两级CMOS运算放大器的设计与spectrum仿真

两级 CMOS 运算放大器的设计与spectrum 仿真(19 页)Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LAB2 两级 CMOS 运算放大器的设计 图 1 两级 CMOS 运算放大器一：基本目标：参照《CMOS 模拟集成电路设计第二版》p223.例 6.3-1 设计一个 CMOS 两级放大器，满足以下指标： 相位裕度：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。要想得到大的增益我们可以采纳共源共栅结构来极大地提高输出阻抗的值，但是共源共栅结构中堆叠的 MOS 管不可避开地减少了输出电压的范围。因为多一层管子就要至少多增加一个管子的过驱动电压。这样在共源共栅结构的增益与输出电压范围相矛盾。为了缓解这种矛盾引进了两级运放，在两极运放中将这两点各在不同级实现。如本文讨论的两级运放，大的增益靠第一级与第二级相级联而组成，而大的输出电压范围靠第二级这个共源放大器来获得。典型的无缓冲 CMOS 运算放大器特性边界条件要求工艺法律规范见表 2、3电源电压电源电流100Μa工作温度范围0~70°特性要求增益增益带宽5MHz建立时间摆率ICMRCMRR60dBPSRR60dB输出摆幅输出电阻无，仅用于容性负载失调噪声100(1kHz 时)版图面积5000表 1 典型的无缓冲 CMOS 运算放大器特性二：两级放大电路的电路分析：图 1 中有多个电流镜结构，M5,M8 组成电流镜，流过 M1 的电流与流过M2 电流，同时 M3，M4 组成电流镜结构，假如 M3 和 M4管对称，那么相同的结构使得在 x，y 两点的电压在 Vin 的共模输入范围内不随着 Vin 的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。图 1 所示，Cc 为引入的米勒补偿电容。表 2 0.5工艺库提供的模型参数 CSMC 0.5um Double Poly Mix CMOS process model工艺参数NMOS0.70161.28E-8404.257PMOS-0.95081.24E-8219.5单位表 3 一些常用的物理常数常数符号常数描述值单位室温下自由空间介电常数二氧化硅的介电常数利用表 2、表 3 中的参数计算得到第一级差分放大器的电压增益为： （1）第二极共源放大器的电压增益为 （2）所以二级放大器的总的电压增益为 （3） 相位裕量有要求 60°的相位裕量，假设 RHP 零点高于 10GB 以上所以 即 由于要求的相位裕量，所以可得到=2.2pF因此由补偿电容最小...