对该运算放大器进行小信号分析,可以计算出第一级套筒式全差分结构的放大倍AV1,公式为:
A v1≈g2[(gm4τ2τ4)·(gm6τ6τs)]
其中,gm2、gm4、gm6分别表示M2、M4、M6的跨导,r2、r4、r6、r8分别表示M2、M4、M6、M8管的输出电阻。
第二级共源级放大结构的单端放大倍AV2可用下式计算:
AV2=-gM10r10
其中,gM10、r10分别表示M10管的跨导和输出电阻。因此,整个米勒补偿型运算放大器的开环增益A v可以用第一级和第二级的放大倍数之积来表示:
A v=A v1A v2
1.2 共模反馈电路
由于本设计采用的是全差分结构,所以,为了通过稳定直流来稳定输出共模电压,保证输出级工作于线性区,通常需要一个共模反馈(CMFB)电路。共模反馈电路一般有两种类型。一种为连续时间式,另一种为开关电容式。本设计采用的是开关电容式结构,图2所示是开关电容式共模反馈电路。其中S1~S6为开关,C1~C4是共模反馈电容,Vout+和Vout-是运放的输出电压,ψ1和ψ2是两相不交叠的时钟信号。VCM是理想共模输出电压,Vb1是理想的共模偏置电压,Vb2是实际的共模偏置电压,即运放中电流源的控制电压。实际中,S1~S6的开关都是由NMOS管实现的。
1.3 偏置电路
偏置电路主要用于提供折叠共源共栅放大器及共模反馈的偏置电压。本文采用如图3所示的宽摆幅电流源偏置电路结构。在共源共栅输入级中,通常需要三个电压偏置。为了使输入级的动态范围大一些,图3中的宽摆幅电流源用来产生所需要的三个偏置电压。根据宽摆幅电流源的设计要求,设计时必须满足以下关系式: