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首先算出补偿电容Cc的最小值：
Cc 》 （2。2/10）CL=2。2pF
选定Cc为 3pF。用摆率指标和Cc算出I5。
I
5 =SR（Cc）=30uA
下面用ICMR 的要求计算（W/L）3 值：
I 5
'
（ ） ）＇ （最大）－｜ ｜ （最大）＋ （最小）＇2
W/L （
3 K N VDD Vin VT 03 VT 1
=
…6
30 ×10
=15
（ …6 ） ＋ 2
50 10 ＇2。5 2 0。85 0。55＇
×
=
120
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因此：
（ ） （ ）
W/L W/L
3 ＝ 4 =15
现在我们可以检查镜极点p3 的值，确保大于 10GB，设Cox=2。47fF/um2。求得镜极点为：
g 2K 'S I
m3 P 3 3 9
= =2。81×10 rad / s
2C 2（0。667）W L C
gs 3 3 3 ox
P3=
或者 448MHz。于是p3 和z3 在这个设计中没有影响，因为p3》》10GB。
计算跨导gm1：
6 …12
gm1 =GB。 Cc =（5 ×10 ）（2π）（3 ×10 ） =94。25uS
宽长比（W/L）1 直接由gm1 得到如下：
2
g m1 （94。25）2
= =2。79 ≈3。0
'
× ×
（ ） （ ） （ ）（ ） 2 110 15
W/L 1 ＝ W/L 2 = K 2 I 5
V
DS 5
计算 ：
I 5 12
（ ） = …2（ ） （ ）
VDS 5 饱和 Vin （最小）VSS VT 1 最大
β1
30 ×10…6
=（…1） …（…2。5） …6 …0。85 =0。35V
110×10 ×3
（ ）
V W/L
确定了 DS 5 后，得到 5 ：
2（I 5） 2（30 ×10…6 ）
= =4。49 ≈4。5
（ ） （ ' ） （饱和）2 （110×10…6 ）（0。35）2
W/L 5 K 5 VDS 5
＝
⑧到这里，运算放大器的第一级设计完成了。为了使相位裕度大点，既极点p2 离原点
足够远点。让第二极点（p2）等于 2。2GB以确定S6 和I6。
C
L
g = g
m 6 2。2 m 2 （ ）
C
C
g m 6 ≥10g m1 ≥942。5uS
V =V
设gm6=942。5uS并计算出gm4 为 150uS，如果 GS 4 GS 6 ，我们可以写出：
121
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g m 6 942。5
= × =94。25 ≈94
15
S6 = S4 g m 4 150
如果知道了g m 6 和 S6 ，就可以用下面的公式来定义直流I 6 ：
2
g m 6 （942。5 ×10…6 ）2
= =94。5uA ≈95uA
I 2（K ' ）（W ）6 （2）（50 ×10…6 ）（94）
6 P L
＝
从I6 解出W6/L6：
W6 g m 6
= ≈15
L 6 K ' V （饱和）
6 DS 6
因为由上面得到的 94 的宽长比较大，因此最大输出电压指标会得到满足。
M
7 管的尺寸的选择达到I5 和I6 之间所希望的电流比，可以由下面给出的平衡方程式
决定：
I 6 95 ×10…6
（ ） （ ） 4。5 ×（ …6 ） =14。25 ≈14
W/L W/L
7 5 I 5 30 ×10
＝ （ ）=
现在让我们检查Vout（最小）的指标（虽然M7 的W/L比已经足够大，以致这一步可能不
需要）。Vout（最小）的值是：
2 ×95
V min（输出） =V （饱和） = =0。351V
DS 7
110×14
这比期望的值小。
至此，设计初步完成。
核对增益和功耗指标：
P =（I ＋I ）（V ＋ V ） =5V ×（30uA ＋95uA） =0。625mW
diss 5 6 DD SS
2g g （ × …6 ）（ × …6 ）
2 92。45 10 942。5 10
Av = m2 m6 = =7696V / V
I λ λ λ λ …6 …6
5 （ 2 ＋ 3 ）（ 6 ＋ 7 ） 30 ×10 （0。04 ＋0。05）95 ×10 （0。04 ＋0。05）
增益指标得到满足。如果想得到更高的增益，一种简单的办法是将W和L的值增大两倍，因
为λ的减小将使增益增大 20 倍。下图为初步设计结果，下一步将仿真。
122
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图 12…4 设计手算结果图
12。3 电路的性能仿真
12。3。1 开环特性仿真
AS = AD W＇L1 ＋ L2 ＋ L3＇
PS = PD 2W ＋ 2＇L1 ＋ L2 ＋ L3＇
EX 10。1 Two…Stage Op Amp
。option post=2 numdgt=7 tnom=27
vdd 4 0 2。5
vss 0 5 2。5
vi1 1 0 sin（0 0。0001 100） ac 1
vi2 2 0 dc 0 ac 0
图 12…5 运放子电路图
cl 3 0 10pf
x1 1 2 3 4 5 opamp
。subckt opamp 1 2 6 8 9
M1 4 2 3 3 NMOSl W=3U L=1U AD=18P AS=18P PD=18U PS=18U
M2 5 1 3 3 NMOSl W=3U L=1U AD=18P AS=18P PD=18U PS=18U
M3 4 4 8 8 PMOSl W=15U L=1U AD=90P AS=90P PD=42U PS=42U
M4 5 4 8 8 PMOSl W=15U L=1U AD=90P AS=90P PD=42U PS=42U
M5 3 7 9 9 NMOSl W=4。5U L=1U AD=27P AS=27P PD=21U PS=21U
M6 6 5 8 8 PMOSl W=94U L=1U AD=564P AS=564P PD=200U PS=200U
M7 6 7 9 9 NMOSl W=14U L=1U AD=84P AS=84P PD=40U PS=40U
M8 7 7 9 9 NMOSl W=4。5U L=1U AD=27P AS=27P PD=21U PS=21U
cc 5 6 3pf
Iref 8 7 dc 30u
*rset 8 7 131。16k
123
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。MODEL