两级运放设计实例
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17
手工计算
给定运放工作的正电源电压为5V，负电源 电压为0V。由设计指标的要求，静态功耗不大 于2mw，所以电源提供的总电流必须不大于 400uA。首先进行电流分配：偏置电路各分配 400uA 10uA；将第二级分配尽可能大的电流，定为 290uA；剩余的90uA分配给第一级电路。并且 这样的分配可以保证在Cc小于3pf的时候满足 SR不小于30V/uS的要求。具体的设计，先从等 效输入噪声入手。
26
失调电压分析 offset
27
共模输入电压范围
28
动态输出范围
29
交流小信号分析
30
共模抑制比
31
转换速率SR
将输出端全部反馈回反相输入端， 即将运放接成单位增益放大器，然后 在同相输入端分别加正、负阶跃脉冲， 进行瞬态分析，即可得到Slew Rate的 值。 vin1 vi2 gnd pulse 0 5v 1us 0 0 1us 2us vin2 vi1 5 0 .tran 1ns 3us 测得SR为35V／us。
18
等效输入噪声
19
非主极点确定M6
20
失调电压关系
21
确定M5，M7
22
偏置部分与频率补偿
23
偏置部分与频率补偿
24
偏置部分与频率补偿
25
Hspice仿真调试运放
1） .OP分析 在Spectre中，直接用DC 工作点分析就 可以得到，验证运放是否满足功耗要求。 在后续各项运放性能仿真中，将Hspice 仿真方法转为Spectre仿真方法。
3
设计分析——开环增益Av
4
频率特性和相位补偿
5
频率特性和相位补偿
6
频率特性和相位补偿
7
频率特性和相位补偿
8
频率特性和相位补偿
9
频率特性和相位补偿
10
频率特性和相位补偿
11
等效输入噪声
12
转换速率 Slew rate (SR)
13
输入失调电压
14
偏置电路
15
偏置电路
16
偏置电路
两级运放设计
贾海珑 2010.10 Email:hljia@ Email:hljia@semi.ac.cn
1
典型CMOS运放
2
指标(Spec)
●管子长度≥ 0.8 µm ●管子宽度≥ 1 µm ●面积≤ 10000 µm2 ● 负载电容= 3 pF ●共模输入电压固定在（VDD + VSS）/2 ●输出动态范围[0.1(VDD-VSS), 0.9(VDD-VSS)] [0.1(VDD-VSS), ●静态功耗≤ 2mW ●开环直流增益≥ 80 dB ●单位增益带宽≥ 40 MHz ●相位裕量≥ 60 degree ●转换速率≥ 30 V/us ●共模抑制比≥ 60dB ●负电源抑制比≥ 80dB ●等效输入噪声≤ 300 nV/ HZ @1KHz ●输入失调电压≤ 0.5 mV
32
等效输入噪声
33
设计结果小结
34
35
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手工计算
给定运放工作的正电源电压为5V，负电源 电压为0V。由设计指标的要求，静态功耗不大 于2mw，所以电源提供的总电流必须不大于 400uA。首先进行电流分配：偏置电路各分配 400uA 10uA；将第二级分配尽可能大的电流，定为 290uA；剩余的90uA分配给第一级电路。并且 这样的分配可以保证在Cc小于3pf的时候满足 SR不小于30V/uS的要求。具体的设计，先从等 效输入噪声入手。
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失调电压分析 offset
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共模输入电压范围
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动态输出范围
29
交流小信号分析
30
共模抑制比
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转换速率SR
将输出端全部反馈回反相输入端， 即将运放接成单位增益放大器，然后 在同相输入端分别加正、负阶跃脉冲， 进行瞬态分析，即可得到Slew Rate的 值。 vin1 vi2 gnd pulse 0 5v 1us 0 0 1us 2us vin2 vi1 5 0 .tran 1ns 3us 测得SR为35V／us。
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等效输入噪声
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非主极点确定M6
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失调电压关系
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确定M5，M7
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偏置部分与频率补偿
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偏置部分与频率补偿
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偏置部分与频率补偿
25
Hspice仿真调试运放
1） .OP分析 在Spectre中，直接用DC 工作点分析就 可以得到，验证运放是否满足功耗要求。 在后续各项运放性能仿真中，将Hspice 仿真方法转为Spectre仿真方法。
3
设计分析——开环增益Av
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频率特性和相位补偿
5
频率特性和相位补偿
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频率特性和相位补偿
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频率特性和相位补偿
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频率特性和相位补偿
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频率特性和相位补偿
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频率特性和相位补偿
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等效输入噪声
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转换速率 Slew rate (SR)
13
输入失调电压
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偏置电路
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偏置电路
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偏置电路
两级运放设计
贾海珑 2010.10 Email:hljia@ Email:hljia@semi.ac.cn
1
典型CMOS运放
2
指标(Spec)
●管子长度≥ 0.8 µm ●管子宽度≥ 1 µm ●面积≤ 10000 µm2 ● 负载电容= 3 pF ●共模输入电压固定在（VDD + VSS）/2 ●输出动态范围[0.1(VDD-VSS), 0.9(VDD-VSS)] [0.1(VDD-VSS), ●静态功耗≤ 2mW ●开环直流增益≥ 80 dB ●单位增益带宽≥ 40 MHz ●相位裕量≥ 60 degree ●转换速率≥ 30 V/us ●共模抑制比≥ 60dB ●负电源抑制比≥ 80dB ●等效输入噪声≤ 300 nV/ HZ @1KHz ●输入失调电压≤ 0.5 mV
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等效输入噪声
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设计结果小结
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