一种带增益提高技术的高增益CMOS运算放大器的设计王学权,梁齐(合肥工业大学理学院安徽合肥2)30009摘要:给出了一种用在高速高精度流水线型模数转换器中的具有高增益和高单位增益频率的全差动CMOS运算放大器的设计,电路结构主要采用折叠式共源共栅结构,并采用增益提高技术提高放大器的增益。共模反馈电路由开关电容共模反馈电路实现。模拟结果显示,其开环直流增益可达到1在负载电容为2p,满06dB,F时单位增益频率达到了167MHz足了对模数转换器的高速度和高精度的要求。关键词:全差动放大器;增益提高;共模反馈(;数/模转换器CMFB):)B:1004373X(20061214803TN722.7+7文献标识码:DesinofaHihGainCMOSOerationalAmlifierwithGainBoostinechniueggppgTS,WANGXueuanLIANGQiq(,,,)SchoolofScienceHefeiUniversitfTechnoloHefei230009,Chinayogy:AbstractThispaerpresentsthedesinofafullifferentialCMOSamlifierwithahihgainandalareunitainfre-pgydpggyguenc.Theoerationalamlifierwillbeusedinahihseedhihresolutionpielinedanaloodiitalconverter.Themainqyppgpgpgtgamlifierisafoldedcascodeamlifier.Auxiliarfeedbackamlifiersandswitchedcaacitorcommonmodefeedbackcircuitareppyppemloed.ThesimulationresultsshowthattheoenlooCgainoftheomis106dB,andtheunitainfreuencis167pyppDppygqy,MHzwhiledrivinloadof2pF,andtheamlifierissuitableforusininahihseedhihresolutionanaloodiitalcon-gapggpggtgverter.:;;(;KewordsfullifferentialamlifierainboostinCommonModeFeedbackCMFB)DAconverterydpggy1引言速度与精度是模拟电路中2个最重要的特性要求,但要同时提高这两个性能要求是非常困难的。在一些如开关电容(电路、采样保持电CMOS模拟电路中,SC)路,流水线()结构数模转换器(,他们的速度ielineADC)pp与精度都由组成他们的运算放大器的建立特性决定。要得到快速、稳定的时间,则要求放大器有高的单位增益频率,而高精度的建立则要求高的直流增益。为了解决这个问题我们采用不同的运放结构,共源共栅()结构可以用来提高增益的要求,同时不影响高cascode频特性。在现今的深亚微米工艺中,采用传统的共源共栅结构很难满足增益要求,所以可以采用更多级的级联结构来提高增益,但这是以牺牲电压摆幅为代价的,在采用低电源电压的混合信号系统中,这是不可能的。另一种可行的方法是采用频率补偿技术的两级结构来得到高的增益要求,但因为引入了补偿电容,使得电路的速度受到影响,很难得到高的单位增益频率。本文采用折叠式共源共栅结构和增益提高(aing收稿日期:20051215)技术来实现,这里引入了辅助放大器来提高增boosting益。主放大器采用折叠式共源共栅结构以得到高的增益和好的频率特性,辅助放大器采用单端输出的折叠式共源共栅结构。下面对运算放大器各个模块的结构特点进行分析。2电路设计2.1增益提高技术图1为一个带增益提高级的共源共栅结构,采用一个使M1的漏电压等于Vr反馈放大器来控制M1的漏电压,ef,从而Vo使得Vout的变化对M1的漏电压影响变小,ut的变化对M1管的漏电流的影响比传统的共源共栅结构要小,由小信号电路分析可得电路的输出阻抗比传统的共源共栅结构增加了A倍,A是反馈放大器的直流增益。图1带增益提高放大器的电路结构48《现代电子技术》年第期总第期))1Rorrrrr1+A)+1ggm2ut=(m2o2(o1+o21Ao1o2(得出电路总的直流增益将增加根据所得的输出阻抗,几个数量级:集成电路Av=gRorrgm1gm1ut=Am2o1o2()22.2全差分折叠式共源共栅放大器电路采用全差分折叠式共源共栅结构,若使用NMOS管作为折叠式运放的输入管,由于电子比空穴迁移率大,所以能得到更大的增益,但其折叠点则有着更大的寄生电容,影响了运放的速度,所以采用PMOS管作为输入管来提高主放大器的频率特性。图3N管作为输入差分对的反馈放大器图2带反馈放大器的全差动折叠式共源共栅运放结构如图2所示,电路的主极点位于输出端,ωp1=R,outCLout为主运算放大器的输出阻抗,CL是负载电容。没加辅助放大器之前的次极点为ωm4,6p2=C,Agm4,6是管和M6管L的跨导,GGA主要是管或M6管的Cgs的值。单位增益频率为ωmu=C,gm是运放输入管的跨导。当加入增益提高反...