最完整的全差分运算放大器设计(17)

最完整的全差分运算放大器的设计

六、结论

本文对全差分运算放大器的各项性能指标进行了分析，并且使用一级模型进行手工计算，然后在HSPICE软件下进行仿真调试。在共模负反馈电路中，采用共模放大器输入级与差模放大器输入级共用的方法，降低了全差分运放设计难度，使得全差分运算放大器设计流程与单端输出运算放大器设计流程相同。整个运算放大器的性能达到了设计指标要求，各项性能指标罗列如下：

直流增益 : 83.4dB

单位增益带宽 : 55.3MHz

负载电容 : 5pF

相位裕量 : 81.6°

增益裕量 : 22dB

开环差分压摆率 : 202Vµs

共模电平 : 2.5V (VDD

5V)

共模负反馈直流增益 : 86.9dB

共模负反馈单位增益带宽 : 45.8MHz

共模负反馈相位裕量 : 80°

等效输入噪声

输入失调电压

差分输出摆幅 : 11.9 : <±3.2mV : =±4.6V(THD=0.1%)

七、展望

我们在设计一个确定结构的运算放大器电路的时候，许多设计约束条件和设计目标函数往往都是尺寸参数（管子尺寸，偏置电流）的一个多项式函数。我们调管子尺寸参数的设计过程，其实就是在满足所有设计约束的条件下，得到设计目标函数的一个解的过程。通常情况下，通过手工计算和SPICE仿真相结合得到的解是一个局部最优解。而一种采用数学最优化方法－几何规划（Geometric Programming）方法[5,6,7]来求解运算放大器的所有约束条件，将得到设计的全局最优解。

几何规划问题是满足下面表达式的一个数学最优化问题。

Minimize f0(x)

subject to fi(x)≤1, i=1,...,m,

aiTx=bi，i=1,...,p,

xi>0，i=1,...,n,

其中f0,...,fm是凸函数。另外几何规划问题必须满足三个附加条件：

目标函数是一个凸函数

不等式约束函数都是凸函数

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