模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第九章运算放大器ppt课件.ppt
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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计第九章运算放大器董刚Email:2007年9月op ampCh.9#1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计op ampCh.9#2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计回顾 反馈系统中负载的影响二端口
2、网络模型电压-电压反馈中的负载电流-电压反馈中的负载电压-电流反馈中的负载电流-电流反馈中的负载op ampCh.9#3经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计二端口线性时不变系统的四种模型a.b.c.d.Z模型Y模型H模型G模型op ampCh.9#4经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计Z模型V1=Z11 I1+Z12 I 2V2 =Z 21 I1+Z 2
3、2 I 2返回信号检测信号op ampCh.9#5经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计Y模型I1 =Y11V1+Y12V2I 2 =Y21V1+Y22V2返回信号检测信号op ampCh.9#6经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计H模型V1 =H11 I1+H12V2I 2 =H 21 I1+H 22V2返回信号检测信号op ampCh.9#7经营者提供
4、商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计G模型I1 =G11V1+G12 I 2V2 =G21V1+G22 I 2返回信号检测信号op ampCh.9#8经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计选择二端网络模型表述反馈网络反馈网络类型电压-电压反馈V1-V2电流-电压反馈I1-V2电压-电流反馈V1-I2电流-电流反馈描述V2=X21V1+X22I2V2=X21I1+X2
5、2I2I2=X21V1+X22V2I2=X21I1+X22V2对应模型G模型Z模型Y模型H模型I1-I2op ampCh.9#9经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1西电微电子:模拟集成电路设计电压-电压反馈中的负载(a)G模型(b)简化的G模型(忽略反馈网络的反向增益)Ve =(Vin G21Vout)Z inZ in+G22Vout=A0VeG111Z out +G111VoutVin=A01+A0Z in G111Z in+G22 Z out +G111Z in G111Z in+G22 Z o
6、ut +G11G21op ampCh.9#10经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1V2I 2西电微电子:模拟集成电路设计等效开环增益的计算VoutVin=A01+A0Zin G111Zin +G22 Z out +G111Zin G111Zin +G22 Z out +G11G21Av,open=A0Zin G111Zin +G22 Z out +G111G11 =I1V1|I 2=0G22 =|V1=0op ampCh.9#11经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到
7、的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用=西电微电子:模拟集成电路设计计算开环增益与闭环增益Av,openG21 =VY RD1Vin RF|RS +1/g m1RSRS +RF g m 2 RD 2|(RF +RS)Av,closed =Av,open1+G21 Av,openop ampCh.9#12经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用V2V1西电微电子:模拟集成电路设计小结:电压-电压反馈中的负载I1=G11V1+G12 I 2V2 =G21V1+G22 I 2G11=G22
8、 =I1V1V2I 2|I 2=0 的输出端开路|V1=0 的输入端短路=G21=|I 2=0 的输出端开路G11:导纳量纲,反馈网络输入端看进去的导纳G22:电阻量纲,反馈网络输出端看进去的电阻G21:无量纲op ampCh.9#13经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计运算放大器 定义:高增益的差分放大器 用途:实现一个反馈系统 开环增益:由闭环电路的精度决定运算放大器设计是一个不断tradeoff的过程op ampCh.9#14经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按
9、照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计本讲内容 概述 性能参数 单级运算放大器 两级运算放大器 运算放大器设计要点op ampCh.9#15经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计运算放大器的性能参数增益小信号带宽大信号带宽输出摆幅线性度噪声与失调电源抑止op ampCh.9#16经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服
10、务的费用11 11西电微电子:模拟集成电路设计增益 高开环增益:抑止非线性=R2R2 +R1理想运放时系统的闭环增益为实际运放A1,系统的闭环增益为 1 1A11 1 A1 若闭环增益为10,要求增益误差小于1,则A1 1000op ampCh.9#17经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计如何实现精确的增益 开环:不能实现 工艺偏差 闭环:前馈放大器:开环增益A1足够高 反馈放大器:精确匹配1A1 Vth 3+Vdsat 3+Vdsat1+Vdsat 9Vb1 Vth 3
11、0.7留余量,取Vb1 Vth 3 =0.8VVb 2 VDD|Vdsat 7|Vth 5|Vdsat 5|Vb 2|Vth 5|Vdsat 5+Vdsat 3Vout,max =Vb 2+|Vth 7|Vout,max Vdsat 7+Vdsat 9 留余量Vout,min =Vdsat 7+Vdsat 9+0.1Vout,max =Vb 2+|Vth 3|Vdsat11+Vdsat 4Vb2Vb1左图:Vb 2 VDD VGS 5 VGS 7右图:Vb 2 Vdsat11+Vth 4+Vdsat 4Vb2Vb1Vout,min =Vb1 Vth 4 Vdsat11+Vdsat 4Vb 2
12、VDD Vdsat 5 Vth 7 Vdsat 7Vth 7 =Vth8Vout,max =Vb 2+Vth8 3.5V0.1%建立时间 2000工艺参数nCox =60 A/V 2 p Cox =30 A/V 2n =0.1 V-1(L=0.5m)p =0.2 V-1(L=0.5m)=0vthn =|vthp|=0.7Vop ampCh.9#54经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1西电微电子:模拟集成电路设计单端输出折叠共源共栅运放的设计(2)由0.1%建立时间推GBW0.001Vb2t0.1%=
13、lnAv 00 =1=1lnt0.1%Vb1GBW=Av 0 f 0 =1ln2 t0.1%ln10002 3.14 50 109=22MHz考虑20余量,取GBW=27MHzop ampCh.9#55经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Vb1西电微电子:模拟集成电路设计单端输出折叠共源共栅运放的设计(3)由GBW确定各支路电流Av 0 =g m1 RoutVb2f d =12Rout CLGBW=Av 0 f d =g m12CL g m1 =2CL GBW 0.34msI D1 =g m1Vdsa
14、t12=34uA因此电流分配如下I M 9 =68uAI M 5 =I M 6 =34uAop ampCh.9#56经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Vb2西电微电子:模拟集成电路设计单端输出折叠共源共栅运放的设计(4)过驱动电压选取经验放大管:200mV负载管:200 500mV尾电流管:300 500mVVb1确定各管过驱动电压M 1、M 2:200mVM 10、M 11:300mVM 3、M 4:200mVM 5M 6:300mVop ampCh.9#57经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应
15、当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Vb2西电微电子:模拟集成电路设计单端输出折叠共源共栅运放的设计(5)由输出摆幅要求确定Vb1、Vb 2Vout,min =Vb1 Vth 4Vout,min Vdsat 4+Vdsat11 =0.5VVout,max =Vb 2+|Vth8|Vout,max VGS 3Vdsat 2辅助放大器减小了输出摆幅Rout g m 3 ro 3 g m 2 ro 2 ro1Av =g m1 Rout g m1(g m 3 ro 3 g m 2 ro 2 ro1)op ampCh.9#67经营者提供商品或者服务
16、有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计增益的提高(3)共源共栅差分对中增益的提高(a):使用两个独立的辅助放大器(b):使用全差分辅助放大器(c):辅助放大器的实现方式I1、I 2、M 5、M 6、I SS 2缺点:输出摆幅VX VGS 5 +Vdsatop ampCh.9#68经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计增益的提高(4)折叠共源共栅差分放大器用做辅助放大器VX 允许的
17、最小电压为Vdsat1+Vdsat不受辅助放大器限制op ampCh.9#69经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计增益的提高(5)折叠共源共栅用做辅助放大器输出阻抗的计算辅助放大器的增益A1A1 g m 5(g m 7 ro 7(ro 9|ro 5)|g m11ro11ro13)Rout A1 g m 3ro 3ro1op ampCh.9#70经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西
18、电微电子:模拟集成电路设计增益的提高(6)A1:PMOS差分输入;A2:NMOS差分输入为何?保障最大输出摆幅!op ampCh.9#71经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计本讲内容 概述单级运算放大器两级运算放大器运算放大器设计要点增益的提高性能比较共模反馈输入范围限制转换速率(压摆率)电源抑止噪声op ampCh.9#72经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成
19、电路设计性能比较没有一个结构是完美的满足应用要求的结构就是最合适的结构op ampCh.9#73经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计本讲内容 概述单级运算放大器两级运算放大器运算放大器设计要点增益的提高性能比较共模反馈输入范围限制转换速率(压摆率)电源抑止噪声op ampCh.9#74经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用西电微电子:模拟集成电路设计为什么需要共模反馈?理想情况:I
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