电路板连接，并将电源接通并连接交、直流电源与电路板。

根据电路原理和电路板图纸在板上焊接所有器件，并按照图纸接线。

2. 测试偏置电压：将示波器负极接地，正极接输入端差模（+）和差模（-）互相交替。

记录偏置电压。

3. 测量差动放大器电压增益：将信号发生器输出一个50mV幅值、1kHz正弦波，在输入端交替连接同相、反相信号。

测量差分放大器输出信号幅值。

4. 测量输入电阻：将信号发生器接入差动放大器输入端，固定一个电压，改变电压源内阻，读取两个数值，计算差分放大器的输入电阻。

5. 测量输出电阻：通过连接负载和电压表，固定输出电压，测量输出电流，通过计算得到输出电阻。

6. 测量共模抑制比：将信号发生器产生信号，同时加入同相和反相信号，测量差模输出电压，并计算共模抑制比。

七、实验结果分析通过本次实验，我们顺利的实现了差动放大器的电路部署，并测量了其电压增益、输入电阻、输出电阻，以及共模抑制比等参数。

数据表明，本实验设计和测试方法正确可行，并为近期电路实验提供了较为完备的技术积累。

结语本次实验通过学习和实践的相结合，让我们了解了电路基本原理和电路参数测量知识，也帮助我们掌握了差动放大器的电路结构和工作原理。

期望未来在电路设计和开发中积累更多的宝贵经验和有效技术指导。

电子管差分放大电路设计及优势解析

差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。

由于集成电路中晶体管的一致性好，且大电容不易制造，差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。

电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多，但在音频领域内实际应用并不多。

其基本电路如上图所示。

当两个电子管的特性一致时，两管的屏流相等，两个输出端的电压幅值相等，相位相反。

由于阴极电阻R5的作用，在电子管的栅极输入信号时，一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少，并且增加量与减少量相等，而输出电压则是二者之差，这正是差分电路名称的由来。

但当电子管的工作点选择不当时，仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况，即放大器出现了失真。

当双端输出时，失真被抵销一大部分，而单端输出时，失真并不能被抵销，与单管放大器（工作点相同）差不多。

电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高，两管一致性越好，电路性能越好。

此外还与阴极电阻R5有关，R5越大，电路性能越好。

但阴极电阻大，相应要求负电源电压高。

例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ，若每管屏流为1mA，则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。

为此，也可采用在阴极电路接入恒流源的方法，如下图所示，但又增加了电路的复杂性，恒流源除可采用晶体管，也可采用恒流二极管或电子管，此时，阴极负电压只需10～20V。

在采用阴极电阻的情况下，电阻大小可用下式计算：R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压，VG为栅负压，I为单管屏极电流。

当｜VS｜｜VG｜时，可按R5＝VS2／2I选取电阻。

当电阻接入电路后，其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异，但不影响正常工作）。

较之单管放大器，电子管差分放大器有如下优点：1.省去了阴极旁路电路，电路频响可至OHz，成为直流放大器，但高端频响不变。

2.具有高的共模抑制能力，对共模干扰、噪声及电源电压变化不敏感。

cmos差分放大电路设计

cmos差分放大电路设计摘要：一、引言- 差分放大电路的概念及应用- CMOS 差分放大电路的优势二、CMOS 差分放大电路的设计- 电路构成及工作原理- 关键参数及其影响- 设计流程与方法三、CMOS 差分放大电路的性能分析- 静态工作点- 差分增益与共模抑制比- 频率响应四、CMOS 差分放大电路的优化- 电路结构优化- 参数调整- 实际应用中的考虑因素五、总结- CMOS 差分放大电路的设计要点- 应用前景正文：一、引言差分放大电路是一种广泛应用于模拟电路和通信电路中的基本电路，它能有效地放大差模信号，抑制共模信号，提高系统的可靠性和稳定性。

CMOS 差分放大电路以其低失真、高共模抑制比、宽频带等优点，成为差分放大电路的重要发展方向。

本文将详细介绍CMOS 差分放大电路的设计方法、性能分析和优化策略。

二、CMOS 差分放大电路的设计CMOS 差分放大电路主要由两个输入端、两个输出端和一个电源端组成。

其工作原理是利用CMOS 器件的输入电流和输出电流的差异，实现差模信号的放大。

设计过程中需要关注的关键参数包括：输入失调电压、输入偏置电流、输出电流、电源电压等。

三、CMOS 差分放大电路的性能分析1.静态工作点：静态工作点的选择对电路的性能具有重要影响。

通常情况下，静态工作点应选择在器件的线性工作范围内，以确保电路具有良好的输入和输出特性。

2.差分增益与共模抑制比：差分增益和共模抑制比是衡量差分放大电路性能的重要指标。

设计过程中，应尽量提高差分增益，降低共模抑制比，以提高电路的差模放大能力和抗干扰能力。

3.频率响应：CMOS 差分放大电路的频率响应特性直接影响其放大性能。

设计过程中，需要考虑电路的带宽和阻尼比，以确保电路在所需频率范围内具有良好的性能。

四、CMOS 差分放大电路的优化1.电路结构优化：通过调整电路结构，如采用多级放大、改进电路布局等方法，可以有效提高CMOS 差分放大电路的性能。

全差分运算放大器设计

全差分运算放大器设计全差分运放（Fully-Differential Amplifier，简称FDA）是一种特殊的运放，它具有两个差动输入和两个差动输出。

全差分运放具有许多优点，包括良好的共模抑制和电源抑制比，适用于高精度传感器信号放大、功率放大和模拟信号处理等领域。

在这篇文章中，我将介绍全差分运放的设计原理和步骤。

首先，我们需要确定设计的要求和规范。

这包括增益要求、带宽要求、电源电压和输入输出电阻等参数。

根据这些要求，我们可以选择合适的运放器件和电路拓扑。

全差分运放的常见电路拓扑有两级差分放大器、共射共源放大器和增益交换放大器等。

在这里，我们以两级差分放大器为例进行设计。

第一步是选择运放器件。

我们需要根据设计要求选择适合的运放器件，可以根据其增益带宽积、供电电压范围和失调电流等参数进行选择。

一般来说，我们可以选择低失调电流、高增益带宽积和低电压噪声的器件。

第二步是确定电路拓扑。

在两级差分放大器中，第一级是差分放大器，第二级是共射共源放大器。

差分放大器的作用是提供高输入阻抗和共模抑制比，共射共源放大器的作用是提供电流放大和驱动能力。

由于这两级放大器要分别满足不同的要求，我们可以选择不同的放大倍数和器件参数来优化电路性能。

第三步是确定偏置电路。

偏置电路的作用是提供恒定的工作电流，这可以通过电流源和电阻网络来实现。

偏置电流的选择要根据运放器件的要求和特点，可以使用恒流源或电流反馈等方法来实现。

第四步是确定反馈电路。

反馈电路的作用是控制放大倍数和增益稳定性，可以使用电阻、电容或者电流源等元件来实现。

选择适当的反馈方式可以减小失调电压和非线性，提高性能。

第五步是进行电路仿真和优化。

通过电路仿真，我们可以验证设计的性能和满足要求。

优化可以通过调整电路参数和进行迭代仿真来实现，以达到设计要求。

第六步是进行电路布局和线路板设计。

在设计布局时，要注意分离放大器电路和干扰源，减少电源和信号线的串扰。

线路板设计要保证差分信号走线的对称性和阻抗匹配，以提高传输性能。

电流镜负载的差分放大器设计

《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器设计摘要在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。

而且，工作在包河区的MOS器件可以当作一个电流源。

在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。

但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。

一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。

而电流镜的作用就是精确地复制电流而不收工艺和温度的影响。

在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。

电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。

而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。

因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。

而本题就是利用这一原理来实现的。

目录1设计目标 (1)2相关背景知识 (2)3设计过程 (6)3.1 电路结构设计 (6)3.2 主要电路参数的手工推导 (6)3.3 参数验证（手工推导） (7)4 电路仿真 (9)4.1 用于仿真的电路图 (9)NMOS： (9)PMOS (9)整体电路图 (10)4.2 仿真网表（注意加上注释） (10)4.3 仿真波形 (13)5 讨论 (17)6 收获和建议 (17)参考文献 (19)1设计目标设计一个电流镜负载的差分放大器，参考电路图如下：工艺ICC网站的0.35um CMOS工艺电源电压5V增益带宽积25MHz低频开环增益100负载电容2pF输入共模范围3V功耗、面积尽量小2相关背景知识据题目所述，电流镜负载的差分放大器的制作为0.35um CMOS 工艺，要求在5v 的电源电压下，负载电容为2pF 时，增益带宽积大于25MHz ，低频开环增益大于100，同时功耗和面积越小表示性能越优。

我们首先根据0.35um CMOS 工艺大致确定单个CMOS 的性能，即在一定值的W/L 下确定MOS 管在小信号模型中的等效输出电阻和栅跨导，然后记下得到的参数并将其带入到整体电路中计算，推导电流镜负载的差分放大器电路中的器件参数，例如，小信号模型的增益、带宽、功耗等，再分析是否满足题目中的各项指标的要求。

差分放大电路

差分信号输出通常采用平衡输出或非平衡输出的方式，平衡输出是指输出信号为一对相位相反、幅度相等的信号，而非平衡输出则是指输出信号为单端信号。
03 差分放大电路的分类
电压反馈型差分放大电路
电压反馈型差分放大电路通过电压负反馈来减小输出电压的幅度，
从而减小了电路的增益。
电压反馈型差分放大电路通常具有较低的输入阻抗和较高的输出阻抗，适用于电流驱动能力较弱
的电路。
电压反馈型差分放大电路的优点是稳定性好，噪声低，适用于信
号源内阻较高的应用场景。
电流反馈型差分放大电路
1
电流反馈型差分放大电路通过电流负反馈来减小输出电流的幅度，从而减小了电路的增益。
2
电流反馈型差分放大电路通常具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，适用于电流驱动能力较强的电路。
3
电流反馈型差分放大电路的优点是带宽较宽，响应速度较快，适用于信号源内阻较低的应用场景。
缓冲和驱动
差分放大电路可以作为缓冲器和驱动器，用于驱动后级电路或传输线路，提高信号的驱动能力和传输稳定性。
比较器
差分放大电路可以作为比较器，用于比较两个电压或电流的大小关系，常用于触发器、寄存器等数字逻辑电路中。
在传感器信号处理中的应用
温度传感器信号处理
差分放大电路可以用于放大温度传感器的输出信号，将微弱的温度变化转换为电信号，便于后续处理和测量。
差分放大电路的特点
高增益
抑制共模干扰
差分放大电路具有很高的增益，通常在 100dB以上，因此能够将微弱的差分信号放大到足够大的幅度。
由于差分放大电路只对两个输入信号的差值进行放大，因此它能够有效地抑制共模干扰，提高信号的信噪比。
宽频带

电流镜负载的差分放大器设计

《IC课程设计》报告——模拟部分电流镜负载的差分放大器设计摘要在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。

而且，工作在包河区的MOS器件可以当作一个电流源。

在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。

但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。

一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。

而电流镜的作用就是精确地复制电流而不收工艺和温度的影响。

在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。

电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。

而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。

因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。

而本题就是利用这一原理来实现的。

目录1设计目标 (1)2相关背景知识 (2)3设计过程 (6)3.1 电路结构设计 (6)3.2 主要电路参数的手工推导 (6)3.3 参数验证（手工推导） (7)4 电路仿真 (9)4.1 用于仿真的电路图 (9)NMOS： (9)PMOS (9)整体电路图 (10)4.2 仿真网表（注意加上注释） (10)4.3 仿真波形 (13)5 讨论 (17)6 收获和建议 (17)参考文献 (19)1设计目标设计一个电流镜负载的差分放大器，参考电路图如下：2相关背景知识据题目所述，电流镜负载的差分放大器的制作为0.35um CMOS 工艺，要求在5v 的电源电压下，负载电容为2pF 时，增益带宽积大于25MHz ，低频开环增益大于100，同时功耗和面积越小表示性能越优。

实验3 差分放大电路设计实验

模拟电路课程设计报告题目：差分放大器设计专业年级：2012级通信工程组员：20121342104 王开鹏20121342105 王娜20121342107 王象指导教师：方振国2014年11月27日差分放大器设计一、实验内容设计一具有恒流源的单端输入一双端输出差动放大器。

VCC =12V，VEE=－12V，R L =20kΩ，Uid=20Mv。

性能指标要求R id>25kΩ，A vd≥25，K CMR>60Db。

二、实验原理图3.3.31、恒流源差分放大器在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进行放大，此时就不能用阻容耦合放大电路了。

为此，若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。

差分式直流放大电路是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。

为了改善差分式直流放大电路的零点漂移，利用了负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发时极回路接入了稳流电阻R E和负电源V EE，R E愈大，稳定性愈好。

但由于负电源不可能用得很低，因而限制了R E阻值的增大。

为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替R E，形成了具有恒流源的差分放大器，电路如图3.3.3所示。

具有恒流源的差分放大器，应用十分广泛。

特别是在模拟集成电路中，常被用作输入级或中间放大级。

图3.3.3中，V1、V2称为差分对管，常采用双三极管，如5G921、BG319或FHIB等，它与信号源内阻R b1、R b2、集电极电阻R Cl、R C2及电位器RP共同组成差动放大器的基本电路。

V3、V4和电阻R e3、R e4、R共同组成恒流源电路，为差分对管的射极提供恒定电流I o。

电路中R1、R2是取值一致而且比较小的电阻，其作用是使在连接不同输入方式时加到电路两边的信号能达到大小相等、极性相反，或大小相等、极性相同，以满足差模信号输入或共模信号输入时的需要。

晶体管V1与V2、V3与V4是分别做在同一块衬底上的两个管子，电路参数应完全对称，调节RP 可调整电路的对称性。

差分放大器的概念及计算公式

差分放大器的概念及计算公式差分放大器的概念及计算公式1. 什么是差分放大器差分放大器是一种常见的电路，它可以用来放大输入信号的差值。

在很多电路中，差分放大器被广泛应用，尤其在信号处理和测量方面。

它具有高输入阻抗、高共模抑制比和高增益等特点，因此在实际电路设计中具有重要的作用。

差分放大器可以通过运算放大器或普通的放大器来构建，其基本原理在电子工程中被频繁使用。

2. 差分放大器的公式差分放大器的基本公式是：\[ V_{out} = G \times (V_2 - V_1) \]其中，$ V_{out} $是输出电压，$ G $是放大器的增益，$ V_2 $和$ V_1 $分别是输入信号的两个输入端。

在实际电路设计中，还需要考虑输入偏置电流、输入偏置电压、温度漂移等因素，因此需要对差分放大器进行更复杂的分析和计算。

3. 差分放大器的应用在很多电路中，差分放大器被广泛应用于传感器接口、测量仪器、滤波器、通信系统等领域。

传感器输出的微小信号可以通过差分放大器放大后再进行数字化处理，以提高系统的灵敏度和动态范围。

而在通信系统中，差分放大器可以用来提高信号的抗干扰能力和减小信号的共模噪声。

4. 差分放大器的设计考虑在实际电路设计中，差分放大器的设计需要考虑很多因素，如增益的选择、输入端的阻抗匹配、共模抑制比的要求等。

还需要考虑电路的稳定性、带宽、功耗和成本等方面。

对于差分放大器的设计和优化来说，是一个综合考虑多方面因素的复杂问题。

5. 个人观点在我看来，差分放大器作为一种常见的电路，具有非常重要的作用。

它不仅可以用来放大信号，还可以提高系统的性能和稳定性。

在实际工程中，我认为掌握差分放大器的设计原理和计算方法是非常有价值的，可以帮助我们更好地理解和应用电子电路。

总结差分放大器作为一种重要的电子电路，在信号处理和测量中起着重要的作用。

通过深入研究差分放大器的概念和计算公式，我们可以更好地理解其工作原理和性能特点，为实际电路设计和应用提供有益的指导。

运算放大器差分放大电路

运算放大器差分放大电路
运算放大器差分放大电路指的是使用运算放大器（Op Amp）实现差分放大的电路。

在差分放大器中，信号会在输入级别被放大，但在输出之前会进行相位反转，因此所得到的输出值是输入信号的差值，即其中一个输入信号与另一个输入信号的差值。

差分放大器通常用于取样、保持进行差分放大的信号，以便对其进行进一步的处理。

在很多应用中，差分放大器用于测量两个不同信号之间的差异，比如测量温度差异或测量声音强度差异。

差分放大电路的一般设计如下：
其中，VSIN1和VSIN2是分别连接到差分放大器的两个输入端的信号源，R1、R2、R3和R4是用于实现放大增益的电阻，VOUT是差分放大器的输出，RL是用于连接到输出端的负载电阻。

在差分放大器电路中，R1和R2连接到运算放大器的反馈回路，使得输出与反馈端起到持平作用，因此差分放大器的输出与差异信号的放大比率为：
$$\frac{R2}{R1}*\frac{R4}{R3}$$。

当输入信号VSIN1和VSIN2之间没有差异时，输出电压为零。

如果有一个信号比另一个信号高，则会在输出电压端产生一个差异值。

差分放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此它可以将两个信号源之间的电压差放大到较高的电平，从而提高系统的信噪比（SNR）。

由于其高精度和低噪声等优点，差分放大器常用于测量、控制、信号处理以及医疗和科学领域的应用中。

全差分放大器设计

对于全差分放大器，一般可以得到更大的swing (由于差分信号)，同时可以实现对共模干扰、噪声以及偶数阶的非线性的抑制；但其需要有两个匹配的反馈网络，以及共模反馈电路顺便提一下，对于全差分的折叠共源共栅（folded cascode）放大器，需要注意转换速率（正向与负向）对输入对差分对的尾电流源和cascode电流源的考虑非主极点的位置-输入对管的drain节点（注意全差分没有镜像极点的问题..），如果考虑PMOS 输入的结构，将会折叠到n管的cascode，从而减小此节点阻抗，提高此非主极点的频率；但是P输入结构亦有其问题，如直流增益和cmfb电路的速度（考虑cmfb控制的为cascode 的pmos电流源）关于共模反馈CMFB从反馈环路来看，共模的稳定问题来源于闭环的共模增益：由于输入差分对的尾电流源的local-feedback，通常共模增益较小，导致运放无法控制其输出共模点；通过CMFB共模反馈电路，可以提高共模反馈环路的增益，以稳定共模信号。

设计CMFB需考虑补偿以减小环路的稳定时间（settling time）和提高稳定性。

从性能上，我们希望共模反馈的单位增益带宽足够大，但由于cmfb的环路相较于差模通路可能有更多高频极点，故此在一定的功耗要求下其UGB一般比较难做的高，有书中提到可以将其设计为差模UGB 的1/3一般共模反馈的方法是控制放大器的电流源，这里如果是folded-cascode的结构，可以考虑用cmfb控制cascode的电流源而不是输入差分对的电流源--因其在共模环路中有较少的节点->更容易补偿等..（另一种考虑是控制尾电流源可能导致共模增益的问题)另外，对于cmfb控制的尾电流源，常见将尾电流源分为两半，其中之一由cmfb控制，另一半接恒定偏置电流；这种结构的具体分析可见Gray书12.4.2节的内容，简单来说，single-stage的opamp中控制尾电流源的cmfb结构，其UGB主要为gmt/CL, 其中gmt为尾电流源的跨导，这里拆分尾电流源来减半cmc共模控制的部分，这样UGB减小，即缩减带宽来提升共模反馈环路的相位裕度，当然cmfb的增益相应也减小了；另外恒定偏置部分也可帮助共模电压的初始建立，减小cmfb大的扰动。

cmos差分放大电路设计

cmos差分放大电路设计一、CMOS差分放大电路简介1.CMOS技术简介CMOS（互补金属氧化物半导体）技术是一种集成电路制造工艺，它具有低功耗、高噪声抑制比、宽工作电压范围等优点。

在现代电子系统中，CMOS 技术得到了广泛的应用。

2.差分放大电路原理差分放大电路是一种模拟电路，它具有抑制共模干扰、放大差模信号的特点。

其基本原理是利用两个输入信号的差值进行放大，从而得到输出信号。

在实际应用中，差分放大电路常用于传感器信号处理、放大微弱信号等场景。

二、CMOS差分放大电路设计方法1.设计流程设计CMOS差分放大电路主要包括以下几个步骤：（1）确定输入输出信号范围和电源电压（2）选择合适的CMOS工艺（3）设计电路拓扑结构（4）电路参数设计（5）电路仿真与优化2.电路参数选择电路参数选择是影响CMOS差分放大电路性能的关键因素。

主要包括：（1）晶体管宽长比（2）源极电阻和负载电阻（3）电容耦合方式（4）输入输出电阻三、CMOS差分放大电路应用1.放大信号应用CMOS差分放大电路广泛应用于各种电子系统中，如音频放大器、图像传感器信号处理等。

通过差分放大电路，可以有效地抑制共模干扰，提高信号传输质量。

2.传感器信号处理CMOS差分放大电路在传感器信号处理领域具有广泛应用。

例如，在生物传感器、光纤传感器等领域，差分放大电路可以有效地放大微弱信号，提高传感器信号的检测灵敏度。

四、设计实例与仿真分析1.实例设计以下为一个简单的CMOS差分放大电路设计实例：（1）选择CMOS工艺：采用0.18μm CMOS工艺（2）确定输入输出信号范围：0-1V（3）设计电路拓扑结构：采用单级差分放大电路（4）电路参数设计：- 晶体管宽长比：10:1- 源极电阻和负载电阻：10kΩ- 电容耦合方式：采用直流耦合- 输入输出电阻：100Ω2.仿真结果分析利用电路仿真软件对设计的CMOS差分放大电路进行仿真。

仿真结果表明，在输入信号为0.5V时，输出信号为0.995V，增益约为1.99。

全差分运算放大器设计

全差分运算放大器设计岳生生（200403020126）一、设计指标以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下：✧直流增益：>80dB✧单位增益带宽：>50MHz✧负载电容：＝5pF✧相位裕量：>60度✧增益裕量：>12dB✧差分压摆率：>200V/us✧共模电压：2.5V (VDD=5V)✧差分输入摆幅：>±4V二、运放结构选择运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。

如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。

如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。

如图1的前级所示。

本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT NV之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS管的,DSAT PV之和也必须小于0.5V 。

对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。

另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。

考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。

两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。

三、性能指标分析1、差分直流增益 (Adm>80db)该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12）第一级增益1351113571135135753()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g gg gg G A R r rr r g g r r r r=-=-=-+第二级增益92291129911()m o o o m m o o gg G AR r rgg=-=-=-+整个运算放大器的增益：4135912135753911(80)10m m m m overallo o o o m m o o dB g g g gAA A g g g gr r r r ==≥++2、差分压摆率（>200V/us ）转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。

最完整的全差分运算放大器设计

最完整的全差分运算放大器设计全差分运算放大器是一种特殊的运算放大器，它采用了差模输入和差模输出的电路结构，能够获得更高的共模抑制比和更好的抗干扰能力。

在本文中，我们将详细介绍全差分运算放大器的设计步骤和关键考虑因素。

首先，我们需要确定设计的目标和规格。

这包括放大器的增益、带宽、输入和输出阻抗等参数。

在设计全差分运算放大器时，通常需要考虑放大器的直流特性和交流特性。

接下来，我们将详细介绍全差分运算放大器的设计步骤。

1.选择工作点：为了实现差模输入和差模输出，我们需要选择适当的工作点。

一个常用的方法是将输入差模信号的平均值调整到放大器的线性工作区域，这可以通过调整偏置电流源和电阻来实现。

2.设计输入级：输入级通常采用差模对称结构，包括差模差分放大电路和公模放大电路。

在设计差模差分放大电路时，需要选择合适的晶体管，并确定电流增益。

公模放大电路的设计要考虑与差模放大电路的匹配。

3.设计输出级：输出级通常采用差模共源结构。

在设计输出级时，需要确定合适的负载电阻和电流源，并考虑稳定性和功率消耗等因素。

4.频率补偿：全差分运算放大器的频率响应通常需要进行补偿。

一种常用的方法是使用频率补偿电容和电阻，以提高放大器的带宽和稳定性。

5.抑制共模信号：全差分运算放大器的一个重要特性是能够抑制共模信号。

为了实现更好的共模抑制比，我们可以采用一些技术，如共模反馈、差模共源结构等。

在设计全差分运算放大器时，需要考虑一些关键因素。

首先是热噪声和干扰的抑制。

由于全差分运算放大器的输入端采用了差模输入，它能够抑制共模干扰和热噪声。

其次是功耗的控制，尽量减小功耗，提高能效。

还要注意防止震荡和保证放大器的稳定性。

综上所述，全差分运算放大器设计需要考虑许多因素，包括放大器的增益、带宽、输入和输出阻抗等参数。

在设计过程中，需要选择合适的工作点、设计合适的输入级和输出级、实施频率补偿，并考虑共模抑制和稳定性等因素。

通过合理的设计和优化，我们可以获得一个高性能的全差分运算放大器。

模拟电路差分放大器设计

模拟电路差分放大器设计差分放大器是模拟电路中常见的一种放大器电路，广泛应用于信号放大、抗干扰等领域。

本文将介绍差分放大器的设计原理和步骤。

1. 设计原理差分放大器是由两个共模输入端和一个差模输入端组成的放大电路。

其主要特点是可以增大差模输入信号的幅度，同时抑制共模信号的幅度。

2. 设计步骤首先，选取合适的差分放大器芯片，常用的有LM741、OPA177等。

第一步，确定电路的工作电源，通常使用正负双电源供电方式。

根据芯片的规格书，确定合适的电源电压范围。

第二步，确定输入电阻和负载电阻。

选择适当的电阻值，使得输入电阻与负载电阻满足设计要求。

第三步，确定差模输入电阻。

理想情况下，差模输入电阻应为无穷大。

但实际中会存在一定的差模输入电流，因此要根据实际情况选择合适的差模输入电阻。

第四步，确定共模电压增益。

差分放大器的关键指标是共模抑制比，通常使用分贝（dB）作为单位。

根据设计要求，确定合适的共模电压增益。

第五步，确定差模电压增益。

差模电压增益决定了放大器对差模输入信号的放大程度，根据设计要求选择合适的差模电压增益。

第六步，确定偏置电流。

偏置电流的选择直接影响差分放大器的性能，通常要使得差分放大器的工作点稳定在最佳状态。

第七步，确定频率特性。

根据应用场景，选择合适的差分放大器的频率范围。

3. 总结差分放大器是模拟电路中常用的放大器电路，通过设计合适的差分放大器电路，可以实现信号的增大和抗干扰能力的提高。

需要根据实际需求选择合适的差分放大器芯片，并按照设计步骤确定各个参数的取值，以获得满足要求的差分放大器电路。

设定好电路的工作电源、输入电阻和负载电阻、差模输入电阻、共模电压增益、差模电压增益、偏置电流和频率特性等参数，可以得到稳定而高效的差分放大器电路。

总之，差分放大器是一种功能强大的模拟电路，通过合理的设计和调整参数，可以实现对差模信号的放大和对共模信号的抑制，提高信号的质量和可靠性。

在实际应用中，需要根据实际需求选择合适的差分放大器芯片，并按照设计步骤确定各个参数的取值，以获得满足要求的差分放大器电路。

差分放大器版图设计

一.绪论1.1差分放大器的概述差分放大器(Differential amplifier),是能把两个输入电压的差值加以放大的电路,也称差动放大器。

这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器,常用于直流放大。

它可以是平衡(术语“平衡”意味着差分)输入和输出,也可以是单端(非平衡)输入和输出,常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换,是各种集成电路的一种基本单元。

由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。

若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时,输出为零,从而克服零点漂移。

适于作直流放大器。

差分放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器,有时简称为“差放”。

差分放大器通常被用作功率放大器(简称“功放”)和发射极耦合逻辑电路(ECL, Emitter Coupled Logic) 的输入级。

差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广,只要将差放的一个输入端接地,即可得到单端输入的放大器。

很多系统在差分放大器的一个输入端输入信号,另一个输入端输入反馈信号,从而实现负反馈。

常用于电机或者伺服电机控制,以及信号放大。

在离散电子学中,实现差分放大器的一个常用手段是差动放大,见于多数运算放大器集成电路中的差分电路。

差分放大器可以用晶体三极管(晶体管)或电子管作为它的有源器件。

输出电压u0=u01-u02,是晶体管T1和T2集电极输出电压u01和u02之差。

当T1和T2的输入电压幅度相等但极性相反,即us1=-us2 时,差分放大器的增益Kd(称差模增益)和单管放大器的增益相等,即Kd≈Rc/re,式中Rc=Rc1=Rc2,re是晶体管的射极电阻。

通常re很小,因而Kd较大。

当us1=us2 ,即两输入电压的幅度与极性均相等时,放大器的输出u0应等于零,增益也等于零。

实际放大电路不可能完全对称,因而这时还有一定的增益。

这种增益称为共模增益,记为Kc。

在实际应用中,温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响,等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。

最完整的全差分运算放大器设计

静态功耗确定了整个电路的静态电流最大值为：
I DC =
PStatic 15mw = ≈ 3mA Vdd − Vss 5.0V − 0V
（2）
我们将该电流分配到电路的不同的地方去。例如， 100µA 给偏置电路， 2900µA 给两级放大电路。这里完全是根据设计人员的经验来确定，有可能电流的分配并不能使整个电路达到全局最优。 4. 等效输入噪声 ≤ 20 nV/ HZ (thermal noise)
Hz
Vb1
M11
M13
M12
Vin+
M1
M2
Vin-
Vo+
Vo-
M3
Vb2
M4
CL
CC RC
RC CC
CL
M5
Vb3
M6
M9
M7Biblioteka VcmfbM8M10
图 1 共源共栅两级运算放大器
1
《通信系统混合信号 VLSI 设计》课程设计报告
2003 年 12 月 31 日
作者: 唐长文, 菅洪彦
运算放大器的的结构主要有三种 : (a) 简单两级运放， two-stage ； (b) 折叠共源共栅， folded-cascode; (c)共源共栅，telescopic。该运算放大器的设计指标要求差分输出摆幅为 ± 4V，即输出端的所有 NMOS 管的 VDSAT , N 之和小于 0.5V，输出端的所有 PMOS 管的 VDSAT , P 之和也必须小于 0.5V。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，共源的输出级的结构，如图 1 所示。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，这里 Miller 补偿或者 Cascode 补偿技术用来进行零极点补偿。三、性能指标分析 1. 差分直流增益 Adm>80dB 该运算放大器存在两级：（1）、 Cascode 级增大直流增益（ M1 － M8 ）；（ 2）、共源放大器 (M9-M12) g m1 g m 3 g m 5 , A1 = −Gm1 Ro1 = − g m1 ( g m 3 ro1ro 3 // g m 5 ro 5 ro 7 ) = − 第一级增益 g m 5 g o1 g o 3 + g m 3 g o 5 g o 7 第二级增益