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正文摘录:

杨鑫等：一个用于14位采样保持电路的全差分增益增强放大器的分析和设计(1)所示：Rmn一(g。2r。2(A。“+1)+1)r。1+r02(1)因此这个电路的直流增益变为：A。一g。i_1(g。2‘P(A“+1)+1)+g★lr≈(2)在没有采用增益增强技术之前，该电路的直流增益为：A。一g。1r“(g卅2n2+1)(3)由此可见，如果辅助放大器的直流增益和原电路的增益在同一个数量级，则通过采用该技术可以使电路的直流增益提高几个数量级。图1增益增强结构的运算放大器3运算放大器的设计两级运算放大器也能实现较高的直流增益，但是他的功耗通常是单级放大器的2倍，速度也不能满足高速度的要求。套筒式共源共栅运算放大器在速度和功耗方面都有很好的优势，但是采样保持电路要求运算放大器有较大的输入共模电压范围，并且在误差消除技术中要求输入和输出短接，因此在该设计中主放大器采用折叠式共源共栅放大器口!。除了输入电压共模范围大的优点之外，他还能实现较大的输出电压摆幅。为了能够实现高直流增益，采用增益增强技术.整个运算放大器结构如图2所示。㈢盈图2增益增强折叠式共源共栅运算放大器为了能够获得较高的相位裕度，主放大器采用PMOS管作为输入管，这样可以使电路更加稳定。这是因为运算放大器的相位裕度主要由第二个极点的位置决定。而在折叠式运算放大器中，主极点由输出点电容负载决定.第二个极点则取决于折叠点的寄生电容。PM()S输入对使2折叠点下移到如图2中A点，与NMOS输入管的折叠点B点相比，A点寄生电容要比B点寄生电容小的多，因为同样的偏置电流，PM()S管尺寸是NMOS管尺寸比的2～3倍。因此，采用PM()S输入管的运算放大器，其第二个极点向外推了很多，因此电路更加稳定。为了简化设计，并且获得良好的匹配关系，从而大大减小由工艺带来的偏差，辅助放大器采用全差分折叠式共源共栅放大器。因为，辅助放大器的负载很小，所以该电路的电流约为主放大器电流的l／lO。因此，对整个电路而言，与套筒式共源共栅放大器相比，采用折叠式共源共栅结构并不会增加太大功耗。除了输入管采用不同类型，两个辅助放大器的结构大致一样，这主要是由主放大器中共栅管的源端电压决定。对于图2中的结构，PM()S共栅管的辅助放大器采用NM()s输入对，NM()S共栅管则采用PM()S输入对。由于辅助放大器的引入，他与共栅管形成一个闭环。所以辅助放大器的速度不能太高，否则会出现稳定问题。但是为了使整个放大器具有单极点建立特性，特别是消除由于辅助放大器引入的“零极点对”的问题，辅助放大器的单位增益频率又必须大于主放大器的一3dB频率。当整个放大器应用于闭环系统时，一般要求满足以下关系：pⅢ2＜∞1＜(叱(4)其中，吨为主放大器的单位增益频率；u，为辅助放大器的单位增益频率；吡为主放大器的第二个极点频率；p为整个闭环系统的反馈因子。因为辅助放大器的负载远远小于主放大器的负载，所以式(4)很容易满足。虽然全差分电路有很多优点，诸如大的输出电压摆幅，避免了镜像极点，消除了偶次项失真和抑制了衬底噪音等，但差分电路惟一的一个缺点就是要求有共模反馈电路(CMFB)来稳定输出共模电压.通常共模反馈电路由共模检测电路和比较放大器组成[”。比较放大器通过调节电流源管子的栅电压而使输出共模电压稳定在期望值。对于主放大器，采用如图3所示的开关电容共模反馈电路‘。。，一~2~Ji--图3开关电容共模反馈电路因为该电路全是被动元件，所以对运算放大器的输出电压摆幅没有任何限制，既不会增加电路的阻抗，也没有静态功耗。其基本工作原理是：当馋为高时，c.和G并联，G两端的直流电压由c，决定，并且在每个他周期内进行刷新。当％为高时，(、。两端的充电到Ⅵ。一Ⅵ。。其中Ⅵ。。为I丫]望奄，一，～‰