差動(dòng)放大器與電流鏡

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1、差動(dòng)放大器1、單端與差動(dòng)的工作方式2、基本差動(dòng)對(duì)3、共模響應(yīng)4、MOS為負(fù)載的差動(dòng)對(duì)1、單端與差動(dòng)的工作方式差動(dòng)信號(hào)定義為兩個(gè)結(jié)點(diǎn)電位之差，且這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的電位相對(duì)于某一固定電位大小相等，極性相反，結(jié)點(diǎn)的阻抗也必須相等。差動(dòng)工作方式優(yōu)點(diǎn)：抑制共模噪聲增大了可得到的最大電壓擺幅偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單線(xiàn)性對(duì)相對(duì)高2、基本差動(dòng)對(duì)2.1定性分析差模特性（假定Vin1-Vin2從-?變化到+?）Vin1比Vin2更負(fù)，M1截止，M2導(dǎo)通，ID2=ISS，因此Vout1=VDD,Vout2=VDD-RDISSVin1逐漸增大，M1開(kāi)

2、始導(dǎo)通，Vout1減小，由于ID1+ID2=ISS，M2流經(jīng)的電流減小，Vout2增大；當(dāng)Vin1=Vin2時(shí)，Vout1=Vout2=VDD-RDISS/2。當(dāng)Vin1比Vin2更正時(shí)，差動(dòng)對(duì)兩側(cè)情況正好與上述情況相反。共模特性采用NMOS提供尾電流ISS，Vin,CM從0開(kāi)始增加。當(dāng)Vin,CM＝0時(shí)，ID1=ID2=ID3=0Vin,CM增加，M3導(dǎo)通，處于三極管區(qū)；當(dāng)Vin,CM足夠大時(shí)，M3進(jìn)入飽和區(qū)，因此電路正常工作狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足Vin,CM?VGS1+(VGS3-VTH3)Vin,CM進(jìn)一步增加，Vin

3、,CM>Vout1+VTH，M1和M2進(jìn)入三極管區(qū)因此，Vin,CM允許的范圍2.2定量分析大信號(hào)分析如果RD1=RD2=RD，則Vout1-Vout2=RD(ID2-ID1)，可以用Vin1和Vin2計(jì)算出ID2和ID1（假設(shè)電路是對(duì)稱(chēng)的，且M1和M2均處于飽和區(qū)，且忽略二級(jí)效應(yīng)）討論：當(dāng)ΔVin=Vin1-Vin2=0，ΔID=ID1-ID2=0;當(dāng)

4、ΔVin

5、從0開(kāi)始增大，

6、ΔID

7、也增大；等價(jià)Gm為討論（續(xù)）當(dāng)ΔVin=0時(shí)，Gm最大因此，當(dāng)ΔVin超過(guò)某一限定值（ΔVin1）時(shí)，所有ISS電流流經(jīng)一個(gè)晶

8、體管，而另一個(gè)晶體管截止（忽略亞閾值導(dǎo)通），ΔVin1實(shí)際上也是電路可以“處理”的最大差模輸入。小信號(hào)分析方法一（疊加法）令Vin2=0,求Vin1對(duì)X結(jié)點(diǎn)的影響：電路等效為M1管構(gòu)成的帶有負(fù)反饋電阻的共源級(jí)Rs＝1/gm2忽略二級(jí)效應(yīng)令Vin2=0,求Vin1對(duì)Y結(jié)點(diǎn)的影響：先利用戴維南定理處理M1管和Vin1，VT=Vin1,RT=1/gm1；則電路等效為共柵級(jí)形式忽略二級(jí)效應(yīng)只施加Vin1時(shí)總的電壓增益為整理，同理，可以得到只施加Vin2時(shí)總的電壓增益為應(yīng)用疊加法，得到方法二（半邊電路）輔助定理：考慮圖中所

9、示的對(duì)稱(chēng)電路，其中D1和D2代表任何三端有源器件。假設(shè)Vin1從V0變化到V0+ΔVin，Vin2從V0變化到V0-ΔVin，那么，如果電路仍保持線(xiàn)性，則Vp值保持不變。假定λ＝0。輔助定理說(shuō)明了P點(diǎn)可以認(rèn)為是“交流地”，即“虛地”。利用P點(diǎn)虛地（交流地）的特點(diǎn)，，電路可等效為兩個(gè)獨(dú)立的部分，即“半邊電路”概念。如果兩個(gè)差動(dòng)對(duì)的輸入信號(hào)不是全差動(dòng)的，可以將此任意信號(hào)表示為差模分量和共模分量。差模增益：若ISS是理想電流源，共模增益為0；3、共模響應(yīng)差動(dòng)電路對(duì)共模擾動(dòng)影響具有抑制作用，理想差動(dòng)電路的共模增益為0；實(shí)

10、際上，電路既不可能完全對(duì)稱(chēng)，電流源的輸出電阻也不可能為無(wú)窮大，結(jié)果，共模輸入的變化會(huì)或多或少傳遞到輸出上。電流源具有有限電阻的差動(dòng)對(duì)的共模增益：電路等效為帶源級(jí)負(fù)反饋的共源級(jí)電路忽略二級(jí)效應(yīng)，此時(shí)，共模增益為：電路不對(duì)稱(chēng)且尾電流源的輸出電阻為有限值時(shí)，輸入共模電壓變化對(duì)電路的影響：電路不對(duì)稱(chēng)情況1：RD1=RD，RD2=RD+ΔRD，當(dāng)輸入端共模發(fā)生變化，VX、VY的變化不相等，輸出端產(chǎn)生了一個(gè)差動(dòng)成分。電路不對(duì)稱(chēng)情況2：M1和M2不匹配，導(dǎo)致流經(jīng)兩個(gè)晶體管的電流稍微不同，因而跨導(dǎo)不同，由此可得：得到輸出電壓輸出

11、端的差動(dòng)分量：共模到差模轉(zhuǎn)換的增益總之，差動(dòng)對(duì)的共模響應(yīng)取決于尾電流源的輸出電阻和電路的不對(duì)稱(chēng)性，表現(xiàn)的兩方面的影響：對(duì)稱(chēng)電路的輸出共模電平變化；輸入共模電壓變化在輸出端產(chǎn)生差模分量。“共模抑制比”（CMRR）4、MOS為負(fù)載的差動(dòng)對(duì)類(lèi)似單級(jí)放大器，差動(dòng)對(duì)的負(fù)載也可以采用二極管連接的MOS或者電流源作負(fù)載。二極管連接的MOS作負(fù)載（忽略體效應(yīng)）電流源負(fù)載的差動(dòng)對(duì)共源共柵級(jí)差動(dòng)對(duì)半邊等效電流鏡1、基本電流鏡2、共源共柵電流鏡3、電流鏡作負(fù)載的差動(dòng)對(duì)1、基本電流鏡電流源的設(shè)計(jì)是基于對(duì)基準(zhǔn)電流的“復(fù)制”；兩個(gè)都工作在飽

12、和區(qū)且具有相等柵源電壓的相同晶體管傳輸相同的電流（忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)）。按比例復(fù)制電流（忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)）得到該電路可以精確地復(fù)制電流而不受工藝和溫度的影響；Iout與IREF的比值由器件尺寸的比率決定。忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)！溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)使得電流鏡像產(chǎn)生極大誤差，因此2、共源共柵電流鏡共源共柵電流源為了抑制溝道長(zhǎng)度調(diào)制的影響，可以采用共源共柵電流源。共源共柵結(jié)構(gòu)