复旦微电子-模拟集成电路设计-差分放大器_1.pptVIP

差分放大器 差分信号的定义 基本差动对 定性和定量分析 差分和共模分析 失调电压 MOS管负载的差动对 CMOS差动对 差分信号的定义 单端和差分工作的特点 单端和差分工作的特点 单端和差分工作的特点 基本差动对 基本差动对的定性分析 基本差动对的定性分析 基本差动对的定性分析 * 单端信号：单端信号的参考电位是一个固定的电平。 （一般是地电位） 差分信号：为两个节点的电位之差，且这两个节点的电位 相对于某一个固定电位大小相等，极性相反。 这一固定的中心电位称为: ?“共模”电平 （Common-Mode） 严格地说，这两个节点相对于固定电位的阻 抗必须相等。 差动工作相当于单端工作的优点： 对环境噪声具有更强的抗干扰能力 例如：相邻的时钟线对信号线的干扰 。 单端工作 差分工作 L1对L2和L3的干扰幅度大小相等，方向相同。差分信号没有改变。 例如：对电源噪声同样具有更强的抗干扰能力 。 输出摆幅： （单端） （差分） 电源对Vx和Vy的干扰幅度大小相等，方向相同。差分信号没有改变。 差动信号增大了可得到的电压摆幅 。 差动放大器的偏置电路更简单。 一路尾电流源可以确定差动放大器的偏置。 差动信号具有更高的线性度 差动电路具有“奇对称”的输入输出特性，故由差动信号驱动的差动电路没有偶次（二次）谐波。呈现的失真比单端电路小的多。 差动电路的面积较大 差动电路采用对管代替单管以得到和单端相同的增益。因此，电路的面积增加了。但要达到同样的性能，如线性度、抑制非理想的影响，使用单端设计得到的面积可能更大。 电路结构： 差动对中用Iss 偏置M1和M2。 当 ： M1和M2的偏置电流均为 输出共模电平为 使用Iss的目的是使偏置电流和共模电平无关，抑制 输入共模电平对M1和M2工作及输出电平的影响。 差模分析： 当 当 当 当 当 差模分析： 特点： 输出和输入的最大与最小电平是完全确定的，和输入共模电平无关。 小信号增益在Vin1=Vin2时最大，在两边变得非线性。 定义：电路的平衡状态 共模分析： 分析差动对的输入共模范围，确定输入信号的动态范围。 输入共模信号 如图：Vb很高时，M3导通，代替恒流源。 当vin很小时，M1、M2 off，M3处于线性区。 M1 和M2导通的条件： 和输入共模电平无关。 直观地，M1和M2构成一个源跟随器 基本差动对的定性分析 共模分析： 当vin继续上升时， M1、M2进入线性区。 共模输入电压范围： 如图：当VinVth时，增益逐渐 增加。在M3饱和后增益稳定。 最后，当M1线性后，增益下降。 Vin.cm可大于Vdd，非对称。 PMOS？ 基本差动对的定性分析 尾电流源Iss的作用： 若尾电流源是理想电流源，（ro=∞） 则Vout不会变化，Vx=Vy=常量 若尾电流源不是理想电流源，（ro≠∞） 则Vout会变化，Vx=Vy≠常量 若尾电流源ro≠∞，且不对称。则Vx≠Vy≠常量。输入共模电平引起输出差模信号的变化。这是不希望的。 定义共模抑制比（CMRR）： ADM是差模增益，ACM-DM是共模引起的输出差模增益 基本差动对的定性分析 输出电压摆幅 考虑M1、M2不能进入线性区，则：差分输出电平不是确定的。例如：当M2 off 时，Vx得到最低电平。 M1在饱和区的条件是 结论是：Vin.cm↓，输出范围↑ 基本差动对的定量分析 考虑对称性。 M1和M2均处于饱和区，λ=0 差模分析： 基本差动对的定量分析 由式（1）和（2）得到： 讨论：a) 当Vin=0 时， ΔI=0 。处于对称的平衡态 当 时， ΔI=Iss 具有最大值。 基本差动对的定量分析 跨导： 当ΔVin=0时，Gm最大 和单管放大器相比， 但 两者的增益是相同的，跨导由电流决定。 和M1、M2的跨导比较： 差分级和单管的Gm相同 基本差动对的定量分析 差分输入的线性范围： 考虑