當前位置:首頁 > 電源 > 功率器件
[導讀]0 引言運算放大器的用途非常廣泛,是許多模擬系統(tǒng)和混合信號系統(tǒng)中的一個完整部分,大量具有不同復雜程度的運算放大器被用來實現(xiàn)各種功能,從直流偏置到高速放大或者濾波等

0 引言

運算放大器的用途非常廣泛,是許多模擬系統(tǒng)和混合信號系統(tǒng)中的一個完整部分,大量具有不同復雜程度的運算放大器被用來實現(xiàn)各種功能,從直流偏置到高速放大或者濾波等。在很多功率電路中,對運算放大器的溫度特性要求很高。例如,應用于功率放大器控制電路中的運算放大器,由于功率放大器是大功率器件,自身消耗的功率大,將導致功率放大器芯片的溫度變化很大。因此要求控制電路中運算放大器的增益、穩(wěn)定性等受溫度影響要小。

1 運算放大器的結構選擇

運算放大器有很多種結構,按照不同的標準有不同的分類。從電路結構來看,有套筒式共源共柵、折疊式共源共柵、增益提高式和一般的兩級運算放大器等。

圖1給出3種運算放大器的結構,分別為兩級放大器、折疊式兩級套筒OTA、折疊式兩級聯(lián)OTA。比較以上三種結構,發(fā)現(xiàn)折疊式的共源共柵0TA輸入擺幅最大,輸入共模電平容易選取,而且輸入和輸出可以短接。正是由于這些原因,折疊式共源共柵運算放大器更加廣泛。同時考慮到不同電壓溫度條件下增益要達到110 dB,因此采用兩級運算放大器。

2 折疊式共源共柵全差分運算放大器的原理

共源共柵結構的設計思路是將輸入電壓轉化成電流,然后將他作為共源共柵級的輸入,共源共柵級電流的變化再轉化為輸出電壓的變化。一個完整的全差分折疊式共源共柵全差分運算放大器包括偏置電路、共模反饋電路和主體電路3個部分。

2.1 偏置電路分析

本文選用寬擺幅偏置電路,如圖2所示,它的主要單元是低壓共源共柵電流鏡,由PMOS和NMOS電流鏡組成。首先,分析該電路的PMOS寬擺幅電流鏡,該電流鏡由M4~M8組成,假設取M5,M6的寬長比一樣,那么M5,M6的過驅動電壓也是一樣的,要使他們都飽和,則M5漏端電壓至少為2倍的過驅動電壓。M5的主要作用是降低M6的漏源電壓,這樣M6能更好地匹配M4的電流。調節(jié)M5的尺寸,可以控制M6的漏源電壓,一般M5的尺寸小于M6尺寸的1/4,取M5=1.5 μm。同時為了減小短溝道效應,M4,M5柵長要稍微長點,取L=1 μm。NMOS電流鏡也是這樣的。合理調節(jié)電路參數(shù)可以使系統(tǒng)的增益、相位裕度等受溫度影響很小。

2.2 CMFB電路

CMFB的實現(xiàn)有連續(xù)時間方法和開關電容方法。本文采用連續(xù)時間方法,如圖3所示,共模采樣端輸出共模電平通過2個相等的電阻R采樣。這種結構能確保在一個很大電壓范圍內(nèi)會有全平衡輸出口。Vref是共模參考電平,這個電路和M13~M17共同構成一個閉環(huán)負反饋回路,使共源輸出級的共模電平近似等于Vref。由于這兩級電路的內(nèi)部都是低阻抗節(jié)點,因此可達到較大的開環(huán)單位增益帶寬。一般情況下,只要共模輸入信號的帶寬小于CMFB的單位增益帶寬就可保證電路共模電平穩(wěn)定。

2.3 主體電路

本文采用帶共源輸出緩沖的全差分折疊式共源共柵結構,如圖4所示,它的主要優(yōu)點就是較高的增益,輸入共模范圍較大。

2.4 直流增益分析

圖4所示的運算放大器存在兩級:折疊式共源共柵級增大直流增益和共源放大器。

第一級增益:

第二級增益:

整個運算放大器的增益:

因此,要提高運算放大器的增益,主要是提高相應的MOS管跨導和輸出阻抗。同時合理地調節(jié)電路參數(shù)可以使增益、相位裕度等受溫度影響很小。

3 折疊共源共柵全差分運算放大器的版圖設計

應該采用更加合理的版圖布局,更加統(tǒng)一的連線和過孔連接等,使對稱電路的寄生效應一致。在全差分運算放大器版圖設計時,尤其要注意版圖的對稱。

4 仿真結果與分析

基于TSMC0.18μm工藝,版圖設計如圖5所示。對版圖提取寄生電阻、電容,采用HSpice,Cadence軟件進行模擬仿真。

開環(huán)增益的小信號如圖6,圖7所示。

其中圖6為頻率響應隨溫度變化的曲線。從圖6可以看出,最大增益可達115 dBm,相位裕度為70°,在整個溫度范圍內(nèi)(-40~+125℃)增益變化僅為1 dBm,相位裕度僅變化5°。圖7中電源電壓從2.7 V變化到3.3 V范圍內(nèi),該結構的運算放大器受電源電壓影響很小,完全滿足實際應用。

5 結語

本文針對藍牙功率放太器控制電路的要求,設計了一個對溫度不敏感的運算放大器。采用寬擺幅的偏置電路、選取合理的電路參數(shù)等,消除了溫度和電壓對運算放大器性能的影響。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉