一種新型高速CMOS全差分運算放大器設(shè)計
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3 共模反饋設(shè)計
全差分運算放大器輸出共模電平穩(wěn)定性差，對輸入電壓的變化、器件的失配等很敏感，且不能通過差動反饋來達到穩(wěn)定，所以需要沒汁共模反饋電路(CMFB)來穩(wěn)定工作點。CMFB電路其實是反饋電路的一種，通過檢測輸出共模電平，并有根據(jù)的調(diào)節(jié)放大器的一個偏差電流，原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，一般有3部分組成：檢測輸出共模電平；同一個參考電壓比較；將誤差送回放大器偏置網(wǎng)絡(luò)。而相比于開關(guān)電容反饋電路，連續(xù)時間共模反饋電路具有更快的速度，所以本文采用前者進行設(shè)計。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/186258.htm
如圖1所示，M11，M18構(gòu)成共模反饋電路。由于本文設(shè)計的運放的直流增益較高，若采用傳統(tǒng)的電阻采樣，電阻值很小，不但占據(jù)很大的面積，還會嚴(yán)重的降低直流增益。因此本文采用共源放大器差分輸入對管對共模電平取樣的共模反饋電路。
同時使用了一種新的連接方法，即將控制電壓連接到PMOS共源共柵管M7，M8的柵極，而不是如傳統(tǒng)方法那樣接到負載管M3，M4，因此也將一般的PMOS電流鏡改為NMOS電流鏡。為了使輸出信號擺幅最大，共模參考電壓值通常為電壓源的一半。
下面分析此種接法的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的接法是將控制電壓接到M9和M10的柵極，這樣電路的直流增益有式(1)變?yōu)椋?br /> 
由于在設(shè)計中I1≈I9，而考慮到輸出擺幅的影響，Veff1≈3Veff9因此3gm1≈gm9。有此看來，式(6)的增益比式(1)增大了三倍。整個電路也必然的出現(xiàn)不穩(wěn)定性，在共模反饋回路中主運放的相位與頻率的關(guān)系就發(fā)生變換，因此各器件參數(shù)又需要重新調(diào)制。而將控制電壓接到M7-M8的柵極，則閉環(huán)增益變?yōu)椋?br /> 
而Gm7=gm7／(1+gm7ro9)，約小于gm1。這樣CMFB環(huán)路增益稍低于主運放增益，而相位裕度基本不變，性能穩(wěn)定。
4 仿真結(jié)果與分析
使用SMIC0．25μmCMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝模型，在Cadence的spectre工具進行仿真。運放在在2．5 V單電源和驅(qū)動0．5 pF負載時，開環(huán)增益為71．1 dB，單位增益帶寬為303 MHz，相位裕度為52°，仿真結(jié)果如圖3所示。
共模抑制比定義為差分增益和共模增益的比值，它反映了一個放大器對共模信號和共模噪聲的抑制能力。利用2個運放分別在輸入端接差模響應(yīng)激勵和共模響應(yīng)激勵，經(jīng)Spectre仿真結(jié)果測得結(jié)果如圖4所示，差模增益為71．1 dB，共模增益為-46．3 dB，即可得共模抑制比為117．4 dB。
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