CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)_ch4差分放大器

1、23耦合使信號(hào)損壞耦合使信號(hào)損壞差動(dòng)對(duì)耦合噪差動(dòng)對(duì)耦合噪聲的抑制聲的抑制4電源線上的干擾會(huì)影響共模電平，但不影響差分輸出電源線上的干擾會(huì)影響共模電平，但不影響差分輸出VOUT=VX-VY5 有效抑制共模噪聲有效抑制共模噪聲 增大了可得到的電壓擺增大了可得到的電壓擺幅幅( (單端輸出的兩倍單端輸出的兩倍) ) 偏置電路相對(duì)簡單偏置電路相對(duì)簡單 線性度相對(duì)高線性度相對(duì)高 和單端電路相比，差分電路規(guī)模加倍和單端電路相比，差分電路規(guī)模加倍 n差模大信號(hào)特性差模大信號(hào)特性（Vin1-Vin2 從從- 變化到變化到+ ）6Vin1比比Vin2更負(fù)，更負(fù)，M1截止，截止，M2導(dǎo)通，導(dǎo)通，ID2=ISS，因此

2、，因此Vout1=VDD, Vout2=VDD-RDISS當(dāng)當(dāng)Vin1比比Vin2更正時(shí)，差動(dòng)對(duì)兩側(cè)情況正更正時(shí)，差動(dòng)對(duì)兩側(cè)情況正好與上述情況相反。好與上述情況相反。Vin1逐漸增大，逐漸增大，M1開始導(dǎo)通，開始導(dǎo)通，ID1增大，增大，Vout1減小；由于減??；由于ID1+ID2=ISS，ID2減小，減小，Vout2增大；增大；當(dāng)當(dāng)Vin1=Vin2 時(shí)，時(shí)，Vout1=Vout2=VDD-RDISS/27Vin1=Vin2（即平衡狀態(tài)）附近，增益最大，（即平衡狀態(tài)）附近，增益最大，線性度好線性度好輸出端的最大電平和最小電平分別是輸出端的最大電平和最小電平分別是VDD和和VDD-RDISS，與

3、輸入共模電平無關(guān)與輸入共模電平無關(guān)n共模大信號(hào)特性共模大信號(hào)特性 （ Vin, CM從從0變化到變化到VDD）n當(dāng)當(dāng)Vin, CM0時(shí)，時(shí)，ID1=ID2=ID3=0， M1、M2截截止止， M3處于三極管區(qū)處于三極管區(qū)n當(dāng)當(dāng)Vin, CM足夠大時(shí)足夠大時(shí)Vin, CM VGS1+(VGS3-VTH3)， M1、M2、 M3都進(jìn)入飽和區(qū)，電路處于正常工都進(jìn)入飽和區(qū)，電路處于正常工作狀態(tài)作狀態(tài)nVin, CM進(jìn)一步增加進(jìn)一步增加Vin, CMVout1+VTH， M1和和M2進(jìn)入三極管區(qū)進(jìn)入三極管區(qū)輸出擺幅輸出擺幅：VDD Vout 所以共模電平一般選在所以共模電平一般選在右側(cè)附近右側(cè)附近只要在

4、只要在ICMR范圍內(nèi)范圍內(nèi)n大信號(hào)分析（略）大信號(hào)分析（略）10n小信號(hào)分析小信號(hào)分析Rs1/gm2n方法二方法二（半邊電路法半邊電路法）輔助定理：輔助定理： 考慮圖中所示的考慮圖中所示的對(duì)稱電路對(duì)稱電路，其中，其中D1和和D2代表任何代表任何三端有源器件。假設(shè)三端有源器件。假設(shè)Vin1從從V0變化到變化到V0+ Vin， Vin2從從V0變化到變化到V0-Vin，那么，如果電路仍保持線性，那么，如果電路仍保持線性，則則Vp值保持不變。假定值保持不變。假定0。輔助定理說明了輔助定理說明了P點(diǎn)可以認(rèn)為是點(diǎn)可以認(rèn)為是“交流地交流地” 利用利用P點(diǎn)交流地的特點(diǎn)，電路可等效為兩個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)交流地的特點(diǎn)，

5、電路可等效為兩個(gè)獨(dú)立的部分，即部分，即“半邊電路半邊電路”概念。概念。12如果差動(dòng)對(duì)的輸入信號(hào)不是全差動(dòng)的，如果差動(dòng)對(duì)的輸入信號(hào)不是全差動(dòng)的，可以將此任意信號(hào)表示為可以將此任意信號(hào)表示為差模分量差模分量和和共模分量共模分量。13非理想性包括：非理想性包括： 尾電流源尾電流源ISS的內(nèi)阻的內(nèi)阻RSS不是無窮大不是無窮大 RD1和和RD2之間有失配之間有失配 M1和和M2之間有失配（之間有失配（W/L、VTH等）等）差動(dòng)電路對(duì)共模擾動(dòng)影響具有抑制作用，理想差動(dòng)電路差動(dòng)電路對(duì)共模擾動(dòng)影響具有抑制作用，理想差動(dòng)電路的共模增益為零；但是實(shí)際上有以下一些非理想的因素的共模增益為零；但是實(shí)際上有以下一些非理

6、想的因素VP隨隨Vin,CM的變化而變化，的變化而變化，若若Rss為有限大小，則為有限大小，則尾電流隨尾電流隨VP增加而增加增加而增加， Vout1和和Vout2會(huì)隨之減小。會(huì)隨之減小。但如果電路完全對(duì)稱，但如果電路完全對(duì)稱，Vout1和和Vout2仍然相等，不仍然相等，不會(huì)引入差分增益會(huì)引入差分增益共模增益為：共模增益為：,/ 21 / (2)2Dv CMmSSDSSRAgRRR 失配會(huì)引入差分增益失配會(huì)引入差分增益VXVin,CMgm12gmRSSRDVYVin,CMgm12gmRSS(RDRD) 1212()12mmCMDMDmmSSmDmSSggARggRgRgR 1212-(-)-(-)()()XminCMPDYminCMPDmminCMPSSPVgVV RVgVV RggVV RV從前面的分析可以看出，要獲得好的共模抑制效果，從前面的分析可以看出，要獲得好的共模抑制效果，主要要做到兩個(gè)方面：主要要做到兩個(gè)方面：良好的匹配和大的良好的匹配和大的Rss18共模抑制比共模抑制比DMCMDMAACMRR用來用來CMRR來綜合反映差分放大能力和共模抑制能力來綜合反映差分放大能力和共模抑制能力當(dāng)信號(hào)頻率增大時(shí)，寄生電當(dāng)信號(hào)頻率增大時(shí)，寄生電容容C1的存在使等效的的存在使等效的R