全差分两级放大电路
2级差分放大电路
2级差分放大电路2级差分放大电路是一种常见的电子放大电路，它可以对输入信号进行放大，并实现差分信号的输出。
本文将介绍2级差分放大电路的原理、特点和应用。
我们来了解一下2级差分放大电路的原理。
差分放大电路是指将两个输入信号进行差分放大的电路，其输出信号是两个输入信号的差值。
2级差分放大电路是在一级差分放大电路的基础上进行改进，通过级联多个差分放大器，可以实现更高的增益和更好的性能。
2级差分放大电路通常由两个差分放大器、一个电流源和负载电阻组成。
其中，差分放大器由两个输入端和一个输出端组成，输入端分别与输入信号和反向输入信号相连，输出端连接到负载电阻。
电流源则提供稳定的工作电流给差分放大器。
2级差分放大电路的特点是具有高增益、低失真和良好的抗干扰能力。
首先，由于采用了多级放大，2级差分放大电路的增益较高，可以满足对输入信号的放大需求。
其次，差分放大器的结构使得输出信号更加稳定，减少了失真的可能性。
此外，差分放大器对共模干扰信号具有较好的抑制能力，能够提高系统的抗干扰性能。
2级差分放大电路在实际应用中具有广泛的用途。
首先，它可以用于音频放大器，将低电平的音频信号放大到适合扬声器工作的电平，使音频信号得以传输和播放。
其次，2级差分放大电路也可以用于通信系统中，对接收到的微弱信号进行放大，以便后续处理和解调。
此外，它还可以应用于传感器信号放大、仪器测量等领域。
在设计2级差分放大电路时，需要考虑一些关键参数。
首先是增益，即输入信号经过放大后的输出信号与输入信号的比值。
增益可以通过调整差分放大器的电阻值来实现。
其次是带宽，即2级差分放大电路可以正常工作的频率范围。
带宽与差分放大器的增益、输入电容和输出电容等参数有关。
此外，还需要考虑电源电压、工作温度等因素，以确保差分放大电路的正常工作和稳定性。
2级差分放大电路是一种常见的电子放大电路，具有高增益、低失真和良好的抗干扰能力。
它在音频放大、通信系统和传感器信号放大等领域有着广泛的应用。
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计
目录1. 设计指标 (1)2. 运算放大器主体结构的选择 (1)3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1)4. 运算放大器设计策略 (2)5. 手工设计过程 (2)5.1 运算放大器参数的确定 (2)5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2)5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3)5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3)5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3)5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3)5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3)5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4)5.1.8 确定偏置电压 (4)5.2 CMFB参数的确定 (4)6. HSPICE仿真 (5)6.1 直流参数仿真 (5)6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5)6.1.2 输出电压范围测试 (6)6.2 交流参数仿真 (6)6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6)6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7)6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8)6.2.4输出阻抗仿真 (9)6.3瞬态参数仿真 (10)6.3.1 转换速率（SR） (10)6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11)7. 设计总结 (11)附录（整体电路的网表文件） (12)采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计1. 设计指标5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V VV V V VGB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mWµ>==−==>=±=−≤的范围2. 运算放大器主体结构的选择图1 折叠式共源共栅两级运算放大器运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。
从电路结构来看, 有套筒式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。
双差分全对称功放电路
双差分全对称功放电路简介双差分全对称功放电路，也称为差动对称放大器，是一种电子电路，常用于音频放大器、通信系统和测量仪器中。
该电路通过巧妙的设计，可以减小共模干扰，提高信号的传输质量和抗干扰能力。
差动放大器的原理差动放大器由两个差分级组成，每个差分级包含两个晶体管。
差分级之间使用电流镜电路连接，以保持电路的稳定性。
差动放大器的输入信号分别输入到两个晶体管的基极，而输出信号则从晶体管的集电极取出。
这种结构使得差动放大器具有高增益和良好的共模抑制比。
双差分全对称功放电路的结构双差分全对称功放电路是在差动放大器的基础上进一步扩展和改进而成的。
它采用了对称的电路结构，在输入级和差分级上分别使用了两个差分级。
其中一个差分级用于放大输入信号的正相分量，另一个差分级则放大输入信号的负相分量。
这种结构使得电路具有更好的信号对称性和更高的功放能力。
差动放大器的工作原理1.输入信号的正相分量和负相分量被分别输入到两个相邻的差分级中。
2.在差分级中，输入信号被放大并以不同的极性输出。
3.总共有四个输出端口，在不同的组合中，可以形成差动输出、共模输出或混合输出。
4.差动输出可以提供高增益、低失真和良好的共模抑制比。
5.共模输出可以提供共模抑制和抑制共模噪声。
双差分全对称功放电路的优势1.增加了电路的对称性，提高了输入信号的完美重复性。
2.改善了共模抑制比，减小了共模干扰，提高了信号的纯度和传输质量。
3.增强了电路的抗干扰能力，使得电路更稳定可靠。
4.提高了功放效率，降低了功耗和热量的产生。
双差分全对称功放电路的应用双差分全对称功放电路广泛应用于音频放大器、通信系统和测量仪器中。
以下是一些常见的应用场景：音频放大器双差分全对称功放电路可以用于音频放大器中，提供高质量的音频放大效果。
它可以将低电平的音频信号转换为高电平的音频信号，增加音频的音量和清晰度。
通信系统双差分全对称功放电路可以用于通信系统中的信号放大和传输。
它可以增强信号的强度和稳定性，提高通信的可靠性和抗干扰能力。
实验两级放大电路实验报告
实验四 两级放大电路一、实验目的l 、掌握如何合理设置静态工作点。
2、学会放大器频率特性测试方法。
3、了解放大器的失真及消除方法。
二、实验原理1、对于二极放大电路，习惯上规定第一级是从信号源到第二个晶体管 BG2 的基极，第二级是从第二个晶体管的基极到负载，这样两极放大器的电压总增益 Av 为：A VV O 2 V O 2 V O 2 V O 2 V O1V SV i ,V i1V i 2A V1 A V2V i1式中电压均为有效值，且 V O1 V i 2 ，由此可见，两级放大器电压总增益是单级电压增益的乘积，由结论可推广到多级放大器。
当忽略信号源内阻 R S 和偏流电阻 R b 的影响，放大器的中频电压增益为：A V 1 V O1 V O11R L1 1R C1 // r be2V S V i1 r be1 r be1A V 2V O 2 V O 22R L2R C2// R LV i1 V O1 r be22r be2A VA V 1 A V 2R C1 // r be2R C2// R L12r be2r be1必须要注意的是 A V1、A V2 都是考虑了下一级输入电阻（或负载）的影响，所以第一级的输出电压即为第二级的输入电压， 而不是第一级的开路输出电压，当第一级增益已计入下级输入电阻的影响后，在计算第二级增益时，就不必再考虑前级的输出阻抗，否则计算就重复了。
2、在两极放大器中 β 和 I E 的提高，必须全面考虑，是前后级相互影响的关系。
3、对两级电路参数相同的放大器其单级通频带相同，而总的通频带将变窄。
G uo G u1o G u 2o 式中 G u20 log A V (dB)三、实验仪器l 、双踪示波器。
2、数字万用表。
3 、信号发生器。
4、毫伏表5、分立元件放大电路模块 四、实验内容1 、实验电路见图 4-1(+12V)Rb1 RC1 Rb21Rc251K5K1 47K3KVi4+C2Vi2 Vi3+ C3Rp 2RP680K10u100K10uR1C15K1+V1V210uVi1R2+ Ce RLRb22 Re5110u20K1K3K图 4-1 两级交流放大电路2、设置静态工作点(l) 按图接线，注意接线尽可能短。
全差分套筒式共源共栅放大器及其共模反馈电路
一毕业设计（论文）进展情况60为什么要使用两级放大器，两级放大器的优点：单级放大器输出对管产生的小信号电流直接流过输出阻抗，因此单级电路增益被抑制在输出对管的跨导与输出阻抗的乘积。
在单级放大器中，增益是与输出摆幅是相矛盾的。
GB GB GB ()()()p p z的相位裕量，所以2.2 10LC因此由补偿电容最小值即可以得到2m112'1g (/)(/)2/12N W L W L K I ==≅ 用负ICMR 公式计算5Dsat V 由式（12）我们可以得到下式15(min)IC SS GS Dsat V V V V =++如果5DS V 的值小于100mv ，可能要求相当大的5(/)W L ，如果5Dsat V 小于0，则ICMR 的设计要求则可能太过苛刻，因此，我们可以减小5I 或者增大5(/)W L 来解决这个问题，我们为了留一定的余度我们(min)IC V 等于-1.1V 为下限值进行计算152511(min)Dsat IC TN SS I V V V V β=---（）则可以得到的5Dsat V 进而推出555'2552(/)()Dsat S W L K V ==（I ）11/1≅即有58(/)(/)11/1W L W L =≅为了得到60°的相位裕量，6m g 的值近似起码是输入级跨导1m g 的10倍（allen 书p.211例6.2-1），我们设us g g m m 9421016==，为了达到第一级电流镜负载（M3和M4）的正确镜像，要求46SG SG V V =，图中x ，y 点电位相同我们可以得到6644(/)(/)64/1m m gW L W L g ==进而由6662(/)m Pd g K W L I '=我们可以得到直流电流 22m6m667''6666g g 113.72(/)2d d I I A K W L K S μ==== 同样由电流镜原理，我们可以得到7755(/)(/)32/1d d IW L W L I ==3、仿真和测量 （1）DC 分析图2 VOUT 、M5管电流、M7管电流、Vx 与Vy 与输入共模电压变化的关系图4 测量共模输入范围的电路图图5 运放的输入共模电压范围从图中可以得到输入共模范围满足设计指标(-1V~2V)（3）测量输出电压范围在单位增益结构中，传输曲线的线性收到ICMR 限制。
模拟集成电路设计——两级全差分高增益放大器设计_2
全差分高增益放大器的设计一、设计产品名称全差分高增益放大器二、设计目的1.掌握模拟集成电路的基本设计流程；2.掌握Cadence基本使用方法；3.学习模拟集成电路版图的设计要点；4.培养分析、解决问题的综合能力；5.掌握模拟集成电路的仿真方法；6.熟悉设计验证流程方法。
三、设计内容全差分高增益放大器（Full-differential OTA）是一种非常典型的模拟IP, 在各类模拟信号链路、ADC.模拟滤波器等重要模拟电路中应用广泛, 是模拟IC 设计人员必需掌握的一种基础性IP 设计。
采用华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 设计一款全差分高增益放大器电路, 完成电路图设计、前仿真、Layout 设计和物理验证（DRC&LVS）。
考虑以下OTA 架构：图1 OTA架构四、电路设计思路模拟集成电路的设计分为前端与后端, 设计流程可以分为明确性能要求、选择电路结构、计算器件参数、原理图绘制、前仿真、版图绘制、DRC设计规则检查、LVS版图与电路图一致性检查、寄生参数提取及后仿真、流片测试。
本次实验使用基于华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 实现模拟集成电路全差分高增益放大器的全流程设计与仿真。
（1）性能指标:需要验证三种PVT Corner:a) 电源电压1.8V, 温度27℃, corner 为TT；b) 电源电压1.6V, 温度80℃, corner 为SS；c) 电源电压2.0V, 温度-40℃, corner 为FF；要求各Corner 下开环技术指标（含Cload=10fF）:①放大器开环DC 增益Av0≥90dB；②0dB 带宽BW0≥500MHz；③相位裕度Phase Margin≥50°。
④DC 抑制比PSRR-0≥60dB, （3*2=6 分）⑤10MHz 时抑制比PSRR-10M≥45dB。
全差分两级放大电路
综合课程设计研究报告课题名称：全差分两级运放研究人员：指导教师：王向展宁宁201 年1月1日微电子与固体电子学院目录一、绪论 (1)（一）研究工作的背景与意义 (1)（二）国内外现状分析 (1)二、研究目标、研究内容与技术指标 (1)（一）研究目标 (2)（二）研究内容 (2)（三）关键技术 (2)（四）技术指标 (3)三、电路工作原理 (3)（一）电路结构理论 (4)（二）关键电路模块 (4)（三）非理想效应 (5)四、电路设计与仿真 (6)（一）电路设计方案 (6)（二）电路设计结构 (9)（三）电路仿真及结果 (10)五、全文总结与展望 (12)参考文献 (13)一、绪论（一）研究工作的背景与意义随着模拟集成电路技术的发展，高速、高精度运算放大器得到广泛应用。
全差分运算放大器在输入动态范围、抑制共模信号和噪声的能力等方面，较单端输出运放有很大优势，成为应用很广的电路单元。
另外，全差分输出时的输出电压信号幅度比单端输出时增大一倍，这对低电源电压供电的现代CMOS电路尤为重要，因为这可以扩大输出信号的动态范围。
因此，本文讨论并设计了满足一定要求的全差分运算放大器。
（二）国内外现状分析从第一颗运算放大器IC问世到现在，运算放大器技术已经在半导体制造工艺和电路设计两方面取得了巨大进展。
在大约40年的发展过程中，IC制造商们利用上述先进技术设计出了近乎“完美”的放大器。
虽然什么是理想放大器很难有一个精确定义，但它却为模拟设计工程师提供了一个目标。
理想放大器应该无噪声、具有无穷大增益、无穷大输入阻抗、零偏置电流以及零失调电压，它还应该不受封装尺寸限制，不占用空间。
上述这些，都是许多教科书为了得到简单的传递函数而做出的种种假设。
未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长;其二,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器;其三,由于性能和价格压力持续上扬,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。
双差分全对称功放电路
双差分全对称功放电路1. 引言双差分全对称功放电路是一种常见的放大器电路，广泛应用于音频放大和信号处理领域。
它具有高增益、低失真、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于音响设备、通信设备等领域。
本文将介绍双差分全对称功放电路的原理、设计方法和性能优化，帮助读者深入了解该电路并能够灵活应用。
2. 原理双差分全对称功放电路由两个差分级和一个共模反馈级组成。
其中，差分级负责信号的放大，共模反馈级负责抑制共模干扰。
整个电路通过负反馈来控制增益和提高线性度。
在差分级中，输入信号经过两个输入晶体管Q1和Q2进行差分放大。
输出由两个输出晶体管Q3和Q4提供，并通过负载电阻RL来完成功率放大。
为了保证对称性，在输出晶体管的基极上还需连接一个恒流源。
在共模反馈级中，通过一个共模反馈电阻Rf将部分输出信号反馈到差分级的输入端，以实现共模反馈。
共模反馈可以抑制共模干扰，提高电路的抗干扰能力。
3. 设计方法3.1 差分级设计差分级的设计是双差分全对称功放电路设计的核心。
在设计过程中，需要考虑以下几个关键参数：•集电极电阻：集电极电阻的选择会直接影响到放大器的增益和线性度。
一般来说，较小的集电极电阻可以提高增益，但也会增加功耗和失真。
合理选择集电极电阻需要平衡这些因素。
•输入偏置电流：输入偏置电流决定了差分级的工作点。
过大或过小的偏置电流都会导致失真增加。
通过正确选择偏置电流源和偏置电阻可以得到适当的工作点。
•输入容量：输入容量决定了差分级对输入信号频率的响应能力。
为了保持较宽的频带，输入容量应尽量小。
3.2 共模反馈设计共模反馈可以提高双差分全对称功放电路的抗干扰能力和线性度。
在设计共模反馈时，需要考虑以下几个关键参数：•反馈电阻：反馈电阻的选择会影响共模反馈的效果。
合理选择反馈电阻可以提高共模抑制比，降低共模干扰。
•反馈比例：反馈比例决定了共模反馈信号的大小。
过大或过小的反馈比例都会导致失真增加。
通过调整反馈电阻可以得到适当的反馈比例。
全差分运放和差分运放
全差分运放和差分运放全差分运放和差分运放是两种常用的运放电路，它们在信号放大和滤波等应用中起到重要的作用。
全差分运放（fully differential amplifier）是一种能够对差分信号进行放大的运放电路。
它由两个对称的差动输入端和两个对称的差动输出端组成。
差动输入端的两个信号引脚接收两个输入信号，输出端的两个信号引脚输出差分信号。
全差分运放的输入电压与输出电压之间的关系可以通过增益来描述，一般用差模增益和共模增益来定义。
差模增益表示输出信号与差分输入信号之间的关系，而共模增益表示输出信号与共模输入信号之间的关系。
全差分运放广泛应用于差分信号放大、滤波、模拟信号处理等领域。
差分运放（differential amplifier）是一种基本的运放电路，它由一个差动输入端和一个单端输出端组成。
差模输入信号作用在差动输入端，通过运放电路的放大作用，将差模输入信号转换为单端输出信号。
差分运放的特点是输入和输出都是差模信号，能够对差模信号进行放大。
差分运放在信号放大、滤波、串扰抑制等领域有重要的应用。
全差分运放和差分运放在应用中有许多相似之处，但也有一些区别。
首先，全差分运放有两对差动输入接口和差动输出接口，而差分运放只有一对差动输入接口和单端输出接口。
其次，差分运放只能放大差模信号，而全差分运放可以同时放大差模信号和共模信号。
此外，全差分运放具有更高的抗干扰能力和更低的共模幅度输出，因此在一些对共模干扰要求较高的应用中常常使用全差分运放。
综上所述，全差分运放和差分运放是常见的运放电路，它们在信号放大、滤波和抗干扰等应用中发挥着重要作用。
全差分运放具有双差动输入输出和较好的共模抑制能力，而差分运放则主要用于差模信号放大。
选择适合的运放电路需要根据具体应用需求来确定。
全差分运放电路的设计
全差分运放电路的设计全差分运放电路是一种常用的放大电路，它可以在信号采集和信号处理中起到很大的作用。
全差分运放电路通过将信号输入分为两个互为相反的信号，从而抵消共模干扰，提高系统的抗干扰能力，实现高质量的信号放大。
本文将会详细介绍全差分运放电路的设计方法和注意事项。
首先，全差分运放电路由运放、电阻和电容器组成。
一般情况下，有两种常见的全差分运放器设计：非反馈输出型和反馈输出型。
对于非反馈输出型的全差分运放电路，其输出电压与输入电压成正比。
这种设计方式适用于需要稳定增益的应用，如压力传感器、光传感器等。
而反馈输出型的全差分运放器则通过反馈网络来调整增益，适用于需要可调增益的应用，如音频放大器、滤波器等。
在设计全差分运放电路时，需要考虑以下几个关键因素：1.输入电阻和输入电容：全差分运放电路的输入电阻应尽可能大，以减小输入电流，避免对信号源的干扰。
同时，输入电容也应尽可能小，以提高信号的快速响应。
2.带宽：全差分运放电路的带宽需要根据实际应用需求进行选择。
一般情况下，带宽越大，电路越容易产生共模干扰。
因此，需要根据具体应用需求来平衡带宽和抗干扰能力。
3.输出电阻：全差分运放电路的输出电阻应尽可能小，以实现较高的加载能力和输出电压稳定性。
4.功耗：全差分运放电路的功耗应尽可能小，以提高系统的能效和延长电池寿命。
设计全差分运放电路时，可以按照以下步骤进行：1.确定应用需求：首先需要明确电路的功能和应用场景，包括所需的增益、带宽和动态范围等。
2.选择运放器：根据应用需求选择合适的全差分运放器，考虑增益范围、带宽、功耗和价格等因素。
3.选择电阻和电容器：根据所选的运放器的输入和输出特性，选择合适的电阻和电容器，以满足输入和输出阻抗的要求。
4.建立电路模型：根据电路需求和所选元件的特性，建立电路模型进行电路仿真，并进行参数优化。
5.PCB设计：根据电路模型进行PCB设计，注意信号、电源和地的布线问题，尽量减少共模干扰。
(p)一种高性能低功耗两级全差分运算放大器设计
收稿日期:2009202216 作者简介:翁 迪(1983—),男,硕士研究生.通信联系人:叶 凡,男,讲师,E 2mail :fanye @f .文章编号:042727104(2009)0420465205一种高性能低功耗两级全差分运算放大器设计翁 迪,范明俊,叶 凡,任俊彦(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室,上海201203)摘 要:分析并设计了一种高速、高增益、低功耗的两级全差分运算放大器.该运算放大器用于高速高精度模数转换器中.运算放大器第一级采用增益自举cascode 结构获得较大的直流增益,采用2个新的全差分运算放大器替代传统的4个单端运算放大器作为增益自举结构.该放大器采用SMIC 0.18μm CMOS 工艺设计,电源电压1.8V ,直流增益125dB ,单位增益带宽300M Hz (负载3p F ),功耗6.3mW ,输出摆幅峰峰值达2V.关键词:运算放大器;增益自举;2级;全差分;高增益中图分类号:TN 492 文献标志码:A运算放大器(op amp )作为关键的模拟模块,广泛应用于开关电容滤波器、Σ2Δ调制器以及模数转换器等.在这些电路中,速度和精度两大重要因素都是由运算放大器的各种性能来决定的.例如在精度10bit 速度20M Hz 以上的高速高精度流水线模数转换器设计中,高的直流增益和大的单位增益带宽会降低运算放大器闭环工作时的增益误差和线性建立时间引起的误差,而大的输出摆幅可以有效的提高性噪比,从而可以在较小的电容负载的情况下达到较高的信噪失真比,有效地实现高速高精度和低功耗的目标;流水线模数转换器中功耗主要来自于运算放大器,所以低功耗运算放大器会使整个模数转换器功耗显著降低.一般而言,长沟道、低偏置电流、多级运算放大器可以实现高增益,然而会导致多个极点,难以达到高速大带宽的要求.共源共栅(cascode )结构的运算放大器具备频率特性好、主极点由负载电容决定、功耗最低等优点,但是输出摆幅比较小,特别在低电源电压情况下,这种缺点就更加显得突出.综合考虑,2级运算放大器可以在高增益、大输出摆幅和带宽间达到较好的平衡;高增益可以采用带增益自举的第1级实现,而带宽和速度可以在功耗允许的情况下尽量加大电流来实现.本文提出了带有增益自举结构的两级全差分运算放大器设计方案.由于这种方案目前在国内还属首次采用,所以本文对电路性能作了全面详细的分析.1 运算放大器总体结构和性能分析运算放大器应用于高性能流水线模数转换器时,运算放大器的增益要满足模数转换器中采样保持的增益误差要求和线性度要求,为达到14位精度,要求运算放大器开环直流增益大于100dB [1],而一般的2级运算放大器增益大概在80dB 左右.为了提高增益,本文提出的方案是第1级采用带有小运算放大器OPN 和O PP 增益自举的套筒式共源共栅(telescopic cascode )结构,第2级采用一般的共源放大器,电路结构如图1所示.为了保证运算放大器的稳定性,采用Miller 补偿技术进行零极点补偿,采用开关电容共模反馈以调节稳定工作点.1.1 直流增益分析该运算放大器存在2级:第1级是带增益自举的cascode 级;第2级是共源放大级.第1级增益:A 1=-G mI R OI =-g m1(R O11∥R O12),其中R O11=[1+(1+A n )g m6r o6]r o8,R O12=[1+(1第48卷 第4期2009年8月复旦学报(自然科学版)Journal of Fudan University (Natural Science )Vol.48No.4Aug.2009图1 带有增益自举的2级全差分运算放大器总体结构Fig.1 Overall structure of t he fully differential gain 2boosted two 2stage op amp+A p )g m4r o4]r o2,A n ,A p 是自举运算放大器OPN 、OPP 的直流增益,在A n ≈A p µ1的情况下,A 1≈A n [-G m (g m6r o6r o8∥g m4r o4r o2)]=A n ・A 1′,其中A 1′=-G m (g m6r o6r o8∥g m4r o4r o2)为不带增益自举的第1级的增益.第2级增益:A 2=-G mII R OII =-g m2(R 10∥R 12).总增益:A =A 1・A 2≈A n ・A 1′・A 2.(1)由上述分析可以看出,电路总的直流增益等于主电路cascode 级(m 1～m 8)、主电路输出级(m 9～m 12)和增益自举电路(OPN 或O PP )3者直流增益之积.这样设计时就可以把总增益分配到各级电路中去.每一级只要达到所指定的增益目标,总增益就能满足要求[223].1.2 单位增益带宽该运算放大器结构符合标准两级运算放大器性能分析方法[3],电路中负载电容C L ,补偿电容为C c ,主极点产生于第1级的输出端,其大小等于从m 4和m 6(或m 3,m 5)的漏端看进去的输出电阻和电容乘积的倒数:P 1=1/(R OI R OII G mII C c );次主极点位于第2级的输出端:P 2=G mII /C L ;单位增益带宽:GB m =G mI /C c ;从上面可以看出增益自举电路对整个电路的次主极点和单位增益带宽没有影响,只是会减小主极点频率.采用Miller 电容补偿会在右半平面产生一个零点:Z 0=1/(C c (1/G mII -R Z )),采用调零电阻R Z 控制零点的位置把零点从右半平面移到左半平面的次主极点P 2上,当R Z =(C c +C L )/(G mII C c )时,Z 0=1/(C c (1/G mII -R Z ))=-G mII /C L ,这样输出负载电容引起的极点就去除掉了,当然由于温度,工艺和电压等的变化会导致R Z ,C c 和C L 以及G mII 发生变化,但是在设计中,这些变量都有一定的裕度,在设计中也充分考虑,所以,也就避免了调节后的负零点位于GB W 内的现象.要满足60°相位裕度,则电路的次主极点至少要大于2.2GB m [3].即:G mII /C L >2.2G mI /C c ,若零点G mII /C L =10GB m =10G mI /C ,则C c >2.2C L G mI /G mII =0.22C L .1.3 增益自举电路与主电路的匹配传统的增益自举技术如图2所示需要额外实现4个单输入单输出的运算放大器,这样就增加了线路的复杂性、功耗和面积,同时在利用电流镜进行双端转单端输出的过程中,也消耗了运算放大器的动态幅度,不利于电路的设计和实现.这里采用2个全差分输入输出的运算放大器作为增益自举电路,由于左右两端完全对称的结构,从而可以减小相应的晶体管间由于不匹配所引入的噪声.增益自举电路主要起增加664复旦学报(自然科学版)第48卷cascode 级输出电阻的作用,因此可以将起功耗和面积尽量减小,设计时将其管子的宽长比和电流取为外部主电路的1/3左右比较合宜[2].图2 传统的增益自举技术Fig.2 Traditional gain 2boosted technology自举放大器OPN 、O PP 与主电路M 5、M 6和M 3、M 4形成闭环反馈,可以自动调整,而OPN 和OPP 输入端也有用来控制输入的共模电平.如果OPN 、O PP 速度太快,就会导致运算放大器稳定性方面问题[4].为了系统稳定,O PN 、OPP 单位增益带宽GB sub 必须满足:P 1<GB sub <P 2.(2)同时自举电路的加入有可能在GB sub 的地方产生一个极零点对(pole 2zero ),而极零点对会严重影响运算放大器建立时间,为了防止GB sub 处产生的极零点对对运算放大器闭环工作时的影响,GB sub 还必须满足:βGB <GB sub <P 2,(3)β为运算放大器闭环工作时的反馈因子,在高精度流水线模数转换器中,采样保持器采用电荷重分布形式,反馈因子为1/2,所以只要满足:1/2GB <GB sub <P 2,系统稳定性和建立时间方面要求都可以满足.增益自举小电路所选择的结构是折叠共源共栅结构如图1所示.使用这种结构主要考虑到速度和输入、输出电平的需要[5].输入级中间2个管子是用来稳定输入级尾电流源漏端电压. 偏置电路和共模反馈电路增益自举电路和主电路使用相同的偏置电压,通过折中调节最后整个电路只需要2路偏置电压,选用共[5],增大电流镜输出电阻,使输出电压更稳定并且电路结构简单,如图3所示.全差分运算放大器需要共模反馈电路确定其共模电平.共模反馈的电路多种多样,不过在这里开关电容共模反馈[5]电路相比其他电路来说具有独特的优势.首先它相对于连续时间共模反馈电路具有更高的动态范围,其次,它不会引入附加的极点且其线性度也非常好,另外,运算放大器应用在开关电容电路中无需增加额外的时钟,应用比较方便.为了保证系统能够稳定而又快速地进入工作,在第1、第2级分别采用了共模反馈.2 性能分析表1列出了带有增益自举和不带增益自举结构两级全差分运算放大器以及2个用来增益自举的辅助运算放大器OPN 、OPP 各项性能情况.可以看到,仿真结果与上述推理基本相符.带有增益自举的两级全差分运算放大器直流增益等于辅助运算放大器和没有增益自举的两级全差分运算放大器直流增益之和(都以dB 形式表示).总电路的单位增益带宽基本上与不带增益自举两级全差分运算放大器带宽相等.在辅助运算放大器OPP 、OPN 带宽满足(3)式时运算放大器建立时间20ns ,与不带增益自举时18ns 差不764 第4期翁 迪等:一种高性能低功耗两级全差分运算放大器设计图3 偏置电路和开关电容共模反馈电路Fig.3 Bias and switched 2capacitor CMFB多,当不满足(3)式只满足(2)式时运算放大器建立时间延长到39ns ,如表1中所示.可见OPP 和OPN 的带宽影响整个运算放大器建立时间比较明显.表1 运算放大器及其各子模块电路性能比较Tab.1 Op amp and other sub 2module performanceamplifierG DC /dB f B /M Hz C L /p F t set /ns φ/(°)P /μW OPN 39.5290(>321/2)19.2(<321/2)0.12.0——76.090.6 456OPP 45 251(>321/2)16.5(<321/2)0.12.0——74.389.2 375wit hout gainenhancement104.0321.0 3.01869.05470wit h gainenhancement 141.0320.0 3.0203969.06430 最后,运算放大器通过SM IC 0.18μm CMOS 工艺实现,经过流片测试,在电源电压1.8V 的情况下,增益达到125dB ,单位增益带宽300M Hz.表2详细列举了本运算放大器各项指标性能在仿真和测试后的结果比较,图4给出了用Hspice 仿真的幅频和相频特性;图5则是测试时的大信号阶跃响应.从中可以看出仿真和测试结果的总体性能差异在比较合理的范围内,而差异也主要是由于版图,寄生参数和工艺原因导致的偏差,也就是在于仿真的理想性和电路流片实现之间的差异,证明了这种运算放大器设计方案在现实应用中的可行性.并且,从流片测试结果看,总体设计也基本满足高精度低功耗电路对运算放大器的要求,而且在后期的ADC 的流片测试结果也显示该放大器设计保证了ADC 的性能.表2 运算放大器仿真、测试结果Tab.2 Simulation and testing resultsperformanceA out /V G /dB f B /M Hz t set /ns S R /(V ・μs ∃1)P /mW φ/(°)simulation214132020207 6.3469measured 212529931198 6.30—864复旦学报(自然科学版)第48卷本文提出了一种高性能低功耗的两级全差分运算放大器设计,采用0.18μm CMOS 工艺实现.利用增益自举技术,运算放大器开环增益可达到125dB ,主运算放大器为2级结构,输出摆幅在电源电压1.8V 情况下峰峰值可达到2V ,电压转换率约200V/μs.文中详细阐述了主运算放大器与辅助运算放大器之间匹配问题,在保证运算放大器其他性能不变的情况下,合理缩减辅助运算放大器的功耗,总功耗仅有6.3mW.该运算放大器被应用于低功耗14位32.5M Hz 流水线模数转换器的采样保持电路中.参考文献:[1] Yang W ,Kelly D ,Mehr I ,et al .A 32V 340mW 142b 752Msps CMOS ADC with 852dB SFDR at Nyquistinput [J ].J ournal of S oli d 2S tate Ci rcuits ,2001,36(12):193121936.[2] 柳 逊,闫 娜,吴晓铁,等.一种高性能运算放大器的设计[J ].微电子学与计算机,2005,22(6):28233.[3] Allen P E ,Holberg D R.CMOS Analog Circuit Design [M ].2版.冯 军,李智群,译.北京:电子工业出版社,2000.[4] Bult K ,G eelen G J G M.A fast 2settling CMOS op amp for SC circuits with 902dB DC gain [J ].J ournalof S oli d 2S tate Ci rcuits ,1990,25(6):137921384.[5] Lloyd J ,Lee Hae 2Seung.A CMOS op amp with fully 2differential gain 2enhancement [J ].T ransactions onCi rcuits A nd S ystems ,1994,41(3):2412243.[6] Recoules H ,Bouchakour R ,Loumeau P.A Comparative study of two SC 2CMFB networks used in fullydifferential O TA [C]∥Proceedings of 1998IEEE International Conference on Electronics ,Circuits and Systems.Portugal :IEEE Press ,1998.Design of a High 2Performance and Low 2Pow erTwo 2Stage OP AmpWE NG Di ,FAN Ming 2jun ,YE Fan ,RE N J un 2yan(A S IC &S ystem S tate Key L aboratory ,Fudan Universit y ,S hanghai 201203,China )Abstract :A high 2gain low 2power high 2speed fully differential two 2stage operational amplifier wit h a DC 2gain of 125dB and a gain 2bandwidt h of 300M Hz is analyzed and designed in a 0.18μm SMIC CMOS process.Its output swing reaches 2V and power consumption is only 6.3mW.the high DC 2gain is reached t hrough gain 2enhancement at t he first pared wit h t he traditional gain 2enhancement technology wit h four single 2ended output amplifiers ,two new fully differential amplifiers are utilized here for gain 2enhancement.The DC 2gain ,output swing and power consumption are better than t hat of t he traditional operational amplifier.K eyw ords :operational amplifier ;gain 2enhancement ;two 2stage ;fully 2differential ;high DC 2gain 964 第4期翁 迪等:一种高性能低功耗两级全差分运算放大器设计。
全差分电路放大分析详解
全差分放大的分析Introduction本文通过分析增益和噪声来更深入地探讨该话题，全差分放大器有着多个反馈路径，并且电路分析需要密切注意细节。
我们必须注意包含Vcom 引脚从而保证一次完整分析。
Circuit Analysis全差分放大器的电路分析遵循与通常单端放大器一样的规则，但是这里有一些微妙的地方可能不会被完全领会直到全部分析被做完为止。
图1所示的分析电路使用来计算归一化电路公式和框图的，从这里开始，待定的dialup 配置可以被较容易地解决。
电压定义也被需要使用从而达到特定的解决方案。
AF 是用来代表放大器的开环差分增益即V out+ －V out- =AF （VP-VN ）。
这样认为差动放大器两边的增益时完美匹配的并且增益的变化也无关紧要。
在负反馈的情况下，当AF>>1时，这通常是典型情况。
Input voltage definitions: ID IN IN V V V +-=-（1）2IN IN IC V V V +-+=（2） Output voltage definitions:OD OUT OUT V V V +-=-（3）2OUT OUT OC V V V +-+=（4）()OUT OUT P N V V AF V V +--=-（5）V oc=V ocm （6）这里有两个运算放大器：主差分放大器（从Vin 到V out ）和VOCM 误差放大器。
VOCM 误差放大器的操作是两者中较为简单的并且将会被我们优先考虑。
他可以帮助我们回顾参考1中所示简化后的原理图。
V out+ 和Vout-被内部的RC 网络滤除并且求和。
VOCM 放大器采集该电压并且将它与送入VOCM 引脚的电源相比较。
内部反馈环路被用于驱动VOCM 误差放大的“误差”电压（在输入引脚之间的电压）至零，从而V oc=V ocm.这是上述方程给出的电压定义的基础。
在这里没有简单的方法分析主差分放大器，除了坐下来并写出一些节点分方程然后做代数运算将他们以实际的形式呈现出来。
对称结构的全差分二级放大器
对称结构的全差分二级放大器
对称结构的全差分二级放大器是一种在模拟电路中常用的放大器类型，具有高精度、低噪声等优点。
下面将详细介绍这种放大器的结构和工作原理。
一、对称结构
对称结构是全差分放大器的一个重要特点，它主要体现在电路的输入和输出端口的对称性。
也就是说，差分输入信号的正负幅度相同，输出信号的正负幅度也相同。
这种对称结构可以有效地消除电路中的零点漂移和共模噪声，提高电路的线性度和稳定性。
二、全差分放大器
全差分放大器是一种将差分信号转换为单端信号的放大器。
它由两个对称的差分放大器组成，每个差分放大器都可以对差分信号进行放大，并通过单端输出电路将放大的差分信号转换为单端信号。
由于全差分放大器的输出信号是单端的，因此它可以方便地与其他单端信号处理电路进行连接。
三、二级放大器
二级放大器是由两个一级放大器串联而成的放大器。
这种放大器的总增益是各级增益的乘积，因此可以通过适当选择各级增益来获得所需的输出信号幅度。
同时，二级放大器的总噪声系数是各级噪声系数的加权和，因此可以在不增加噪声的情况下提高放大器的增益。
综上所述，对称结构的全差分二级放大器是一种高精度、低噪声的放大器类型，具有广泛的应用前景。
它的主要特点是对称结构可以有效地消除零点漂移和共模噪声，全差分放大器可以将差分信号转换为单端信号，二级放大器可以提高放大器的增益和降低噪声。
这些特点使得对称结构的全差分二级放大器成为了一种理想的模拟电路放大器类型，可以广泛应用于各种电子设备和系统中。
全差分运算放大器结构框图解析 常见的全差分运算放大器电路分析
全差分运算放大器结构框图解析常见的全差分运算放大器电路分析全差分（运算放大器）就是一种具有差分输入，差分输出结构的运算（放大器）。
（差分放大器）相对于单端输出的放大器具有如下一些优势。
首先，由于随着CMOS 工艺尺寸不断缩小，从0.5μm 减小至0.35μm，0.18μm，90nm，（芯片）的（供电）电压也不断减小从5V降到3.5V，1.8V，1.2V甚至更低。
在如此低的供电电压的情况下，单端输出的运算放大器很难能理想地工作，为了保证电路能够得到足够大的（信号）摆幅，我们需要采用全差分的运算放大器结构。
其次，全差分运算放大器能够有效抑制电路的共模信号，并且能够减小电路的偶次谐波失真。
但是为了得到这些性能，全差分运算放大器需要一个共模反馈环路来控制输出的共模电平。
理想情况下，这个共模反馈控制环路会使得输出的共模电平稳定在VDD/2。
所以，一个全差分放大器通常由主放大器和共模反馈环路两部分组成，它在现代的（电路设计）中应用非常广泛。
1.全差分运算放大器结构框图共模反馈的基本思想就是由一个共模采样电路取得电路的输出共模信号，然后把共模信号与一个参考信号相比较，将比较后的误差信号放大后再输入主放大器以调节输出共模电压。
对于输入的差分信号来说，共模反馈环路不会对交流信号产生影响，相当于说共模环路对于交流是开路的。
所以，电路的差分增益和相位就由主放大器决定。
但是，对于输入的共模信号，共模反馈环路决定了输出的共模电平，这时，共模环路的增益和相位就会对电路的输出共模电平的精度和稳定性产生影响。
全差分放大器在应用中的一种电路形式，差分输出的信号摆幅vO1-vO2 为单端信号vO1(vO2)摆幅的两倍，所以在输出端可以有较大的输出动态范围，相对于单端输出提高了处理信号的幅度能力。
2. 常见的全差分运算放大器电路(a)是普通的全差分放大器电路，通常作为一个放大器的输入级部分。
图7-3(b)是折叠式全差分运算放大器电路，它的增益会比较大，可以达到60~70dB，但同时会消耗比较大的功耗，因为它有四条支路需要（电流）。
全差分运算放大器电路
全差分运算放大器电路
全差分运算放大器（Fully Differential Operational Amplifier）是一种电路，通常用于测量差分信号，即两个信号之间的差异。
它可以将两个输入信号相减，输出其差分信号，并具有高共模抑制比（Common-Mode Rejection Ratio，CMRR）的特性，这使得它对于共模信号的抑制能力非常强。
全差分运算放大器的主要特点包括：
1.差分输入：它接受两个不同的输入信号，可以测量它们之间的
差异。
2.共模抑制比（CMRR）：这种放大器设计旨在最大程度地抑制共
模信号，即同时出现在两个输入上的信号，以便更好地提取差分信号。
3.高增益：通常，全差分运算放大器具有较高的开环增益，以确
保小差分信号的放大。
4.常用于差分测量：它通常用于需要测量差分信号的应用，如传
感器接口、音频处理和高速通信系统等。
需要注意的是，实际的全差分运算放大器电路可能更加复杂，具有额外的电路元件和性能特性，以满足特定应用的要求。
在设计和应用中，应根据实际需求来选择适当的操作放大器和电阻值。
两级全差动运算放大器的设计
两级全差动运算放大器的设计班级:自动化0905姓名:余陆洋学号:U200914361同组人姓名:刘洁、戴伟、王睿祺题目要求根据性能指标的要求，选择合适的放大器类型，采用0.18um CMOS 工艺，设计一个两级运算放大器性能指标如下：电源电压： 1.8V 第一级增益： ≥20dB 第一级GBW: ≥500MHz 两级增益： ≥80dB 相位裕度： ≥60º差分压摆率： ≥200V/us等效输入参考噪声：200nV/Hz @1MHz 负载电容： ≤1pF静态功耗： 尽可能小，不做具体要求人员分工余路洋：运放整体仿真 刘洁：网表的编写戴伟：第一级运放与第二级运放的仿真 王睿祺：电路参数的设计整体设计1） 基本参数设定mV V V TH G S 200=- V V TN 5.0=V V TP 4.0-= 4106.4-⨯=ox n C u4103.2-⨯=ox p C u2） 基本公式Lmip c g GBW π2=tn ds Dm v v I g -=2 2)(21TH GS ox D V V L WuC I -=3） 第一级运放设计：inn由题目可知，要满足设计要求最主要的是确定MOS 管的宽长比以及偏置电流。
我们取负载电容为L c =0.4Pf ，由此可确定ID 的大小，又由于mV V V TH G S 200=-所以由图可知,增益：30db,GBW>500W.4） 第二级运放设计增益>50db5）整体设计a)增益>80dbb)由下图可以看出相位裕度>60o,满足要求差分压摆率>0.4v/2ns=200V/us,所以满足要求c)等效输入参考噪声在1MHz时<200nV/Hz.d)静态功耗:网表程序*two_stage_amp.option post=2 numdgt=7 tnom=27.lib 'C:\rf018.l' tt.global VDD! GND!.PARAM************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down* Cell Name: amp_stage_two* View Name: schematic************************************************************************.SUBCKT amp_stage_two Iref2 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn Voutp*.PININFO Iref2:I Vb2:I Vb3:I Vb4:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:OMM7 net087 Vb2 vdd! vdd! pch l=300n w=805n m=1MM6 Voutp Vb3 net087 vdd! pch l=300n w=5.39u m=1MM5 net33 Vb2 vdd! vdd! pch l=300n w=805n m=1MM4 Voutn Vb3 net33 vdd! pch l=300n w=5.39u m=1MM12 net33 Vip net30 gnd! nch l=300n w=2u m=1MM13 net087 Vin net30 gnd! nch l=300n w=2u m=1MM11 Iref2 Iref2 gnd! gnd! nch l=280.0n w=2u m=1MM10 net30 Iref2 gnd! gnd! nch l=280.0n w=3u m=1MM3 Voutp Vb4 net42 gnd! nch l=400n w=805n m=1MM2 net42 Vcm gnd! gnd! nch l=1u w=405n m=1MM1 Voutn Vb4 net46 gnd! nch l=400n w=805n m=1MM0 net46 Vcm gnd! gnd! nch l=1u w=405n m=1.ENDS************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down* Cell Name: amp_stage_one* View Name: schematic************************************************************************.SUBCKT amp_stage_one Iref1 Vcm Vin Vip Voutn Voutp*.PININFO Iref1:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:OMM5 Iref1 Iref1 vdd! vdd! pch l=1u w=105.0000u m=1MM4 net23 Iref1 vdd! vdd! pch l=1u w=900.0000u m=1MM3 Voutp Vin net23 vdd! pch l=180.0n w=705.0000u m=1MM2 Voutn Vip net23 vdd! pch l=180.0n w=705.0000u m=1MM1 Voutn Vcm gnd! gnd! nch l=180.0n w=5.645u m=1MM0 Voutp Vcm gnd! gnd! nch l=180.0n w=5.645u m=1.ENDS************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down* Cell Name: two_stage_amp* View Name: schematic************************************************************************ *.PININFO Vb2:I Vb3:I Vb4:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:OCC2 Voutp gnd! 1.0000p $[CP]CC5 net048 Voutp 20f $[CP]CC3 Voutn gnd! 1.0000p $[CP]CC4 net049 Voutn 20f $[CP]XI22 net044 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip net049 net048 / amp_stage_two *.SUBCKT amp_stage_two Iref2 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn VoutpXI21 net076 Vcm net049 net048 Voutn Voutp / amp_stage_one*.SUBCKT amp_stage_one Iref1 Vcm Vin Vip Voutn Voutp*.SUBCKT two_stage_amp Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn VoutpVVin Vin 0 DC 0.9 AC 1.0VVip Vip 0 DC 0.9 AC 1.0 180VVb2 Vb2 0 0.8VVb3 Vb3 0 0.5VVb4 Vb4 0 1.3VVcm Vcm 0 0.9VVdd vdd! gnd! 1.8Iref1 net076 0 180uIref2 vdd! net044 10u*VVin Vin 0 0 PULSE 0 1.0 0.1N .1N .1N 100N 100N*RVip Vip 0 1k*.TRAN 0.1N 100N*.PRINT TRAN V(Vin) V(Voutn).AC DEC 10 1 3G.PRINT AC VDB(Voutp) VP(Voutp).noise V(Voutp) VVip 10.END。
适用于全差分运算放大器的两级共模反馈结构
图 1 两级全差分运算放大器 F ig . 1 T wo- stage fully differ ential operat ional amplifier
为了确保运放具有良好的稳定性, 采用极点- 零 点抵消的密勒电容补偿技术[ 6] , 并且分别针对运放
输入级、输出级设计了连续时间共模反馈电路和开
关电容共模反馈电路来稳定各级共模电平。
2. 1 连续时间共模反馈 由于运放的输入级对摆幅要求不高, 而开关电
容共模反馈回路会降低运放内部主极点的位置, 导
第 41 卷第 2 期 2011 年 4 月
微电 子学 Micr oel ect r onics
V ol. 41, No . 2 A pr. 2011
适用于全差分运算放大器的两级共模反馈结构
尹 浩1 , 陈必江1 , 李 靖1 , 杜 翎1 , 汤川洋1 , 于 奇1 , 宁 宁1 , 邓春健2
( 1. 电子科技大学 电子薄膜与集成器 件国家重点实验室, 成都 610054; 2. 电子科技大学 中山学院, 广东 中山 528402)
略有偏差, 但并不影响电路的正常工作。 2. 2 开关电容共模反馈
连续型共模反馈的缺点在于限制了电路的输出
摆幅。为了使运放有尽可能宽的输出摆幅, 输出级 采用开关电容共模反馈电路[ 8] , 如图 3 所示。图 3 中, V out+ 和 V out- 分别为运放输出电平, V cmf b2 为输出
时单位增益带宽为 1. 163 GH z。
两级全差分共模反馈初相位为0
两级全差分共模反馈初相位为0两级全差分共模反馈初相位为01. 什么是两级全差分共模反馈初相位为0？两级全差分共模反馈初相位为0是一种特定的电路设计结构，用于帮助提高放大器的性能和稳定性。
在这种设计中，共模反馈电路被两级差分放大器所包围，并且初相位设置为0。
这种设计可以减少共模噪声，提高共模抑制比，从而改善放大器的性能。
2. 两级全差分共模反馈初相位为0的原理在这种设计中，两级差分放大器被用来放大差分信号，而共模反馈电路则被用来抑制共模信号。
通过将初相位设置为0，可以使得共模反馈电路的作用更加有效，从而提高共模抑制比。
这样一来，放大器就能更好地抑制共模噪声，提高信噪比和动态范围。
3. 两级全差分共模反馈初相位为0的优点采用两级全差分共模反馈初相位为0的设计有以下几个优点：- 提高共模抑制比：通过这种设计，可以显著地提高放大器的共模抑制比，从而减少共模噪声的影响。
- 提高性能稳定性：共模反馈的作用能够提高放大器的稳定性，减少干扰和失真的可能。
- 降低功耗：优化的设计能够在不影响性能的前提下降低功耗，提高能效比。
4. 两级全差分共模反馈初相位为0的应用这种设计结构广泛应用于射频和高速电路领域，如射频前端、通信系统、毫米波雷达等。
由于其能有效地提高性能稳定性和抑制噪声的特点，使得它成为了许多高频电路设计中不可或缺的一部分。
5. 我的观点和理解我认为两级全差分共模反馈初相位为0的设计是一种非常有效的电路结构，能够在提高性能和稳定性的降低共模噪声的干扰。
在当前高频电路设计中，这种设计结构已经得到了广泛的应用，并且在未来的发展中也将会继续发挥重要作用。
我相信随着技术的不断进步，对这种设计结构的研究和应用会更加深入，为电路设计领域带来更多的创新和突破。
总结两级全差分共模反馈初相位为0的设计结构是一种能够有效提高放大器性能和稳定性的电路设计，具有重要的应用前景和研究意义。
通过合理地设置初相位和优化设计，可以使得放大器在抑制共模噪声的提高性能稳定性和功耗效率。
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综合课程设计研究报告课题名称：全差分两级运放研究人员：指导教师：王向展宁宁201 年1月1日微电子与固体电子学院目录一、绪论 (1)（一）研究工作的背景与意义 (1)（二）国内外现状分析 (1)二、研究目标、研究内容与技术指标 (1)（一）研究目标 (2)（二）研究内容 (2)（三）关键技术 (2)（四）技术指标 (3)三、电路工作原理 (3)（一）电路结构理论 (4)（二）关键电路模块 (4)（三）非理想效应 (5)四、电路设计与仿真 (6)（一）电路设计方案 (6)（二）电路设计结构 (9)（三）电路仿真及结果 (10)五、全文总结与展望 (12)参考文献 (13)一、绪论（一）研究工作的背景与意义随着模拟集成电路技术的发展，高速、高精度运算放大器得到广泛应用。
全差分运算放大器在输入动态范围、抑制共模信号和噪声的能力等方面，较单端输出运放有很大优势，成为应用很广的电路单元。
另外，全差分输出时的输出电压信号幅度比单端输出时增大一倍，这对低电源电压供电的现代CMOS电路尤为重要，因为这可以扩大输出信号的动态范围。
因此，本文讨论并设计了满足一定要求的全差分运算放大器。
（二）国内外现状分析从第一颗运算放大器IC问世到现在，运算放大器技术已经在半导体制造工艺和电路设计两方面取得了巨大进展。
在大约40年的发展过程中，IC制造商们利用上述先进技术设计出了近乎“完美”的放大器。
虽然什么是理想放大器很难有一个精确定义，但它却为模拟设计工程师提供了一个目标。
理想放大器应该无噪声、具有无穷大增益、无穷大输入阻抗、零偏置电流以及零失调电压，它还应该不受封装尺寸限制，不占用空间。
上述这些，都是许多教科书为了得到简单的传递函数而做出的种种假设。
未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长;其二,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器;其三,由于性能和价格压力持续上扬,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。
测试和测量、通信、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力;DSL和消费类视频应用是最大的市场,而且未来将继续此趋势。
其中,DSL运放的增长点主要在于线路驱动器。
而整合了滤波、多路技术以及DC恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。
从应用的角度讲,不同的系统对运放有不同要求,选择合适的运放对于系统设计至关重要。
对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用,交流特性极为重要。
但对于低速的高精度系统,直流方面的特性则通常更为重要。
衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等;而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等。
二、研究目标、研究内容与技术指标（一）研究目标1.两级全差分放大电路输入、输出均为差分信号。
比起单端输出的运放，全差分运放能提供更大的输出电压摆幅，并能更好地抑制共模噪声的干扰。
（二）研究内容论文首先对典型的两级全差分运算放大器进行分析，通常运算放大器由差分输入级、高增益放大级、相位补偿电路、偏置电路等各个部分组成。
这些部分在电路工作的时候都起到了不同的功能。
后文将会介绍全差分运算放大器各功能模块的作用。
1.与单端输出相比FD运放的问题全差分运放需要共模反馈电路（CMFB）来稳定输出共模电压。
2.FD运放组成FD运放一般由差分输入级、放大级和CMFB组成。
（三）关键技术1.CMFB共模反馈电路V DD为了稳定输出共模电压，应加入共模负反馈电路。
在设计输出平衡的全差分运算放大器的时候，必须考虑到以下几点：（1）共模负反馈的开环直流增益要求足够大，最好能够于差分开环直流增益相当；（2）共模负反馈的单位增益带宽也要求足够大，最好接近差分单位增益带宽；（3）为了确保共模负反馈的稳定，一般情况下要求进行共模回路补偿；（4）共模信号监测器要求具有很好的线性特性；（5）共模负反馈与差模信号无关，即使差模信号通路是关断的。
（四）技术指标VDD=3.3V±10%，CL=3.0pF增益Gain≥70dB带宽GBW ≥230MHz相位裕度PM ≥45°差分输出摆幅≥±2.2V压摆率> 200V/μs三、电路工作原理输入级采用差动放大器，可以提高运放的共模抑制比，从而改善运放的抗噪声能力和失调性能。
高增益放大级要求提供足够高的电压增益和大的输出电压摆幅。
差动输出具有更好的抑制共模信号和噪声的能力，同时使输出电压信号幅度增加了一倍。
偏置电路给各级放大器提供合适的偏置电压或偏置电流，要求这些偏置电压或偏置电流尽可能不随电源电压、工艺参数和温度而变化。
为了保证运放在负反馈状态下能够稳定工作，需要加入相位补偿电路（通常加在高增益放大级）。
但在实际运放的结构划分可能并没有那么明确。
因此，我们最终还是要的运放的整体性能。
（一）电路结构理论典型的全差分运算放大器可以由以下四个部分组成：图1.典型全差分运放电路结构图（二）关键电路模块1.套筒式两级全差分运放结构图2I SSV B2M1M2M5M6V B4V B4M9M11M10M12Vout1Vout2Vin1Vin2V B3M7M8V B1M3M4CL CL CcCc Rz Rz2.偏置电路图3（三）非理想效应1. 静态功耗运算放大器的静态功耗为I=。
其中I为静态电流。
如果静态功耗确定下P V dd⨯来了，那么就可以确定整个电路的工作电流。
因为设计要求要使静态功耗尽可能地小，V dd8.1=已经确定。
因此，要使静态功耗尽可能地小，可以采取源极反偏法、又因为V双阈值法、多阈值法或变阈值法。
2. 等效输入参考噪声我们知道每一个MOS管都有一个可以等效到栅端的输入参考噪声，如图所示。
图2.MOS管的噪声来源和等效输入参考噪声有由于沟道电阻产生的热噪声在输入端的表现，以及MOS管的闪烁噪声。
即由于第二级的噪声要除以第一级的增益才反映到输入端，因此会比较小，所以可以忽略不计。
因此，整个电路的输入端噪声主要来自于第一级。
四、电路设计与仿真（一）电路设计方案图3.两级全差分运放电路设计图表1 元件参数（二）电路设计结构1. 幅频相频测试电路2. 转换速率SR测试电路3.输出摆幅测试电路（三）电路仿真及结果1. 幅频相频测试结果由仿真结果可以看出，增益有103dB，单位增益带宽有244MHz，相位裕度46°。
均达到设计指标。
2. 转换速率SR测试结果可以得出，SR=275V/us。
3.输出摆幅测试结果从仿真结果看，输出范围在0.36V到2.99V是线性范围，所以输出摆幅为2.63V。
差分输出摆幅为±2.63V。
最后总的实际电路结构仿真结果指标如表2所示。
表2五、全文总结与展望1.可以看出来两级全差动运算放大器比普通的两级运算放大器的电压增益高许多，这也是使用较为广泛的原因之一。
2.降低静态功耗上还是出现了一些问题可以再做优化,输出级参数设置还可以再优化。
3.我们认为，放大器当今最需要做到的就是改进生产工艺以降低它的噪声与功耗，提高集成度，减小体积，减少成本，满足现在的电子产品对高速、高精度、低功耗、量产化的要求。
4.分工：参考文献[1] 《集成电路原理及应用》，电子工业出版，2008-1,44-95[2] ,《浙江大学》,2008-4[3]刘志惠,徐晋,杨谟华,李竞春,《》, 2008-2[4] 甘学温、赵宝瑛，《集成电路原理与设计》，北京大学出版，2006-2全文统一格式要求：1.页面设置：全篇A4幅面，上、下页边距3.0cm，左、右页边距2.6cm，装订线0cm，页眉1.5cm，页脚2.0cm；页码居中，首页不显示页码。
2.正文格式：所有行间距为固定值25磅，对齐网格，首行缩进2字符。
一级标题黑体三号字；二级标题楷体三号字，加粗；三级及四级标题均为仿宋_GB2312四号字，加粗；正文为宋体小四号字。
标题编号次序为：二→（二）→2→2.1→2.1.1→（1）→①……3.页码：目录为ⅠⅡ……，正文为1 2……，居中对齐，字体为Times New Roman五号字。
4.图、表编号形成为：二级标题-序号，如图3-3、表2-2等。
图题位置在图的下方，宋体五号字；表头位置在表格上方，宋体五号字。
图中、表中字号为五号或小五。
5.表格：外框宽度为1 1/2磅；表内文字单倍行距。
6.公式：长、复杂公式用MathType输入，单独一行，编号右对齐，编号形成为：二级标题-序号，如(3-3)；简单公式用正文字体表示，如V gs = 3V。
7.成文后封面、目录页和标识页单面打印，其余双面打印。
8.其他要求见标示。
9.正式成文后，删除所有红色标注和说明。
10. 论文最后一页增加参考文献。
参考文献单独成页。
参考文献体现的是对知识产权和同行研究成果的尊重，格式上不同期刊、杂志、论文等要求不同。
报告要求以硕士/博士论文参考文献要求为参照。
错误示例:错误示例一：A．图8黑色背景不符合文印规范，应至少反色处理。
此外，图中电路结构、文字信息应让读者能够看清。
B. 图8仅有编号无图题（即名称）C．图9坐标不清，无关键点的标注。
D．图8、图9均未有正文的引用、说明以及详细分析、解释。
错误示例二：A.全文都是参考资料的大段拷贝，应自己整理思路重新叙述。
如可结合图形进行更形象地描述。
报告任何部分禁止抄袭。
B.该文字原为电路工作原理部分，内容上要紧密贴近设计研究题目。
如复杂的电路结构的分析，难懂的一些指标定义、推导，影响电路性能的具体分析等。
错误示例三：A．版面不美观，特别是排版混乱，格式混乱。
B．排版与格式参考要求格式，电路图大小适中且居中设置；公式格式上下对应一致。