一种具有极低THD值的差分运放的设计
第30卷 第5期
2007年10月
电子器件
Ch inese Jou r nal Of Elect ro n Devices
Vol.30 No.5Oct.2007
A na lyzing a nd Design ing of a Differ ential Amplif ier w ith L ow TH D V alue 3
L A I Xi n 2qua n ,Z H A N G Qi an ,D A I Guo 2di n g ,GUO Z hon g 2j ie
(Ins ti t ute o f Elect roni c CAD 376#,Xi di an Uni versi t y ,Xi ’an ,Shan xi 710071,Chi na)
Abstract :In or der to reduce t he T HD val ue caused by t he amplifier and t he envi ro nment ,based on t he pri n 2ciple of t he full y differential amplifier ,by ut ilizing a new ki nd of met hods on t he i np ut stage a nd a ki nd of si mple CMFB ci rcui t ,a novel hi gh gai n and low T HD val ue amplifier i s designed.According to t he calcula 2
t ion and si mula tion using Cadence 、Hspice and etc ,t he result s a re sati sfied all t he requi rement s t hat we have desi gne d and t he T HD of t he o utp ut wavefor m i s o nly 0.385%.Now t hi s new circuit has applied in a Class 2D AM P chip successfull y.
K ey w or ds :f ull y differential amplifiers ;THD ;fol ded 2cascode ;selected input ;common 2mode feedback EEACC :2570D
一种具有极低TH D 值的差分运放的设计
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来新泉,张 倩,代国定,郭仲杰
(西安电子科技大学电路CAD 研究所376#信箱,陕西西安710071)
收稿日期:2006209206
基金项目:国家自然科学基金资助(60172004);国家教育部博士点基金资助(20010701003);西安应用材料创新基金资助(XA 2
AM 2200504)作者简介来新泉(632),男,教授,长期从事集成电路设计、D 软件开发的科研和教学工作,目前的研究兴趣主要为数模
混合集成电路设计理论与技术,VLS I 器件物理,MOS 图像传感器和集成电路的热场数值建模;
张 倩(82),女,硕士研究生,主要研究方向为数模混合专用集成电路设计,z q 3@6摘 要:为了减小运算放大器由于自身及外界原因存在失调导致输出波形的THD 值较大的状况,文中首先介绍了全差分运
算放大器的基本架构,并在此基础上采用一种新颖的选通输入方式及简单的共模反馈电路设计了一款高增益,低T HD 值的全差分运放.经计算且在TSMC 0.6μm BCD 工艺上,用Ca dence 、Hspice 等EDA 软件对设计电路进行仿真,各项指标均符合设计要求,输出波形的T HD 值仅为0.385%.目前该电路已成功应用在一款D 类音频功率放大芯片中.
关键词:全差分运算放大器;THD 值;折叠式共源共栅;选通输入;共模反馈中图分类号:TN 432
文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)0521804204
运算放大器(以下简称运放)是许多模拟系统和混合信号系统中的一个相对重要的部分.大量具有不同复杂程度的运放被用来实现各种功能,所以高性能运放的设计一直是模拟集成电路设计研究的热点之一.与普通的单端输出运放相比,全差分运放在输出摆幅、输入动态范围、电源抑制比(PSRR )和应用的灵活性方面都有很大的优势.尤其是折叠式共源共栅(folded 2cascode)技术解决了速度和精度上的难题.但是,对于音频的应用情形,差动电路输入级经常会出现不匹配的状况,由于这种不匹配,导致输出波形出现失真,毛刺等现象.因此,为了消除这种输入失调对
输出的影响,文章提出一种新颖的全差分运算放大
器,采用一种特殊的选通输入的方式作为折叠式共源共栅的输入级来消除失调电压,并结合共模反馈电路稳定输出共模电压,以此实现一种高增益、低噪声的运算放大电路.经计算并用Cadence 、Hspice 仿真验证,各项指标均已达到设计要求.
1 电路设计原理
1.1 折叠式共源共栅结构
为了实现高增益,通常情况下,主运放通常采用套筒式共源共栅[1],但是这种运放的输出摆幅会被
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