【正文】 gI?? ，所以大的二級增益需要較大的輸入電流。第二級放大器則由 9 12~MM構成 。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 放大器的瞬態(tài)響應包括轉換速率和建立時間。因此，我們需要一種能驅動較大負載的低壓低功耗的補償方 式。因此研究一個三級放大器的重中之中是研究采用什么樣的結構來既能保證電路的穩(wěn)定性，又能使電路面積最小。 輸入級 由于第一級放大器主要作用是使輸入共模電壓的范圍最大化 ，并且提供主要的增益，比較共源共柵放大器與折疊共源共柵的優(yōu)缺點，由于共源共柵結構的輸入共模電壓范圍較低，根據(jù)傳統(tǒng)的設計方法，通常第一級一般采用折疊共源共柵電路 [3]，如圖 31 所示： 圖 31 折疊共源共柵放大器 首先 ,此電路單端輸出的最大電壓擺幅： , m a x , m i n 4 6 8 1 0( | | | | )o u t o u t D D O D O D O D O DV V V V V V V? ? ? ? ? ? （ 31） 放大器跨導為： 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 1 2 1 , 2( / )m m m p o xG g g u C W L I s s? ? ? （ 32） 輸出電阻可用小信號分析法得到： 6 6 6 1 4 8 8 8 1 0[ ( ) ( || ) ] || [ ( ) ]o u t m m b d s d s d s m m b d s d sR g g r r r g g r r? ? ? （ 33） 綜合式（ 22）、（ 23），可得到： 1 6 6 6 1 4 8 8 8 1 0.[ ( ) ( || ) ] || [ ( ) ]v m o u t m m m b d s d s d s m m b d s d sA G R g g g r r r g g r r? ? ? ? （ 34） 計算輸出點總電容： 6 6 8 8 1o u t G D D B G D D B LC C C C C C? ? ? ? ? （ 35） 式中， 1LC 是此折疊式共源共柵放大器的負載電容 ； 2 ( )D B S B j j s wC C W L C W L C? ? ? ? （ 36） W、 L 為器件寬和長 ， jC 和 jswC 分別為單位面積和單位長度電容； GD ovC W C?? ，（ ovC 為單位寬度交疊電容） 由上可見偏置電壓 1 2 3,b b bV V V 的選擇很重要，需要在擺幅、偏置電流與增益之間平衡，提升 DDV 能增加擺幅，但這無疑是消耗了更多的功耗；減小層疊數(shù) ,也可達到相同目的，但是會減小增益，所以要采用多級放大器級聯(lián)的方式來解決問題。另外，由于調整管流過的電流很大，因此還要注意散熱。 第三章一方面對誤差放大器基本電路單元進行分析設計；另一方面著重分析放大器的頻率補償，運用一種 SFMMC 結構的補償方式，分析其小信號傳輸函數(shù)，確定零極點位置，實現(xiàn)了左半平面零點在頻率補償中的作用； 第四章則根據(jù)本次設計提出的各項指標對電流進行分配從而計算出各管子的寬長比，并用 Candence 仿真軟件對電路圖進 行仿真，分析仿真結果，驗證其所達到的性能指標。 因為兩級放大器技術無論是在標準雙極工藝，還是在 CMOS 工藝，BICMOS 工藝下都己趨于成熟，所以 LDO 內的誤差 放大器結構也以兩級放大器為主。三級放大器只需增加少數(shù)幾個面積很小的晶體管便可以實現(xiàn)，并且對于復雜的兩級運放來說，功耗不會增加。電源的精度、穩(wěn)定性及可靠性直接影響著電子設備的性能。結合國內外現(xiàn)有三級放大器補償結構的優(yōu)點，本論文采用單密勒電容前饋頻率補償 (SMFFC)，并用 Cadence 完成電路構造和參數(shù)仿真。 文章結尾對本設計進行了小結 ,指出了設計中所存在的一些不足之處，并結合當前設計和未來發(fā)展提出了進一步的想法。 低壓差線性穩(wěn)壓器 (low dropout regulator（ LDO)作為電源管理電路之一，具有低成本、低噪聲、低功耗、高速率等特點。 LDO 作為主要電源電路之一，其性能越來越好，應用范圍越來越廣。但是由于其自身補償復雜，及 LDO 的補償難度系數(shù)高，使得這類放大器并沒有得到很好的發(fā)展。 內部結構 傳統(tǒng)的 LDO由以下幾個部分組 成 :基準電壓源 (VREF— Voltage Reference),誤差放大器 (Error Amplifier),反饋網(wǎng)絡 (Feedback Network),PMOS 調整管(Pass Element),及片外電容 (Offchip capacitor)。 LDO 原理分析 由上面各模塊的功能介紹可以了解 LDO 的基本工作原理：由于輸入電壓或輸出電流變化，引起了輸出電壓的變化，則反饋網(wǎng)絡會立即將信號傳送到誤差放大器的正輸端，并與基準電壓源做比較，將其差值 放大到輸出端 (Vout)，控制 PMOS 調整管柵極電壓，從而對調整管的輸出電流作用，最終調整輸出電壓 Vouto,保證 LDO 始終工作在穩(wěn)定狀態(tài)。 現(xiàn)代 CMOS 工藝所制作的器件，溝道長度調制非常明顯，一般還不能忽 略其作用。這就涉及到了“增益裕度（ GM）”、“相位裕度（ PM）”，以及“增益交點”、“相位交點”，在實際放大器設計中 060PM? 認為是最合適的值，圖 35 為穩(wěn)定系統(tǒng)和不穩(wěn)定系統(tǒng) [3]增益和相位圖。 傳輸函數(shù)為： ()22 2 2222223 2 222 2 22222222()()()( 1 )( 1 ) ( 1 )( 1 )( 1 )ov SM Cinp m f m o mPdcm m L m m LpLLodB m m L m m Lp m f m o mPm m L m m LpLLom m L m m LVsAsVsC g C g CCA s sg g g gCCCgsssp g g g gC g C g CCssg g g gCCCgsssG B W g g g g??????? ? ??????? （ 326） 從傳輸函數(shù)中可以看出，放大器具有兩個非主極點和兩個零點。 SMC 的假設條件同樣適用于此，傳輸函數(shù)為： ()12 2 21 2 22223 2 2()()()( 1 )( 1 ) ( 1 )ov S M Cinm m f m o mPdcm m m m LpLLod B m m L m m LVsAsVsC g C g CCA s sg g g gCCCgsssp g g g g??????? ? ? （ 340） 放大器直流增益為： 12() 12(0 ) m m m Lv S M C d c o o Lg g gAA g g g?? （ 341） 放大器主極點頻率為： 123 2o o LdB m mL mg g gp g g C? ? （ 342 因此，增益帶寬積為： 31 /d c d B m mG B W A p g C??? （ 343） 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 在穩(wěn)定性分析中可忽略右半平面零點，閉環(huán)傳輸函數(shù)為： 112()12 2021 2 1 2 21()1 ( ) ( 1 )m f mmmc l S M F F Cm f m p LmLm m m m m L m m LgCsggAsg C C CsC C gs s sg g g g g g g??? ? ? ? （ 344） RouthHurwitz 穩(wěn)定性標準的條件為： 212 1 21()1/omp m m f mggC C g g? ? （ 345） 對于較大的負載電容，放大器的穩(wěn)定性分析通過極點分裂法。 設 9 12 35MMI I uA?? 則 67 ( 1 2 )9 ( 1 2 ) 112 283 5 1 0 3 . 8( / ) 2 5 . 5 43 . 4 5 1 0 0 . 60 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MMp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 設前饋級電流 1 10mfI uA? 則 10 11 45MMI I uA?? 61 0 ( 1 1 )1 0 ( 1 1 ) 112 2284 5 1 0 3 . 7( / ) 1 8 . 3 33 . 4 5 1 0 0 . 64 . 0 4 2 5 7 1 0 0 . 1 51 . 2 8 1 0MMn o x o nIWLu C V????? ??? ? ? ? ? ??? ??? ? ?? 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 第三級運放參數(shù)的計算 設 14 13 50MMI I uA?? 則 61414 112 285 0 1 0 4 . 3 7( / ) 3 6 . 4 53 . 4 5 1 0 0 . 60 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MMp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 61313 112 2285 0 1 0 3 . 4( / ) 2 0 . 4 33 . 4 5 1 0 0 . 5 0 24 . 0 4 2 5 7 1 0 0 . 1 51 . 2 8 1 0MMn o x o nIWLu C V????? ??? ? ? ? ? ??? ??? ? ?? 前饋級運放參數(shù)的計算 由之前假設前饋級電流 1210mf mfI I uA??可得： 61 ( 2 )1 ( 2 ) 112 281 0 1 0 4 . 0 4( / ) 7 . 2 8 1 03 . 4 5 1 0 5 . 5 50 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MfMfp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 3 1 2 20M b m f m fI I I u A? ? ? 633 112 282 0 1 0 3 . 0 6( / ) 1 4 . 5 6 53 . 4 5 1 0 1 . 0 50 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MbMbp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 第 二 節(jié) 電路仿真 參數(shù)仿真 經(jīng)過仿真驗證、參數(shù)調整，各管子的參數(shù)變化情況如下 [21] MOS 管 手算結構 仿真調整 后結果 Mb1 ? ?4 ? ? ?2 ? Mb2 ? ?8 /? ? ?8 /? 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 32 M1 ? ?2 ? ? ?8 ? M2 ? ?2 ? ? ?8 ? M3 ? ?2 ? ? ?6 /? M4 ? ?2 ? ? ?6 /? M5 ? ?2 ? ? ?2 /? M6 ? ?2 ? ? ?2 /? M7 ? ?4 /? ? ?6 /? M8 ? ?4 /? ? ?6 /? M9 ? ?4 ? ? ?6 ? M10 ? ?3 ? ? ?2 6/? M11 ? ?3 ? ? ?2 6/? M12 ? ?4 ? ? ?6 ? M13 ? ?3 / ? ? ?2 7/ ? M14 ? ?5 / ? ? ?5 10/? Mb3 ? ?5 /? ? ?9 /? Mf1 ? ?10 / ? ? ?6 / ? Mf2 ? ?10 / ? ? ?6 / ? 參數(shù)經(jīng)過調整后各級跨導分別為 1 /mg uA V? ， 2 38 2. 9 /mg uA V? ，50 0. 6 /mLg uA V? 。具體電路 圖如下所示： 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 圖 41 放大器電路圖 如圖所示，在 SFMMC 中， 18~MM構成一級運放， 12,ffMM構成前饋跨導級。 相位裕度為