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SARADC-轨到轨输入与输出放大器的设计(candence)

参考:模拟电路设计精粹(2008-Willy M.C. Sansen)p211

一、轨到轨输入和输出的实现方式

1.轨到轨输入:

在输入端并联两组差分放大器。当输入靠近GND,PMOS输入对管导通作为增益级;当输入靠近VDD,NMOS输入对管导通作为增益级;其他情况两者均作为增益级。从而保证输入在从GND-VDD全范围内运算放大器均有增益。 虽然运算放大器在整个输入范围内均有增益,但当NMOS和PMOS均导通时的增益gm是单独导通时的两倍,这样会导致严重的失真。解决方案是通过调整为输入对管提供电流的MOS管的W/L来保证其中一组输入对管单独导通时的电流是共同导通时的4倍。

2.轨到轨输出:

采用classAB输出级即可实现。

二、电路原理图

三、Candence仿真设置及仿真结果

1.将电路连成单位增益运放

2.交流(AC)仿真(闭环增益、单位增益带宽、相位裕度的仿真)

ADE设置:(VCM=VDD/2) 仿真设置: OUTPUT设置: Results——Direct Plot——Main Form… AC仿真结果:运放在输入为VCM时,增益为137.7dB,单位增益带宽为33.2MHz,相位裕度为78.1deg。

3.输入对管的增益gm仿真

先仿真DC,结束后进入ADE-tools-results browser,找到dcOpinfo-info,接着选择输入对管,这里记录着所有管子的全部直流参数, 按需要把这些参数取到calculator从而得到gm的值。 DC设置: 这里可以直接设置输入信号从0到VDD进行参数仿真,dcOpinfo-info中可以直接看到gm随输入信号的变化。 参数仿真方法:ADE-Tools-Parametric Analysis DC仿真结果: 图中红色线为PMOS输入对管的增益gm,绿色线为NMOS输入对管的增益,蓝色线为两者的相加(可以在calculator中进行加法运算),可以看到在整个范围内gm基本保持一致。

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