随 着 MOS 器件应用的广泛, 基于CMOS 电路结构的电流反馈运算放大器 (CFOA)由于理论上有无限制的转换速率和闭环工作时具有与增益无关的带宽,在 高速A/D 和D/A 转换器,高速数据采集、传感器、电源、视频、射频等高频高速电 子系统中被广泛采用。CFOA 与传统的VFOA 相比具有许多优点,最主要的特 点是CFOA 的输入级抛弃了差动电路,而采用互补跟随电路,提高了输入级转换速 率;同时其闭环带宽与增益无关,不存在增益带宽积的限制。但电源电压大部分都 大于±1.5V,功耗比较大,但这一状况会随着CMOS 工艺的成熟而得到解决,尽可 能地降低电路的电压和功耗是模拟集成电路的发展趋势,已经受到国际上的广泛关注。
文献中电路单位增益带宽比较低,又由于电压模式的带宽增益积为常数, 因此在处理高频信号时,增益会变的很低。另外文献中转换速率也很低,不 适合处理高速信号。中电路达到了很小的功耗,但其它的性能还有改善的余地。 本文在它们的基础上,设计了一种基于改进型第二代电流传输器(Second-generation Current Conveyor,简称CCⅡ)的CFOA.经过仿真可知,大部分的指标都有了一定 程度的改进。
2 放大器的设计
图 1 为本文设计的电路结构,M1、M2、M3、M4 构成输入缓冲级。Z 是高阻抗输出端。假设在反相端产生电流I1-I2=In,则此电流通过由M1—M8、M28—M29 组 成的电流镜传输到Z 端,然后转换成电压进行下一级放大。设开环跨阻增益为Z ( jf ), 则:
并在电路中采用MOS 管M15—M18 实现的串联电阻与电容C1 和M19 形成的电容 进行相位补偿,并消除C1 和M19 电容带来的低频零点 。显然,从反向输入 端到Z 端,中间线性传输的物理量是电流,而且电流变化的幅值在理论上没有限制, 这就是CFOA 能获得高速特性的根本原因。