一種受溫度影響較小的運算放大器

2021-01-10 電子產品世界

  0 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/187777.htm

  運算放大器的用途非常廣泛,是許多模擬系統和混合信號系統中的一個完整部分,大量具有不同複雜程度的運算放大器被用來實現各種功能,從直流偏置到高速放大或者濾波等。在很多功率電路中,對運算放大器的溫度特性要求很高。例如,應用於功率放大器控制電路中的運算放大器,由於功率放大器是大功率器件,自身消耗的功率大,將導致功率放大器晶片的溫度變化很大。因此要求控制電路中運算放大器的增益、穩定性等受溫度影響要小。

  1 運算放大器的結構選擇

  運算放大器有很多種結構,按照不同的標準有不同的分類。從電路結構來看,有套筒式共源共柵、摺疊式共源共柵、增益提高式和一般的兩級運算放大器等。

  圖1給出3種運算放大器的結構,分別為兩級放大器、摺疊式兩級套筒OTA、摺疊式兩級聯OTA。比較以上三種結構,發現摺疊式的共源共柵0TA輸入擺幅最大,輸入共模電平容易選取,而且輸入和輸出可以短接。正是由於這些原因,摺疊式共源共柵運算放大器更加廣泛。同時考慮到不同電壓溫度條件下增益要達到110 dB,因此採用兩級運算放大器。

  


  2 摺疊式共源共柵全差分運算放大器的原理

  共源共柵結構的設計思路是將輸入電壓轉化成電流,然後將他作為共源共柵級的輸入,共源共柵級電流的變化再轉化為輸出電壓的變化。一個完整的全差分摺疊式共源共柵全差分運算放大器包括偏置電路、共模反饋電路和主體電路3個部分。

  2.1 偏置電路分析

  本文選用寬擺幅偏置電路,如圖2所示,它的主要單元是低壓共源共柵電流鏡,由PMOS和NMOS電流鏡組成。首先,分析該電路的PMOS寬擺幅電流鏡,該電流鏡由M4~M8組成,假設取M5,M6的寬長比一樣,那麼M5,M6的過驅動電壓也是一樣的,要使他們都飽和,則M5漏端電壓至少為2倍的過驅動電壓。M5的主要作用是降低M6的漏源電壓,這樣M6能更好地匹配M4的電流。調節M5的尺寸,可以控制M6的漏源電壓,一般M5的尺寸小於M6尺寸的1/4,取M5=1.5 μm。同時為了減小短溝道效應,M4,M5柵長要稍微長點,取L=1 μm。NMOS電流鏡也是這樣的。合理調節電路參數可以使系統的增益、相位裕度等受溫度影響很小。

  

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