密勒补偿运算放大器的设计和优化
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这里借用共源放大这种单级放 大运放来了解运放的设计和调 整过程。
共源共栅运算放大器
偏置电路由理想电流源与MP2 组成，MP2将电流源的电流信 号转化为电压信号。MP1与 MP2组成电流镜，MP2再将电 压信号转化为电流信号。这样做 事为了得到一个稳定的输入电流。
这里为了测试的准确性，没有加 入负载电容。运用共源共栅运放 的好处是可以不损失带宽简化电 路并且降低功耗。
MP2 3.3V
Vbp Vbn
MP1 Vout
MN2
I1
VG
MN1
共源共栅运放设计原理图
三、二级密勒
密勒补偿运放的设计与优化
设计工艺指标
设计原理图
Vdd
M3
A M4
M6
Cc I
VinM1
Vin+
Vout
M2
B
CL
M8
C
M5
Vss
M7
测试原理
共模输入范围仿真电路 OUT
共模抑制比仿真电路 Vout,diff
Vout Vin
电阻负载运放原理图
电阻负载运放
由增益计算公式 可知， Av
Vout Vin
(RDຫໍສະໝຸດ Baidu
W / / RDS )Kn L Von
gm (RD
/ / RDS )
运放增益的大小与电路的跨导和负载总电阻的大小有关。
而电路的跨导是
gm
2Kn W L
Von
2
，当晶体管的 Kn W L
I DS
2I DS Von
苏州科技学院天平学院
密勒补偿运算放大器的设计 和优化
指导老师： 制作人 ： 专 业：
密勒补偿运算放大器的设计与优化
1
基本放大 单元
2
单级运放
3
二级密勒
4
参数提取
简单电阻负载 单级运放共源 主要设计部分 设计中需要使
运算放大器的 放大器的参数
用到的参数的
参数分析和讨 分析与讨论
提取过程
论
一、基本放大单元
输入电流和过驱动电压固定时，负载电阻影响其增益。
而改变负载电阻大小只是最基本改变增益方法。
由上两个公式可知，增益大小应该与多个因素有关。
二、单级运放
PM 2
Vbp
3. 3V
I1
VG
PM 1 Vout
NM 1
共源放大器设计原理图
共源放大器
实际中的运放是不可能确定准 确的负载电阻来实现的，我们 一般采用晶体管作为负载，通 过调节晶体管的参数来实现我 们所需要的负载的大小。
确定总电流
根据摆幅和共 模输入范围确 定主要节点电
压
根据节点电压、 阀值电压输入 电压确定过驱
动电压
得到各点电压 后，确定各个 晶体管的输入
电压
根据测得的参 数Kn (p)的值 估算第一级宽
长比
根据公式关系 推导确定第二
级宽长比
改变密勒电容和输入脉冲电平影响分析
改变密勒电容，会改变的参数 输入大信号和小信号对建立时间和压摆率的影响
V1
ocm=1
Vout,com
瞬态仿真电路
OUT 脉冲信号
输出端和反向输入
端相连，同向输入 端加直流电压从2.5V到2.5V进行扫 描。
共差模直流输入均为0V，直 流输入为1V。
将运算放大器的输 出端与反向输入端 相连，同向输入端 加入脉冲信号。
参数估计部分
根据压摆率SR 确定输入电流， 根据功耗要求
参数分析表
建立时间随密勒电容的增大而增大，我们需要的建立时间的大小不能太大或 太小，要适合观察。 小信号输入时的压摆率是偏小的，不符合我们设计的指标要求。
四、参数提取
Vds
Vdd
Vgs
Vgs Vd
NMOS晶体管参数提取电路原理图
PMOS晶体管参数提取电路原理图
这里提取的参数为晶体管的沟道长度调制系数 n( p) 以及参数 Kn( p)
n( p)
1 Idn( p) • Ron
Kn( p)
I dn( p)
W L
V2 on( p )
总结
一、本次设计采用基于SMIC 0.18um 3.3V厚氧化 珊工艺的MOS管开始进行。 二、主要做了MOS管的参数分析，分析的过程即 是优化的过程。 三、两组成员均成功实现。 四、本次设计的最大创新在于采用密勒电容方法 进行频率补偿，在参数存在误差的情况下可以间 接调整。
共源共栅运算放大器
偏置电路由理想电流源与MP2 组成，MP2将电流源的电流信 号转化为电压信号。MP1与 MP2组成电流镜，MP2再将电 压信号转化为电流信号。这样做 事为了得到一个稳定的输入电流。
这里为了测试的准确性，没有加 入负载电容。运用共源共栅运放 的好处是可以不损失带宽简化电 路并且降低功耗。
MP2 3.3V
Vbp Vbn
MP1 Vout
MN2
I1
VG
MN1
共源共栅运放设计原理图
三、二级密勒
密勒补偿运放的设计与优化
设计工艺指标
设计原理图
Vdd
M3
A M4
M6
Cc I
VinM1
Vin+
Vout
M2
B
CL
M8
C
M5
Vss
M7
测试原理
共模输入范围仿真电路 OUT
共模抑制比仿真电路 Vout,diff
Vout Vin
电阻负载运放原理图
电阻负载运放
由增益计算公式 可知， Av
Vout Vin
(RDຫໍສະໝຸດ Baidu
W / / RDS )Kn L Von
gm (RD
/ / RDS )
运放增益的大小与电路的跨导和负载总电阻的大小有关。
而电路的跨导是
gm
2Kn W L
Von
2
，当晶体管的 Kn W L
I DS
2I DS Von
苏州科技学院天平学院
密勒补偿运算放大器的设计 和优化
指导老师： 制作人 ： 专 业：
密勒补偿运算放大器的设计与优化
1
基本放大 单元
2
单级运放
3
二级密勒
4
参数提取
简单电阻负载 单级运放共源 主要设计部分 设计中需要使
运算放大器的 放大器的参数
用到的参数的
参数分析和讨 分析与讨论
提取过程
论
一、基本放大单元
输入电流和过驱动电压固定时，负载电阻影响其增益。
而改变负载电阻大小只是最基本改变增益方法。
由上两个公式可知，增益大小应该与多个因素有关。
二、单级运放
PM 2
Vbp
3. 3V
I1
VG
PM 1 Vout
NM 1
共源放大器设计原理图
共源放大器
实际中的运放是不可能确定准 确的负载电阻来实现的，我们 一般采用晶体管作为负载，通 过调节晶体管的参数来实现我 们所需要的负载的大小。
确定总电流
根据摆幅和共 模输入范围确 定主要节点电
压
根据节点电压、 阀值电压输入 电压确定过驱
动电压
得到各点电压 后，确定各个 晶体管的输入
电压
根据测得的参 数Kn (p)的值 估算第一级宽
长比
根据公式关系 推导确定第二
级宽长比
改变密勒电容和输入脉冲电平影响分析
改变密勒电容，会改变的参数 输入大信号和小信号对建立时间和压摆率的影响
V1
ocm=1
Vout,com
瞬态仿真电路
OUT 脉冲信号
输出端和反向输入
端相连，同向输入 端加直流电压从2.5V到2.5V进行扫 描。
共差模直流输入均为0V，直 流输入为1V。
将运算放大器的输 出端与反向输入端 相连，同向输入端 加入脉冲信号。
参数估计部分
根据压摆率SR 确定输入电流， 根据功耗要求
参数分析表
建立时间随密勒电容的增大而增大，我们需要的建立时间的大小不能太大或 太小，要适合观察。 小信号输入时的压摆率是偏小的，不符合我们设计的指标要求。
四、参数提取
Vds
Vdd
Vgs
Vgs Vd
NMOS晶体管参数提取电路原理图
PMOS晶体管参数提取电路原理图
这里提取的参数为晶体管的沟道长度调制系数 n( p) 以及参数 Kn( p)
n( p)
1 Idn( p) • Ron
Kn( p)
I dn( p)
W L
V2 on( p )
总结
一、本次设计采用基于SMIC 0.18um 3.3V厚氧化 珊工艺的MOS管开始进行。 二、主要做了MOS管的参数分析，分析的过程即 是优化的过程。 三、两组成员均成功实现。 四、本次设计的最大创新在于采用密勒电容方法 进行频率补偿，在参数存在误差的情况下可以间 接调整。