简单跨导放大器分析
跨导运算放大器设计实例
李福乐 lifule@
1
Specifications
• CSMC 0.6um DPDM CMOS Process • GBW > 100MHz, PM > 60 when CL=2pF • DC Gain > 80dB • Output swing > 4V (differential) • Full differential architecture • Low Power (Large FOM)
所设计的OTA要应用于课程设计10bit cyclic ADC中。 在开关电容ADC中，ADC的速度取决于级电路的建立速度，而级电路的建立过程 可视为由大信号压摆区和小信号线性建立区构成，其中，小信号建立区的时间通 常要占到总建立时间的80%~90%，因此，OTA的大信号压摆率对ADC的速度影响 较小； 从另一个方面来说，压摆率只取决于偏置电Байду номын сангаас，当偏置电流和电容确定后，无论 输入管的VGS-VT是大是小，压摆率都不变。对于连续信号处理电路，我们希望 OTA在整个设计带宽内工作时，输出信号不会因为摆率跟不上而幅度受限，这个 时候需要SR/GBW大一些，即输入管的VGS-VT大一些；但是，对于采样信号处理 电路，比如我们所要设计的ADC，当我们确定好偏置电流，然后降低输入管的 VGS-VT，这个时候，SR不变，GBW变大，即SR/GBW变小了，而最终的建立时 间反而缩小了，ADC的速度加快了。 因此，SPEC中没有提出对SR的具体要求。 注意：不同应用对SR/GBW的不同要求！
3
MOST parameters
• u? Cox?
– Find out un, up, toxn and toxp from model library
(完整word版)跨导运算放大器的设计
跨导运算放大器的设计一、实验任务1-1 实验目的学会使用数模混合集成电路设计仿真软件Hspice ；学会按要求对电路的参数进行调整；学会对工艺库进行参数提取；学会用提取的参数进行手工计算分析并与仿真得出的参数进行比较。
通过上述实践达到对之前所学《模拟集成电路原理与设计》理论课程内容的更深入的理解和掌握，以及初步掌握模拟集成电路设计的方法和步骤，使学生能较快适应未来模拟集成电路设计的需求。
1-2 实验任务：设计一个跨导运算放大器（1） VDD=1.8 V , 使用models.mdl 库文件，1:B 是指两个管的w/L 之比，I bias =54 μA ，试调整各个管的参数，使该运放的放大倍数A V =inip noutv v v ->60，而且同时满足增益带宽积GBW>100 MHz ，相位裕度PM>65 oC ，并且最优指数totalLI C GBW FOM ∙=>0.422，可先参照一个样板仿真文件ota.sp 和 ota_test.sp，然C LB : 1 1 : B后自己调整；（2） 仿真各指标满足要求后，自行设计参数提取电路进行电路中的各个部分晶体管的参数提取，然后进行手算分析。
将分析结果与实际仿真结果进行比较； （3） 尽你所能调整除 VDD 之外的其他参数，包括I bias 来提高FOM ，最高能提高到多少？ 最后提交一个word 电子文档，包括参数提取过程、手算分析过程、电路图（带管子参数）、仿真波形图、及相关详尽的说明。
二、实验内容2-1 问题12-1-1参数分析•增益Av由out m V BR g A 10=，m g = 34||out o o R r r = ，333,EN o d V L r I =444EP o d V Lr I =B= (W 3/L 3)/(W 2/L 2)则43432233111//)/(2d d PN EN d ox out m v I I L L V V L W L W I L W uC BR g A ⨯⨯==所以，可通过增大M1的宽长比，增大L4的大小，以及提高M3和M2的沟道宽长比之比B 来提高放大增益V A 。
跨导放大器的分析与设计2
增加第一级或者第二级的输出阻抗：通过特定的技 术来提高输出阻抗（Cascode技术）
采用Cascode技术的单级OTA －－Telescopic OTA
单纯考察OTA的特性，应用在反馈环路中的分析 同两级基本OTA
小信号特性
输出阻抗为：
Rout (gm4 Aro4 Aro4 ) || (gm2 Aro2 Aro2 )
偏置VBB2的产生电路
VBB2 VGS1A,2 A Vin,CM Vtn1,2
VBB2 Vx Vov1,2 VGS1A,2 A Vx Vt 2Vov
采用类似于低压电流镜中偏置的设 计方案，MB1工作于线性区，尺寸为 MB2尺寸的1/3，为留有设计余量， 一般取为1/5，可采用晶体管单元串 联来实现，避免MB1的宽度太小gm1,2 Rout
具有与两级基本OTA相似的增 益，在某些场合可以作OTA使 用：telescopic OTA（单级放大 器）
输出极点是主极点
p1
GBW Av
1 Rout Cout
输入共模范围
共模范围：所有晶体管都工作于饱 和区时输入共模电压的范围，这时 放大器具有最大的小信号增益
跨导放大器的分析与设计（2）
提要
两级基本OTA存在的问题及改善办法 Cascode技术
单级放大器
➢Telescopic ➢折叠Cascode技术 ➢单级OTA的频率补偿 ➢Gain Boosting：有源Cascode技术
共模反馈环路
两级基本OTA存在的问题
存在的问题
OTA低频电压增益：(gmro)2 Miller补偿，稳定性要求非主极点位于离单位
采用Cascode技术的单级OTA －－折叠Cascode技术
(完整word版)跨导运算放大器的设计
跨导运算放大器的设计一、实验任务1-1 实验目的学会使用数模混合集成电路设计仿真软件Hspice ；学会按要求对电路的参数进行调整；学会对工艺库进行参数提取；学会用提取的参数进行手工计算分析并与仿真得出的参数进行比较。
通过上述实践达到对之前所学《模拟集成电路原理与设计》理论课程内容的更深入的理解和掌握，以及初步掌握模拟集成电路设计的方法和步骤，使学生能较快适应未来模拟集成电路设计的需求。
1-2 实验任务：设计一个跨导运算放大器（1） VDD=1.8 V, 使用models.mdl 库文件，1:B 是指两个管的w/L 之比，I bias =54A ，试调整各个管的参数，使该运放的放大倍数A V =inip noutv v v ->60，而且同时满足增益带宽积GBW>100 MHz ，相位裕度PM>65 o C ，并且最优指数totalLI C GBW FOM •=>0.422，可先参照一个样板仿真文件ota.sp 和C LB : 1 1 : Bota_test.sp ，然后自己调整；（2） 仿真各指标满足要求后，自行设计参数提取电路进行电路中的各个部分晶体管的参数提取，然后进行手算分析。
将分析结果与实际仿真结果进行比较；（3） 尽你所能调整除 VDD 之外的其他参数，包括I bias 来提高FOM ，最高能提高到多少？最后提交一个word 电子文档，包括参数提取过程、手算分析过程、电路图（带管子参数）、仿真波形图、及相关详尽的说明。
二、实验内容2-1 问题12-1-1参数分析•增益Av由out m V BR g A 10=，m g = 34||out o o R r r = ，333,EN o d V L r I =444EP o d V Lr I =B= (W 3/L 3)/(W 2/L 2)则43432233111//)/(2d d PN EN d ox out m v I I L L V V L W L W I L W uC BR g A ⨯⨯==所以，可通过增大M1的宽长比，增大L4的大小，以及提高M3和M2的沟道宽长比之比B 来提高放大增益V A 。
跨导放大器设计实例
模拟集成电路实验——跨导放大器设计实验报告学院：电信学院班级：微电子23班姓名：游晓东学号：2120503069一、设计指标二、电路结构确定电路结构的原因： ① 根据设计指标② 电路结构对称，匹配度高，,Offset CMRR 性能指标好③ 电路稳定性好，只有一个主极点④ 该电路为差分输入，单端输出，共模抑制比大，输出共模点较稳定三、电路原理概述该电路主要由三部分组成：带隙基准电流源、偏置电路、跨导放大器9~21M M 构成一个跨导放大器，其中13M 为尾电流源，向输入的差动对管提供电流偏置。
11,12M M 为输入差分对管，将小信号电压转换成小信号电流。
9,14M M 和10,17M M 为两个对称的电流镜，比例复制小信号电流。
14,15M M 与16,17M M 为共源共栅结构，可以提高输出阻抗和开环增益。
18,19,20,21M M M M 为低压共源共栅电流镜，可以作为单端输出并且提高输出摆幅。
0~8M M 构成偏置电路部分，为跨导放大器提供偏置电流。
22~34,0~2,0~2M M Q Q R R 构成带隙基准电流源部分，为电路提供基准电流源。
四、设计过程1. 分配电流根据静态电流250A μ限制，分配带隙基准电流源部分20A μ，偏置电路部分10A μ（其中每一路2A μ），跨导放大器部分210A μ。
分配14,17M M 的偏置电流14M I 时主要考虑三个指标：,,GBW SR GMGM 要求900~1100/A V μ，因此GM 取1000/A V μ。
由于11GM B gm =⋅，B为14,9M M 的偏置电流之比，因此111000/B gm A V μ⋅= （1）GBW 要求大于3MHZ 。
112LB gm GBWC π⋅=⋅，因此11566/B gm A V μ⋅> （2）SR 要求大于3/V S μ。
92M LB I SRC ⋅=，因此9290M B I A μ⋅> （3）由于9112M ODI gm V =，若OD V 取0.2V ，则由（1）得9100M B I A μ⋅=，由（2）得956.6M B I A μ⋅>，由（3）得945M B I A μ⋅>。
mosfet差分放大电路 跨导
篇首1. 概述MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）差分放大电路是一种常用的电子器件，在各种电路中广泛应用。
其跨导是衡量MOSFET差分放大电路性能的重要参数之一。
本文将对MOSFET差分放大电路和跨导进行详细讨论。
2. MOSFET差分放大电路的基本原理MOSFET差分放大电路是由MOSFET管构成的，其基本原理是利用MOSFET的场效应实现放大作用。
该电路包含两个输入端和一个输出端，输入信号通过两个输入端分别输入到两个MOSFET管中，经过放大处理后输出到输出端。
具体的放大原理将在下文详细阐述。
3. MOSFET差分放大电路的结构MOSFET差分放大电路的结构包括两个MOSFET管和若干电阻、电容等元件构成。
其中，两个MOSFET管分别作为放大器的输入端，承担信号的放大工作。
各种元器件之间通过电路连接在一起，构成完整的差分放大电路。
下文将对具体的结构进行详细介绍。
4. MOSFET差分放大电路的工作原理MOSFET差分放大电路的工作原理是利用MOSFET管的场效应特性进行信号放大。
当输入信号作用在MOSFET管上时，根据场效应的不同，MOSFET管的导通特性发生相应的改变，导致输出信号的放大。
具体的工作原理将在下文中解释。
5. 跨导的概念及其在MOSFET差分放大电路中的应用跨导是指输出电流与输入电压之间的增益关系。
在MOSFET差分放大电路中，跨导是衡量其放大性能的重要参数。
通过对跨导的计算和分析，可以评估MOSFET差分放大电路的放大能力和稳定性。
下文将对跨导的概念和在MOSFET差分放大电路中的应用进行详细介绍和分析。
6. MOSFET差分放大电路的性能分析MOSFET差分放大电路的性能分析是对其跨导、增益、输入阻抗等性能指标进行评估和测试。
通过对性能的分析，可以了解MOSFET 差分放大电路的优缺点，为其在实际应用中的选择和优化提供参考。
下文将对MOSFET差分放大电路的性能分析进行详细阐述。
宽带运算跨导放大器OPA660
宽带运算跨导放大器OPA660OPA660是一个可灵便设计成高性能视频、和中频等宽带系统的单片集成。
它内含宽带、双极性的集成控制源（运算跨导放大器OTA）和一个电压缓冲放大器。
OTA可以看作是一个抱负的晶体，它有三个引出端，一个是高阻输入端B，一个是低阻输入/输出端E，一个是电流输出端C。
然而，OTA是一个零偏的双极性输出器件，在差动输入电压为零时输出电流亦为零，当B、E之间的电压为正或负时，其输出电流流出或流进C端，所以，OTA既可当作一个NPN型晶体管工作，也可当作一个PNP型晶体管工作，这就是“双极性”的含义。
OTA的增益和相位误差分离为0.06％和0.02°，缓冲放大器具有850MHz 的开环带宽和3000V/μs的转换速率。
运算跨导放大器的跨导可以由一个外接举行调整，用户可以在带宽、静态电流和增益之间相互协调，以获得最佳效果。
OPA660以其优良的性能和灵便的电路功能，使得它在视频和广播设备、通信设备和高速数据采集系统中具有广泛的应用价值。
作为基本的功能块，它可以简化自动增益控制（AGC）放大器和压控（VCO）的设计，也可为光纤传输中发光提供驱动电流，它还可用于迅速脉冲积分器、迅速控制环路放大器和有源中。
OPA660采纳SO－8表面安装和8脚塑料双列直插式两种封装形式，图1为它的引脚罗列。
图2是其简化的内部电路。
2 工作原理OPA660中的OTA是一个压控电流源（VCCS），它就象一个晶体管，其三个引出端B、E、C相当于三极管的基极、放射极和集电极。
但OTA 与晶体三极管的区分在于，它是一个自偏（零偏）器件，输入电压既可正，又可负，为双极性，OTA既可像一个NPN管那样工作，也可像第1页共3页。
跨导放大器的分析与设计1
流进或者流出输入端 的电流为0
运算放大器与跨导放大器（1）
运算放大器与跨导放大器（2）
运算放大器（Opamp） 跨导放大器（OTA）
通用放大器 电压控制电压源（VCVS） 低输出阻抗
能驱动电阻性负载或电容性 负载
OTA＋Buffer
缓冲器增加了电路的复杂度 和功耗
差分对Cgd的Miller效应消除办法：
使用Cascode结构（可提高增益） 使用中和（Neutralization）电容
提要
跨导放大器的基本概念 单级跨导放大器 两级OTA的基本特性 两级OTA的频率补偿：Miller补偿 反馈型OTA中的噪声 两级OTA的设计 阶跃响应：线性建立过程 阶跃响应：放大器中的压摆问题
单级OTA：最大输出摆幅
调节输入/输出共模电 平，使得可获得的输 出电压摆幅达到最大
使用长沟道平方律方 程很容易确定优化的 输入/输出共模电平
受到短沟道效应的影 响
差分 摆幅
单端 摆幅
SW
2 min[Vout(max) Voc ,Voc Vout(min) ]
实际电路中输入/输出 共模电平是由跨导放 大器的接口电路（前 后级电路）决定的
跨导放大器的分析与设计（1）
提要
跨导放大器的基本概念 单级跨导放大器 两级OTA的基本特性 两级OTA的频率补偿：Miller补偿 反馈型OTA中的噪声 两级OTA的设计 阶跃响应：线性建立过程 阶跃响应：放大器中的压摆问题
理想运算放大器
差分输入端 差模电压增益为无穷
大 输入阻抗为无穷大 输出阻抗为0
单级OTA：输出摆幅
Vout(max) VDD Vminp
单
端
Vout(min) (Vic Vt Vov ) Vminn
CMOS恒跨导运算放大器设计
（2）跨导运算放大器模型 ● OTA的符号如图所示,它有两个输入端,一个输出端,一个控制端。符号上的 “+”号表示同相输入端,“一”表示反相输入端, I O 是输出电流, I B 是偏置电流,即外 部控制电流。 I O G(V V ) GVid ● OTA的传输特性用下列方程式描述：
lim Rnn ( ) 0 此外，若时延足够大，则
所以时延足够大时，只输出信号自身的相关函数 R( ) Rss ( )
三、互相关检测
1、基本原理：
若已知发送信号的重复周期或频率，就可在接收端发 出一个与发送信号周期相同的“干净的”重复周期信 号，称为本地信号，将它与混有噪声的输入信号进行 互相关，即可除去噪声的影响，提高电路的抗干扰能 力。
OTA的小信号理想模型
2 CMOS恒跨导运算放大器的设计
（1）设计指标
● 工作电压： 2.7V
● 直流开环增益：90dB
● 相角裕度： 70 ● 增益带宽积：1.4MHz ● 负载电容：25pF
（2）运算放大器原理框图
● 输入级采用互补差分对结构， 使共模输入电压范围达到轨到轨，
通过3倍电流镜控制尾电流使输
U s1 (t )
窄带滤波 放大 输入信号
U 1 (t )
×
U 2 (t ) 参考信号
U O (t )
锁定放大器原理
锁定放大器理论推导
设输入信号： X (t ) S (t ) N (t )
A sin(t ) N (t )
S (t ) 为有用信号，A为其幅值， 角频率为，初相角为 其中， N (t ) 为随机噪声，
由上式可以得到输出阻抗：Zout ( A 1) gmro1ro2 而单共源共栅电路的输出阻抗为： gmro1ro2 电路的小信号分析表明输出阻抗 Z out值增大。
跨导运算放大器
183第5章 集成跨导运算放大器内容提要 跨导放大器(包括双极型OTA 和CMOS 跨导器)是一种通用性很强的标准器件，应用非常广泛，主要用途可以分为两方面。
一方面，在多种线性和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理；另一方面，在电压模式信号系统和电流模式信号系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变换为电流信号，再送入电流模式系统进行处理。
本章将介绍OTA 的基本概念，双极型集成OTA 的电路结构，及其OTA 在模拟信号处理中的基本应用原理。
CMOS 跨导器是近年来研究和发展的主流，本章将主要介绍几种CMOS 跨导放大电路。
5.1 引言跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，增益叫跨导，用G m 表示。
集成跨导放大器可分为两种，一种是跨导运算放大器(Operational Transconductance Amplifier)，简称OTA ；另一种是跨导器(Transconductor)。
跨导运算放大器是一种通用型标准部件，有市售产品，而且都是双极型的。
跨导器不是通用集成部件，它主要用于集成系统中进行模拟信号的处理，跨导器几乎都是CMOS 型的。
双极型OTA 和CMOS 跨导器的功能在本质上是相同的，都是线性电压控制电流源。
但是，由于集成工艺和电路设计的不同，它们在性能上存在一些不同之处：双极型OTA 的跨导增益值较高，增益可调而且可调范围也大(3～4个数量级)；CMOS 跨导器的增益值较低，增益可调范围较小，或者不要求进行增益调节，但它的输入阻抗高、功耗低，容易与其他电路结合实现CMOS 集成系统。
由于跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，所以它既不是完全的电压模式电路，也不是完全的电流模式电路，而是一种电压／电流模式混合电路。
但是，由于跨导放大器内部只有电压一电流变换级和电流传输级，没有电压增益级，因此没有大摆幅电压信号和密勒电容倍增效应，高频性能好，大信号下的转换速率也较高，同时电路结构简单，电源电压和功耗都可以降低。
具有较小跨导的跨导放大器结构的一个比较设计方法
具有较小跨导的跨导放大器结构的一个比较设计方法摘要：一个家用CMOS运算放大器（OTAS）已经被设计成具有非常小的跨导以保证晶体管在温和的反转中工作。
许多的OTA设计方案如传统的利用电流转换、浮栅和大容量驱动技术都已经被讨论过。
这些方案的一些性能特点如功耗、有源硅区、信号噪音比我们也进行了一些详细的比较。
我们已经在一个1.2μm的n阱COMS工艺和工作电源2.7V 的条件下爱制备出了这种跨导放大器。
并且芯片的测试结果与理论计算结果也有很好的吻合。
引言由于人类身体的相对缓慢的电活动在医疗电子设备、有源滤波器和低截止频率等领域是很必要的。
低频电路应用的另一个领域是斜坡生成模拟---数字转换器（ADC）测试和神经网络领域。
因此，我们致力于研究出一个能够在低频率下工作的开发集成解决方案的电路。
对于一个运算跨导放大器—电容（OTA-C）滤波器来实现这样一个低频率来说就意味着需要大型电容器和非常低的跨导。
因此，我们有两个完全独立的角度去处理这个问题。
一种是设计出具有非常低的跨导（一般没伏几微毫安）、高线性；另一种是在芯片上实现大电容（通常是几纳法）。
按照上述思路，我们来分析不同工艺取得低跨导，我们在功耗、有源硅区、信号噪声比（SNR）等性能特性方面针对不同的方法已经开展了比较研究。
特别强调了在温和反转区的MOS晶体管的操作设计以便在功率和面积要求上达到一个较好的折中可能。
OTA拓扑在温和的反转中我们设计四种不同的OTA拓扑结构，在相同的跨导值为10nA/v的所有MOSFET模型中我们用一个方程式来权衡相关的设计参数如功耗、有源硅区和SNR。
A参考的OTA设计A如图一所示，这个OTA主要由两个不同部分（M1和M2）和三个电流镜。
放大器的全部跨导Gm跟M1、M2相同（M3=M4=M5=M6,M7=M8）。
根据所需的跨导值，此基本拓扑电流的结构水平可以非常小（大约在微微安培每伏），这就会使得W/L的比值为0.001甚至更少。
新型拓扑结构跨导反馈放大器.概要
新型拓扑结构跨导反馈放大器摘要：本文将提出一种新的拓扑结构的跨导反馈放大器（TFA）。
这种拓扑结构提供的优点在于，它能够实现负的是标准的反相增益表达式。
也就是，增益形式为：。
我们也将表明，它可以实现标准的反相和同相增益，而同时在每个配置保持接近恒定带宽增益变化。
第一个特征是使人们希望的拓扑结构滤波器有广泛的应用，因为TFA可以充当一个积分环节，从而使该放大器实现正面和负面的无损集成。
不像以前的TFA配置，这种放大器还可以产生在第一和第四象限内的对数输入。
通过实验证实这种放大器具有配置不同的增益，集成和对数的能力，设计的这种芯片采用台积电0.18umCMOS工艺的1.8 V单端电源。
该芯片占用面积752.6um*581.2um的新的拓扑结构跨导反馈放大器和常规TFA作组成。
这种新型TFA在单位增益配置是有15 MHz的频率带宽。
索引项：电流反馈放大器（CFA），运算放大器，跨导反馈放大器（TFA）1、引言在最近已经提出了跨导反馈放大器（TFA）是一个有吸引力的恒定带宽类放大器，如电流反馈放大器（CFAS）[1] - [6]。
威尔逊的研究[1]，[2]TFA可以认为由一个高增益环节，一个跨导环节和在两者间施加反馈回路组成。
跨导级的输出端处的电压缓冲很像一个CFA，如图1（a）所示。
需要注意的是有这种缓冲的存在，要确保有分压器作为负载的跨导元件，它产生的反馈电压成正比于跨导元件的输出电流。
通过对电流反馈放大器（CFA）的非常规设计证明，即使不采用缓冲结构[7]，[8]，也等解决在CFA中的低电压问题。
练习的重点是证明CFA不能通过常规设计实现。
然而，在TFA和CFA之间存在若干不同之处。
CFA结构如图1（b）所示。
首先，在CFA的恒定带宽的设定是通过调节R2到某个优值实现的，而TFA的恒定带宽是通过调整R1实现的。
在这两种情况下，改变R1和R2，TFA和CFA 的增益会分别变化。
这两种放大器如图1，配置同相增益。
跨导运算放大器
跨导运算放大器1 跨导运放的基本概念及应用原理 (1)1.1 概述 (1)1.2 跨导运算放大器的电路 (2)2 主要参数指标 (3)1 跨导运放的基本概念及应用原理1.1 概述从网络角度看，电子放大器是一种线性受控源，按照控制量，被控制量是电压还是电流进行划分，存在四种受控源，及人们熟知的电压控制电压源(VCVS)、电压控制电流源(VCCS)、电流控制电流源(CCCS)和电流控制电压源(CCVS)，与之对应的电子放大器也应该有四种类型，即电压型、跨导型、电流型和跨阻型。
这四种放大器的关系是各有所长，互相补充，共同发展，形成一个完整的电子放大器家族。
跨导运算放大器(Operational Transconductance Amplifier，简称OTA)是一种电压输入，电流输出的电子放大器，增益为跨导(gm)。
其本质是线性电压控制电流源，具有下列特点：(1) 输入电压控制输出电流，开环增益是跨导，输入级采用外偏置方式，改变外偏置电流可以实现增益连续调节。
(2) 外偏置端如果加入数字信号可以起选通(或称门控)作用，实现对主信号通道的开、关状态。
(3) 电路结构简单、频带宽、高频性能好，而且可以灵活的设计多输入端、多端输出端电路。
跨导运算放大器的应用非常广泛，主要用途可以分为两方面。
一方面，在多种线性和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理，其中一个重要应用领域是连续时间模拟滤波器；另一方面，在电压信号变量和电流模式信号处理系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变换为电流信号，再送入电流模式系统进行处理。
其应用电路名目繁多，但是从原理上看，主要有以下几种类型:(1) 输出量是电流，这使得它特别适合构成积分器、回转器和有源滤波器。
因为在这些电路中，用电流进行必要的信号处理和运算比用电压信号简便得多。
(2) 输出电阻很高，当输出端开路或接高阻负载时，具有与电压型运算放大器类似的高电压增益特性。
这时，若加入负反馈形成闭环电路，可构成类似电压型运算放大器的应用电路，如电压跟随器、电压比例器等。
跨导运算放大器
183第5章 集成跨导运算放大器内容提要 跨导放大器(包括双极型OTA 和CMOS 跨导器)是一种通用性很强的标准器件，应用非常广泛，主要用途可以分为两方面。
一方面，在多种线性和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理；另一方面，在电压模式信号系统和电流模式信号系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变换为电流信号，再送入电流模式系统进行处理。
本章将介绍OTA 的基本概念，双极型集成OTA 的电路结构，及其OTA 在模拟信号处理中的基本应用原理。
CMOS 跨导器是近年来研究和发展的主流，本章将主要介绍几种CMOS 跨导放大电路。
5.1 引言跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，增益叫跨导，用G m 表示。
集成跨导放大器可分为两种，一种是跨导运算放大器(Operational Transconductance Amplifier)，简称OTA ；另一种是跨导器(Transconductor)。
跨导运算放大器是一种通用型标准部件，有市售产品，而且都是双极型的。
跨导器不是通用集成部件，它主要用于集成系统中进行模拟信号的处理，跨导器几乎都是CMOS 型的。
双极型OTA 和CMOS 跨导器的功能在本质上是相同的，都是线性电压控制电流源。
但是，由于集成工艺和电路设计的不同，它们在性能上存在一些不同之处：双极型OTA 的跨导增益值较高，增益可调而且可调范围也大(3～4个数量级)；CMOS 跨导器的增益值较低，增益可调范围较小，或者不要求进行增益调节，但它的输入阻抗高、功耗低，容易与其他电路结合实现CMOS 集成系统。
由于跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，所以它既不是完全的电压模式电路，也不是完全的电流模式电路，而是一种电压／电流模式混合电路。
但是，由于跨导放大器内部只有电压一电流变换级和电流传输级，没有电压增益级，因此没有大摆幅电压信号和密勒电容倍增效应，高频性能好，大信号下的转换速率也较高，同时电路结构简单，电源电压和功耗都可以降低。
跨导运算放大器原理与应用
ｒｅａｌｉｚｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ
ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ
ａｂｏｕｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ．Ａｌｌ ｆｉｌｔｅｒ
ａｎｄ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ
ａｒｏ
ａｌｌ
ｐｒｏｖｅｄ
ｂｙ
ｔｈｅ
ＰＳｐｉｅｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｌｌ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．
１、保密口，在……年解密詹适用本授权书。
２、不保密翅。
（请在以上相成方框内打“￣／”）
作者签名：
曾毳羡
，
嚣巅：砷每参曩三鑫
导师签名：莨长五日期：弧心产６月罗日
ｆ
跨导运算放大器原理与应用
第一章绪论 引言
世界上第一块集成电路，是１９５８年美国德克萨斯仪器公司的基 尔比和仙童公司的诺伊斯同时制作出来的（中国的第一块集成电路是
ｍｏｄｅ
ａｎｄ
ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ＯＴＡ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｓｏｍｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ
ａｎａｌｏｇ
ｆｉｌｔｅｒ
ａｌｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ
ｐａｐｅｒ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ
Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ａｂｂｒｅｖｉａｔｉｏｎ：ＯＴＡ），ｉｔ ｈａｓ ｖｅｒｙ ９００ｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｏｂｖｉｏｕｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ，ｔｈｅ ｈｕｇｅ
跨导运算放大器,跨导运算放大器是什么意思_1
跨导运算放大器,跨导运算放大器是什么意思跨导运算放大器,跨导运算放大器是什么意思跨导运算放大器的定义运算放大器可以置于传感器/信号源与模数转换器之间，将两者连接在一起，负责处理来自接收器信号路径的信号；也可置于数模转换器与模拟输出之间，将两者连接在一起，负责驱动发送器信号路径的信号无论是接收还是发送信号，运算放大器主要负责处理模拟信号，以便将模拟信号的重要信息传送至下一环节作进一步处理。
换言之，置于输入路径的运算放大器负责为模数转换器提供经过处理的输入信号，而置于输出路径的运算放大器则负责为发送器提供经过数模转换器处理的输出信号。
这个处理过程并不简单，因为系统采用的传感器、模数转换器、数模转换器及发送器都各不相同，为它们提供信号的信号源必须在电子特性方面能够满足它们的特殊要求，才可以充分发挥其性能。
什么是跨导放大器(Transconductance Amplifier)将电压转换为电流的放大器, 另外还有其它几个名称(请参考同义词列表)。
其中一个同义词是OTA，或称为运算跨导放大器，从运算放大器和跨导放大器派生而来。
该术语源于“传输电导”，以西门子(S)为单位，1西门子= 1安培/伏特，通常用符号gm表示。
真空管和FET的基础增益用跨导表示。
例如，PH测量仪表的PH电极所发出的信号需要经过高阻抗运算放大器的处理，才可传送至模数转换器，因为一般来说，PH电极的输出阻抗都很高。
输入阻抗不足的运算放大器便无法充分利用PH电极的电能，以至模数转换器也无法获得足够的PH电极电能。
系统处理模拟信号时如果不得其法，即使所采用的数字处理系统非常先进、强劲，系统的整体性能也会受到严重影响。
所谓“接收的是垃圾、输出的也是垃圾（Garbage in, garbage out）”，便是这个意思。
跨导运算放大器工作原理
跨导运算放大器工作原理
跨导运算放大器（Transconductance Amplifier）是一种特殊的放大器，它的工作原理基于跨导（transconductance）的概念。
跨导是指输入电压变化引起的输出电流变化的比率，通常用单位西门子（Siemens）来表示。
跨导运算放大器通常用于模拟电路中，具有高增益、宽带宽和低失真的特点，因此在许多应用中得到了广泛的应用。
跨导运算放大器的工作原理可以简单地描述为，输入电压变化引起输出电流的变化。
它通常由一个差分输入级、一个跨导放大器和一个输出级组成。
首先，差分输入级接收输入信号，并将其转换成差分电压。
这个差分电压经过跨导放大器，根据输入电压的变化，控制输出电流的变化。
最后，输出级将输出电流转换为输出电压，并输出到负载上。
跨导运算放大器的关键特性之一是其输入电压和输出电流之间的关系。
通常情况下，它的输入电压和输出电流之间存在一个非线性的关系，这就导致了它的非线性失真。
然而，在许多应用中，这
种非线性关系可以被合理地控制和利用，从而实现一些特殊的功能。
在实际应用中，跨导运算放大器常常被用于模拟信号处理、滤
波器、混频器等电路中。
由于其高增益和宽带宽的特点，它在高频
信号处理和通信系统中得到了广泛的应用。
总的来说，跨导运算放大器是一种基于跨导概念的特殊放大器，它的工作原理是将输入电压转换成输出电流，具有高增益、宽带宽
和低失真的特点，在模拟电路中得到了广泛的应用。
跨倒放大器的用法
跨倒放大器的用法
跨倒放大器是一种用来增加音频信号电压的设备，它可以在音频信号的输入和输出之间实现两种不同的工作方式。
1. 跨导放大器可以用作音频放大器。
在这种情况下，它接收输入信号，经过放大后输出增加了电压的音频信号。
这对于需要增加音频信号电平以驱动扬声器或其他外部设备的应用非常有用。
2. 跨导放大器还可以用作电压控制放大器。
在这种情况下，它的输入信号是一个电压而不是音频信号。
通过调整输入电压的大小，可以控制输出信号的增益。
这对于需要根据输入信号的变化来调节输出信号电压的应用非常有用，例如自动增益控制器等。
无论是作为音频放大器还是电压控制放大器，跨导放大器都可以通过调整其工作点和极性来适应不同的应用要求。
此外，跨导放大器还可以与其他电路元件（如电容器和电阻器）结合使用，以实现更复杂的功能。
总之，跨导放大器是一种非常有用的电子元件，可以用于增加音频信号电压或根据输入电压调节输出信号增益。
它被广泛应用于音频放大器、调音台、音频处理设备等领域。
简单跨导放大器分析
简单跨导放大器分析——HSPICE 分析实例分析下图所示简单跨导放大器的指标：偏置电流与功耗、开环增益、GBW 与相位裕度、压摆率、Swing Range 、失调、噪声、工艺corner 分析、温度特性分析等建立该放大器的网表文件存储在文件： 中。
1. 工作点分析由仿真结果查得电路的功耗是多少？各个mos 管的工作区域，以及MOS 管 的漏极电流为多少？该放大器的偏置电流为多少？2. 直流分析求小信号增益、输出摆幅（output swing range ）、系统的失调电压3. 交流分析① 在没有补偿电阻，补偿电容为1pf 的条件下求该放大器单位增益带宽（GWB ）、相位裕度；② 分析没有补偿电阻，补偿电容在（0~5pf ）变化的时候对GWB 和相位裕度的影响；③ 分析补偿电阻在（0~2K ）变化，补偿电容为1pf 的时候对GWB 和相位裕度的影响。
4. 噪声分析：对放大器的输出节点做噪声分析，给出分析的结果。
5. 压摆率分析输入激励信号为： PULSE 2 3 20ns 0.1n 0.1n 100n 200n测量上升和下降的压摆率分别为多少？ 1 2 3 4 5 676.模型corner仿真求出模型在FF、SS、FS、SF等情况下的小信号增益和系统的失调电压，以及GWB和相位裕度。
提示：在.end前插入.alter语句，如下：Ota simulation…….alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ ff.alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ fs.alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ sf.alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ ss.end7.温度分析对放大器进行温度扫描，分析各种温度情况下小信号增益和失调电压；分析随温度变化，单位增益和相位裕度的变化情况。
（温度扫描范围：0~100，步长为20）。
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简单跨导放大器分析
——HSPICE 分析实例
分析下图所示简单跨导放大器的指标：
偏置电流与功耗、开环增益、GBW 与相位裕度、压摆率、Swing Range 、失调、噪声、工艺corner 分析、温度特性分析等
建立该放大器的网表文件存储在文件： 中。
1. 工作点分析
由仿真结果查得电路的功耗是多少？各个mos 管的工作区域，以及MOS 管 的漏极电流为多少？该放大器的偏置电流为多少？
2. 直流分析
求小信号增益、输出摆幅（output swing range ）、系统的失调电压
3. 交流分析
① 在没有补偿电阻，补偿电容为1pf 的条件下求该放大器单位增益带宽
（GWB ）、相位裕度；
② 分析没有补偿电阻，补偿电容在（0~5pf ）变化的时候对GWB 和相位
裕度的影响；
③ 分析补偿电阻在（0~2K ）变化，补偿电容为1pf 的时候对GWB 和相位
裕度的影响。
4. 噪声分析：
对放大器的输出节点做噪声分析，给出分析的结果。
5. 压摆率分析
输入激励信号为： PULSE 2 3 20ns 0.1n 0.1n 100n 200n
测量上升和下降的压摆率分别为多少？ 1 2 3 4 5 6
7
6.模型corner仿真
求出模型在FF、SS、FS、SF等情况下的小信号增益和系统的失调电压，以及GWB和相位裕度。
提示：
在.end前插入.alter语句，如下：
Ota simulation
……
.alter
.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ ff
.alter
.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ fs
.alter
.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ sf
.alter
.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ ss
.end
7.温度分析
对放大器进行温度扫描，分析各种温度情况下小信号增益和失调电压；分析随温度变化，单位增益和相位裕度的变化情况。
（温度扫描范围：0~100，步长为20）。