复旦大学：《模拟集成电路设计原理 Principle of Analog Integrated Circuit Design》课程教学资源（电子教案课件讲稿）Chapter 05 运算放大器的系统设计

版权©2014，版权保留，侵犯必究 运算放大器的系统设计 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -052. 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -052- 运算放大器的系统设计

版权©2014，版权保留，侵犯必究 目录 单级OTA的设计 CMOS密勒OTA的设计 ·GBW和相位裕度的设计 。其他指标：输入范围、输出范围、SR. Ref.:W.Sansen Analog Design Essentials,Springer 2006 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -053- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -053- 目录  单级OTA的设计  CMOS密勒OTA的设计  GBW和相位裕度的设计  其他指标：输入范围、输出范围、SR… Ref.: W. Sansen : Analog Design Essentials, Springer 2006

版权©2014，版权保留，侵犯必究 CMOS单级OTA:GBW VDD rps Ay =9m 2 如果：rbs2=rbs4=bs 1 ☒ BW N+ VOUT CC.) M4 C GBW -7 9m1 2TT(C +Cm) Vss 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -054- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -054- M1 M3 M4 vOUT M2 CL VDD VSS M5 IB 3 1 2 vIN+ vIN￾CMOS单级OTA：GBW DS V m1 2 r A g = DS2 DS4 DS rrr = = DS L n1 1 2π ( ) 2 BW r C C = + m1 2π L n1 ( ) g GBW C C = + 如果：

版权©2014，版权保留，侵犯必究 CMOS OTA:最大GBW VDD GBW= 2TTC Ves1-VT 1 GBW max IN- CL=1 pF /OUT+ VOUT- 6=10uA 曰GBWmax≈10MHz [8] NiN4 FOM= GBW.C B 1000 MHzpF/mA Vss [800] 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -055- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -055- M1 M3 M4 M2 VDD VSS M5 IB CL CL vOUT+ vOUT￾vIN- vIN+ CMOS OTA：最大GBW m1 B m1 L GS1 T 2π g I GBW g C VV = = − I B = 10 μA CL = 1 pF B max GS1 T L 1 2π I GBW VVC = − GBWmax ≈ 10 MHz [8] L B GBW C FOM I =  [800] = 1000 MHzpF/mA

版权©2014，版权保留，侵犯必究 CMOS单级OTA:fnd VDD GBW 9m1 2TT(C +C) 9m3 N+ ☒ 2TTCn2 VOUT Cn2≈2C6s3+CDB3+CDB1 M4 ≈4C6s3 nd 4 Vss 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -056- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -056- M1 M3 M4 vOUT M2 CL VDD VSS M5 IB 3 1 2 vIN+ vIN￾CMOS单级OTA：fnd m1 2π L n1 ( ) g GBW C C = + m3 nd 2π n2 g f C = n2 GS3 DB3 DB1 GS3 2 4 C CCC C ≈ ++ ≈ T3 nd 4 f f ≈

版权©2014，版权保留，侵犯必究 CMOS OTA:fnd VDD A1 nd 2fnd 4× VIN- p(A)↑ 2× VOUT 0° -90 9m3 Vss 0atcdanW)ardan 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -057 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -057- M1 M3 M4 vOUT M2 Cn2 VDD VSS M5 IB 3 1 2 CL vIN+ vIN￾CMOS OTA：fnd nd nd 90 arctan( ) arctan( ) 85 2 GBW GBW PM f f = °− + ≈ ° − ° 90 0° f f AV 4× 2× nd f 2 nd f m3 nd 2π n2 g f C = φ( ) A

版权©2014，版权保留，侵犯必究 CMOS单级OTA:设计1 已知：GBW=100MHz和C,=2pF 工艺：Lnmn=0.35μm、K,=60μAN2和K。=30μAW2 求：losW、L gm 2TTC.GBW=1.2 mS Ves-V =0.2 V Vas-VI=9m= 0.12mA 2 10 W Ips -=100 L。=Lm=1μm考虑增益！ L K (Ves-VI) W,=50um、W。=100um 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -058- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -058- 工艺： 、 和 已知： 和 CMOS单级OTA：设计 1 GBW = 100 MHz CL = 2 pF Lmin = 0.35 μm 2 n ' K = 60 μA/V 2 p ' K = 30 μA/V DS I W L m L GS T m D GS T p n S m DS 2 GS T 2π 1.2 mS 0.12 mA 2 10 100 0.2 V ' ( ) 1 μm g C GBW V V g I g W I V V L V L K L V = = − = − = = = = = = = − Wn = 50 μm Wp = 100 μm 求： 、 、 、 考虑增益！

版权©2014，版权保留，侵犯必究 目录 。单级OTA的设计 ·CMOS密勒OTA的设计 ·GBW和相位裕度的设计 。其他指标：输入范围、输出范围、SR. 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -059- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -059- 目录  单级OTA的设计  CMOS密勒OTA的设计  GBW和相位裕度的设计  其他指标：输入范围、输出范围、SR…

版权©2014，版权保留，侵犯必究 CMOS密勒OTA M71:B 两个节点 回阿 Cc 具有高阻抗 VIN+ VOUT 产生两个极点 M2 用C进行分离 M6 M4 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -0510- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -0510- M1 M3 M4 vOUT M2 CL VDD VSS M7 3 1 2 1:B M6 M5 Cc RL Cn1 4 5 vIN- vIN+ CMOS密勒OTA 两个节点 具有高阻抗 产生两个极点 用Cc进行分离 1 4

版权©2014，版权保留，侵犯必究 CMOS密勒OTA:小信号 M7 1:B GBW =1 MHz M5 CL=10 pF ④ VOUT R=10k2 M6 9m1=7.5μS 924=0.03μS Cn1=0.37pF C图 Co =1 pF 名c,餐 9m6=246uS 9L6=20uS /DS1 1.1 HA Ds6=25μA CLn4 =10.2 pF 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -0511 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -0511- m1 o24 n1 c m6 Lo6 Ln4 7.5 μS 0.03 μS 0.37 pF 1 pF 246 μS 20 μS 10.2 pF g g C C g g C = = = = = = = L L 1 MHz 10 pF 10 kΩ GBW C R = = = IDS6 = 25 μA CMOS密勒OTA：小信号 gm1 Cn1 gm6 Cc 1 go24 gLo6 4 CLn4 I DS1 = 1.1 μA M1 M3 M4 vOUT M2 CL VDD VSS M7 3 1 2 1:B M6 M5 Cc RL Cn1 4 5 vIN- vIN+