复旦大学：《模拟集成电路设计原理 Principle of Analog Integrated Circuit Design》课程教学资源（电子教案课件讲稿）Chapter 04 运算放大器的稳定性

版权©2014，版权保留，侵犯必究 运算放大器的稳定性 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -042- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -042- 运算放大器的稳定性

版权©2014，版权保留，侵犯必究 目录 ·运算放大器的使用 两级运放的稳定性 ·极点分离 ·正零，点的补偿 ·三级运放的稳定性 Ref.:W.Sansen Analog Design Essentials,Springer 2006 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -043- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -043- 目录  运算放大器的使用  两级运放的稳定性  极点分离  正零点的补偿  三级运放的稳定性 Ref.: W. Sansen : Analog Design Essentials, Springer 2006

版权©2014，版权保留，侵犯必究 运算放大器的运算功能 RF Vout二 V2 R R R2 R3 vi- Vout R2 要求：高增益 V2- 高速 R3 低噪声 V3- 低功耗 运放性能指标：高电压增益 差分输入电压≈0 输入电流=0 高带宽 增益带宽乘积GBW俳常，非常高！ 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -044 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -044- 运算放大器的运算功能 运放性能指标：高电压增益 差分输入电压≈0 输入电流 =0 高带宽 增益带宽乘积GBW非常，非常高！ 要求：高增益 高速 低噪声 低功耗 out 1 2 3 F 123 v v v v R RRR − =++ R1 R2 R3 RF v1 v2 v3 vout

版权©2014，版权保留，侵犯必究 单端？全差分？ Gm.C Vout1 Gm.A Vout2 GmF oVout2 /B 元C Gm.G GmJ b Vout1 o Vout2 GmJ m.G m.F o-Vout2 B 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -045- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -045- vout2 - vin - vout2 vin Gm,J Gm,G Gm,C Gm,A Gm,F IB IB IB IB CD CD CB CB IB vout1 CD IB CB vout1 vout2 vout2 Gm,G Gm,C Gm,A Gm,F Gm,J IB IB IB IB vin 单端？全差分？

版权©2014，版权保留，侵犯必究 电压输入？电流输入？ VoD ⑧ 1B2 VDD ⑧ 1:1 M71:B M5 ⑤ 5 1:B1 ， M3 VOUT VIN2 RL 1B2 Vss 回 Vss 电压输入 电流输入 电流输出 电流输出 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -046- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -046- M1 M2 CL vOUT IB M5 M8 3 1 2 VDD 8 M6 M7 1 : B2 5 1 : B2 1 : B1 M3 M4 4 IB 6 7 VSS 9 i M1 IN M3 M4 M2 vIN2 CL VDD vIN1 M6 vOUT RL IB M5 M7 M8 VSS Cc 1 : 1 1 : B 1 : 1 4 1 2 3 5 6 7 8 9 电压输入？电流输入？ 电压输入 电流输出 电流输入 电流输出

版权©2014，版权保留，侵犯必究 分类 Opamp OTA OCA CM amp 电压 跨导 电流 跨阻 放大器 放大器 放大器 放大器 A A= out A= A= Vin n 1 Av= Av= Ay =AR Rs GBW 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -047- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -047- out R in v A i = V R S 1 A A R = out I in i A i = V I S L A A R R = 分类 Opamp 电压 放大器 OTA 跨导 放大器 OCA 电流 放大器 CM amp 跨阻 放大器 out V in v A v = out G in i A v = AV = A A V G = RL GBW

版权©2014，版权保留，侵犯必究 反馈结构 R2 Vin Vin Vout Vout R2 <= Av- R2 R Ay=1+ R2 Ay =1 R 尺N=尺， 尺N= 尺N=0 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -048- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -048- 反馈结构 2 V 1 R A R = − 2 V 1 1 R A R = + AV = 1 R R IN 1 = RIN = ∞ RIN = ∞ R2 vin vout R1 R2 vin vout R1 vin vout

版权©2014，版权保留，侵犯必究 积分器 -20dB/dec Vout (Av)个 90° 0° -90° 1 1 A 2TTRC 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -049- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -049- 积分器 AV V φ( ) A 90° −20dB/dec − ° 90 f f V = − p 1 j A f f p 1 2π f RC = 0° C vin vout R

版权©2014，版权保留，侵犯必究 有损积分器：低通滤波器 20dB/dec Vout p(Av）↑ 90° 0° 90° 1 Avo R2 R 2TTR,C 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -0410- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -0410- 有损积分器：低通滤波器 AV AV0 90° p f − ° 90 f f −20dB/dec 2 V0 1 R A R = − V V0 p 1 1 j A A f f = + p 2 1 2π f R C = 0° V vin φ( ) A vout C R2 R1

版权©2014，版权保留，侵犯必究 高通滤波器1 0000 R2 20dB/dec W Vout in (Av)↑ 90° 0° 90° Avo R2 Av=Avo 6= R2 R 2TTL 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -0411- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -0411- V φ( ) A p V V0 p j 1 j f f A A f f = + 高通滤波器 1 AV AV0 90° p f − ° 90 f f 20dB/dec 2 V0 1 R A R = − 2 p 2π R f L = 0° vin vout L R2 R1