0.6μmCMOS工艺全差分运算放大器的设计

　　对该运算放大器进行小信号分析，可以计算出第一级套筒式全差分结构的放大倍AV1，公式为：

A v1≈g2[(gm4τ2τ4)·(gm6τ6τs)]

　　其中，gm2、gm4、gm6分别表示M2、M4、M6的跨导，r2、r4、r6、r8分别表示M2、M4、M6、M8管的输出电阻。

　　第二级共源级放大结构的单端放大倍AV2可用下式计算：

AV2=-gM10r10

　　其中，gM10、r10分别表示M10管的跨导和输出电阻。因此，整个米勒补偿型运算放大器的开环增益A v可以用第一级和第二级的放大倍数之积来表示：

A v=A v1A v2

　　1．2 共模反馈电路

　　由于本设计采用的是全差分结构，所以，为了通过稳定直流来稳定输出共模电压，保证输出级工作于线性区，通常需要一个共模反馈(CMFB)电路。共模反馈电路一般有两种类型。一种为连续时间式，另一种为开关电容式。本设计采用的是开关电容式结构，图2所示是开关电容式共模反馈电路。其中S1～S6为开关，C1～C4是共模反馈电容，Vout+和Vout-是运放的输出电压，ψ1和ψ2是两相不交叠的时钟信号。VCM是理想共模输出电压，Vb1是理想的共模偏置电压，Vb2是实际的共模偏置电压，即运放中电流源的控制电压。实际中，S1～S6的开关都是由NMOS管实现的。

　　1．3 偏置电路

　　偏置电路主要用于提供折叠共源共栅放大器及共模反馈的偏置电压。本文采用如图3所示的宽摆幅电流源偏置电路结构。在共源共栅输入级中，通常需要三个电压偏置。为了使输入级的动态范围大一些，图3中的宽摆幅电流源用来产生所需要的三个偏置电压。根据宽摆幅电流源的设计要求，设计时必须满足以下关系式：