(3.11)
2.2運放的設(shè)計
帶隙電路中的放大器主要作用是使兩個輸入點的電平相等,所以只要增益足夠就可以了,另外為了防止振蕩,相位裕度也要足夠,其他指標(biāo)不是特別重要。圖3.3是運放的核心部分。各部分作用:MA1、MA2為第一級差分放大,MA6為第二級放大,MA5、MA7從帶隙部分偏置電流分配給放大部分MOS管。Cc為密勒電容,將主次極點分離,也可增大相位裕度。
圖3. 3 二級Miller補償CMOS運算放大器
直流開環(huán)電壓增益:
(3.12)
單位增益帶寬:
(3.13)
根據(jù)電流的關(guān)系,確定各個MOS管的寬長比。放大器的偏置電流來自于帶隙部分的輸出電流,由式(3.10)可知,偏置部分得到的電流為2.8u,為了減小功耗,取流過MA5的電流為偏置電流2倍,即MA5的尺寸為M1兩倍,而MA7為M1尺寸的8倍以上。放大器的具體參數(shù)見表3.1,寬長比單位um。
表3.1 二級運放器件參數(shù)
M1
0.92/0.5
M5
1.84/0.5
M2
0.92/0.5
M6
4/0.5
M3
0.48/1
M7
7.36/0.5
M4
0.48/1
Cc
1p
3. 自啟動電路
只要運放的開環(huán)增益足夠高,輸出電壓就相對獨立于電源電壓。但是,如果Vx和Vy均等于零時電路進入簡并狀態(tài),電路將永遠無法工作,所以必須增加自啟動電路去除簡并狀態(tài)。如圖3.4所示,由三個MOS管形成開啟電路。
圖3. 4 啟動電路
工作原理:由于PMOS管MSA的柵極接地,所以MSA始終導(dǎo)通,這樣使得S點電平升高,S也是MSB管的柵極,因此MSB管導(dǎo)通,它的漏極(即啟動點)電平降低,這樣如果啟動點為PMOS柵極,該PMOS管就導(dǎo)通了,電路可以開始工作。后還必須使MSB脫離,當(dāng)電路開始正常工作時,MSC管開啟,這樣就再次使S節(jié)點電平下降,MSB管由此關(guān)斷,脫離了啟動部分。由于MSA常導(dǎo)通,對于功耗是一種浪費,所以要使流過MSA的電流盡量小,可以設(shè)計的時候使MSA的W小于L,具體還需經(jīng)過仿真來驗證。
終參數(shù):WSA=0.22u LSA=10u; WSB=0.5u LSB=0.5u; WSC=0.5u LSC=0.5u
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