一個(gè)對(duì)溫度不敏感的高增益運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)

摘 要:功率放大器是大功率器件，其自身會(huì)消耗大部分的功耗，并導(dǎo)致功率放大器芯片的溫度在一個(gè)很大的范圍內(nèi)變化，因此功率放大器的控制電路需要對(duì)環(huán)境溫度的變化不敏感。針對(duì)這一要求，設(shè)計(jì)出一個(gè)對(duì)溫度不敏感的全差分CMOS運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器采用TSMC 0.18 μm工藝，選用折疊式共源共柵、寬擺幅偏置電路結(jié)構(gòu)。在負(fù)載電容為10 pF條件下，最大直流增益達(dá)到115dBm，相位裕度為70°;在整個(gè)溫度范圍內(nèi)(-40~+125 ℃)運(yùn)算放大器的增益變化僅為1 dBm，相位裕度僅變化5°，滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞:全差分運(yùn)算放大器; 負(fù)載電容; 增益; 相位裕度

中圖分類號(hào):TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)14-0004-03

Design of Temperature-insensitive and High Gain Operational Amplifier

LUO Zhi-cong1 ， HUANG Shi-zhen2

(1.Mechanical and Electrical Engineering College， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China;

2.Fujian Key Laboratory of Microelectronics Integrated Circuits， Fuzhou University， Fuzhou 350002， China)

Abstract: The power amplifier is a high-power device， which can consume most of the power， and change the temperature of the chip in a large extent， therefore， the output power control circuit of PA should be insensitive to the change of ambient temperature. A temperature-insensitive and fully differential CMOS operational amplifier is designed based on TSMC 0.18μm process， and it consists of folding cascode opamp and wide-swing bias circuit. The maximum DC gain up to 115dBm and the phase margin is 70 degrees under the conditions that load capacitance is 10p; the gain variation is only 1dBm and the phase margin is only 5 degrees in the entire temperature range (-40~125 ℃).

Keywords: fully differential operational amplifier; load capacitance; gain; phase margin

0 引 言

運(yùn)算放大器的用途非常廣泛，是許多模擬系統(tǒng)和混合信號(hào)系統(tǒng)中的一個(gè)完整部分，大量具有不同復(fù)雜程度的運(yùn)算放大器被用來(lái)實(shí)現(xiàn)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(duì)運(yùn)算放大器的溫度特性要求很高。例如，應(yīng)用于功率放大器控制電路中的運(yùn)算放大器，由于功率放大器是大功率器件，自身消耗的功率大，將導(dǎo)致功率放大器芯片的溫度變化很大。因此要求控制電路中運(yùn)算放大器的增益、穩(wěn)定性等受溫度影響要小[1-2]。

1 運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)選擇

運(yùn)算放大器有很多種結(jié)構(gòu)，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類。從電路結(jié)構(gòu)來(lái)看，有套筒式共源共柵、折疊式共源共柵、增益提高式和一般的兩級(jí)運(yùn)算放大器等。

圖1給出3種運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)，分別為兩級(jí)放大器、折疊式兩級(jí)套筒OTA、折疊式兩級(jí)聯(lián)OTA。……