用Cadence结合gm/id方法设计两级运放(五管OTA加共源极)
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发布时间：2024-09-17 03:21
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时间：2024-10-23 22:40
本文深入探讨了使用gm/id方法设计两级运放的原理与步骤。首先，介绍电路拓扑，其中M5和M7作为电流源，电路设计中使用理想电流源简化仿真过程。
设计考虑了相位裕度的重要性，以避免系统振荡。相移为180°的频率点需位于运放单位增益带宽之外，通常相位裕度取值在60°到70°之间，确保系统稳定性。
密勒补偿技术通过引入一个中等电容器，降低系统极点频率，实现相移的调整与增益的控制。在设计中，密勒电容的取值需根据相位裕度而定，一般为0.25到0.5倍的负载电容。
为解决系统频率响应的零点问题，采用电阻与密勒电容串联的方法。在两级运放之间加入密勒补偿电容，优化了电路的频率响应，同时简化了计算。
极点与跨导的调整：在引入密勒补偿后，通过调整输入晶体管跨导gm，确保系统稳定且简化计算，实现单极点近似。计算过程中，需考虑gm的取值与电路参数的关系，以满足稳定性要求。
参数指标计算：通过设定具体指标，如增益、带宽、压摆率等，确定晶体管尺寸与电路结构。首先，从输入管尺寸和增益指标入手，考虑负载电容和寄生电容的影响。然后，根据所选电路拓扑和参数，计算密勒电容取值，确定各晶体管的W尺寸。
仿真验证：设计完成后，通过仿真工具验证电路性能，包括增益、带宽、相位裕度等关键指标。仿真参数汇总表提供了设计参数的详细信息，通过多次仿真，最终选定合适的密勒电容值与负载电容。
最终结果仿真显示，GBW高于设计值，部分原因在于第一级运放负载电容的实际值小于预期值。设计过程中，合理设定目标参数至关重要，过高指标可能导致电路尺寸过大，寄生参数增加，影响设计的实用性和效率。
电流源的选择同样重要，本文采用理想电流源简化设计。后续研究将侧重于自偏置电流源的应用，进一步优化电路设计。
