最新差动放大器与电流镜PPT课件.ppt

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1、差动放大器与电流镜差动放大器与电流镜1、单端与差动的工作方式差动信号定义为两个结点电位之差，且这两个结点的电位相对于某一固定电位大小相等，极性相反，结点的阻抗也必须相等。差动工作方式优点：抑制共模噪声增大了可得到的最大电压摆幅偏置电路相对简单线性对相对高只施加Vin1时总的电压增益为整理，同理，可以得到只施加Vin2时总的电压增益为应用叠加法，得到方法二（半边电路）辅助定理：考虑图中所示的对称电路，其中D1和D2代表任何三端有源器件。假设Vin1从V0变化到V0+Vin，Vin2从V0变化到V0-Vin，那么，如果电路仍保持线性，则Vp值保持不变。假定0。辅助定理说明了P点可以认为是“交流地”

2、，即“虚地”。利用P点虚地（交流地）的特点，电路可等效为两个独立的部分，即“半边电路”概念。如果两个差动对的输入信号不是全差动的，可以将此任意信号表示为差模分量和共模分量。差模增益：若ISS是理想电流源，共模增益为0；3、共模响应差动电路对共模扰动影响具有抑制作用，理想差动电路的共模增益为0；实际上，电路既不可能完全对称，电流源的输出电阻也不可能为无穷大，结果，共模输入的变化会或多或少传递到输出上。电流源具有有限电阻的差动对的共模增益：电路等效为带源级负反馈的共源级电路忽略二级效应，此时，共模增益为：电路不对称且尾电流源的输出电阻为有限值时，输入共模电压变化对电路的影响：电路不对称情况1：RD

3、1=RD，RD2=RD+RD，当输入端共模发生变化，VX、VY的变化不相等，输出端产生了一个差动成分。电路不对称情况2：M1和M2不匹配，导致流经两个晶体管的电流稍微不同，因而跨导不同，由此可得：得到输出电压输出端的差动分量：共模到差模转换的增益总之，差动对的共模响应取决于尾电流源的输出电阻和电路的不对称性，表现的两方面的影响：对称电路的输出共模电平变化；输入共模电压变化在输出端产生差模分量。“共模抑制比”（CMRR）4、MOS为负载的差动对类似单级放大器，差动对的负载也可以采用二极管连接的MOS或者电流源作负载。二极管连接的MOS作负载（忽略体效应）（忽略体效应）电流源负载的差动对共源共栅级

4、差动对半边等效半边等效 电流镜电流镜1、基本电流镜2、共源共栅电流镜3、电流镜作负载的差动对1、基本电流镜电流源的设计是基于对基准电流的“复制”；两个都工作在饱和区且具有相等栅源电压的相同晶体管传输相同的电流（忽略沟道长度调制效应）。按比例复制电流（忽略沟道长度调制效应）得到得到该电路可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响；该电路可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响；Iout与与IREF的比值由器件尺寸的比率决定。的比值由器件尺寸的比率决定。忽略沟道长度调制效应！忽略沟道长度调制效应！沟道长度调制效应使得电流镜像产生极大误差，因此因此2、共源共栅电流镜共源共栅电流源 为了抑制沟道长度调制

5、的影响，可以采用共源共栅电流源。共源共栅结构可以使底部晶体管免受VP变化的影响。共源共栅电流镜共源共栅电流镜确定共源共栅电流源的偏置电压Vb，采用共源共栅电流镜结构。目标是确保VY=VX。选择(W/L)3/(W/L)0=(W/L)2/(W/L)1,则VGS0=VGS3,VX=VY。共源共栅电流镜消耗了电压余度 忽略衬偏效应且假设所有晶体管都是相同的，则P点所允许的最小电压值等于VP=比较于比较于余度损耗的共源共栅电流镜余度损耗的共源共栅电流镜最小余度损耗的共源共栅电流源最小余度损耗的共源共栅电流源低电压工作（大输出摆幅）的共源共栅电流镜 如图(a)，共源共栅输入输出短接结构，为使M1和M2处于

6、饱和区，Vb应满足：考察图(b)，所有晶体管均处于饱和区，选择合适的器件尺寸，使VGS2=VGS4，若选择 M3M4消耗的电压余度最小(M3与M4过驱动电压之和)。且可以精确复制IREF。得到得到 ，Vb有解3、电流镜作负载的差动对3.1大信号分析Vin1-Vin2足够负时，M1、M3和M4均关断，M2和M5工作在深线性区，传输的电流为0，Vout=0；随Vin1-Vin2增长，M1开始导通，使ID5的一部分流经M3，M4开启，Vout增长当Vin1和Vin2相当时，M2和M4都处于饱和区，产生一个高增益区。当Vin1-Vin2变得正的多时，ID1，|ID3|，|ID4|，ID2，最终导致M4

7、进入线性区当Vin1-Vin2足够正时，M2关断，M4的电流为0且处于深线性区，VoutVDD输入共模电压的选择 为使M2饱和，输出电压不能小于Vin,CM-VTH，因此，为例提高输出摆幅，应采用尽量低的输入共模电平，输入共模电平的最小值为VGS1,2+VDS5,min。当Vin1=Vin2时，电路的输出电压Vout=VF=VDD-|VGS3|3.2 小信号分析 （忽略衬偏效应）方法一 利用计算Gmgm1Vin/2gm1Vin/2gm2Vin/2得到，得到，计算Rout M1和M2用一个RXY=2rO1,2代替，RXY从VX抽取的电流以单位增益(近似)，由M3镜像到M4。则，若2rO1,2(1/gm3)|rO3,总增益 方法二（利用戴维南定理）Veq=gm1,2rO1,2Vin Req=2rO1,2 流经Req的电流IX部分通过1/gm3，并以单位增益被镜像到M4 若2rO1,2(1/gm3,4)|rO3,4,IX1+IX1 3.3 共模特性电路不存在器件失配时忽略rO1,2，并假设1/(2gm3,4)1/gm3比无器件失配时多此项比无器件失配时多此项