跨导运算放大器设计实例
李福乐 lifule@tsinghua.edu.cn
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Specifications
?? ?? ?? ?? ?? ?? CSMC 0.6um DPDM CMOS Process GBW > 100MHz, PM > 60 when CL=2pF DC Gain > 80dB Output swing > 4V (differential) Full differential architecture Low Power (Large FOM)
所设计的OTA要应用于课程设计10bit cyclic ADC中。 在开关电容ADC中，ADC的速度取决于级电路的建立速度，而级电路的建立过程 可视为由大信号压摆区和小信号线性建立区构成，其中，小信号建立区的时间通 常要占到总建立时间的80%~90%，因此，OTA的大信号压摆率对ADC的速度影响 较小； 从另一个方面来说，压摆率只取决于偏置电流，当偏置电流和电容确定后，无论 输入 VGS-VT是大是小，压摆率都不变。对于连续信号处理电路，我们希望 OTA在整个设计带宽内工作时，输出信号不会因为摆率跟不上而幅度受限，这个 时候需要SR/GBW大一些，即输入管的VGS-VT大一些；但是，对于采样信号处理 电路，比如我们所要设 ADC，当我们确定好偏置电流，然后降低输入 VGS-VT，这个时候，SR不变，GBW变大，即SR/GBW变小了，而最终的建立时 间反而缩小了，ADC的速度加快了。 因此，SPEC中没有提出对SR的具体要求。 注意：不同应用对SR/GBW的不同要求！
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Design flow
?? MOST parameters of the specified process ?? Deciding the optimal structure ?? Main stage circuit design ?? Bias design ?? Common feedback design ?? Layout design and verification ?? LPE & Post-sim
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MOST parameters
?? u? Cox?
– Find out un, up, toxn and toxp from model library
?? K’?
tox ≈
K' =
μ Cox
2n
Lmin 50
n = 1+
si: I DS wi:
CD Cox W 2 = K ' (VGS ?? VT ) L
exp
VGS nkT q
tsi =
2ε si (φ ?? VBD ) qN B
Cox = CD =
ε ox ε si
tsi tox
I DS
在设计中，最重要的是晶体 电流公式；根据晶体管的电流公式可知，我们要 首先确定由工艺 的K’，Cox
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MOST parameters
?? u? Cox?
– Find out un, up, toxn and toxp from model library
?? K’?
ε si = 1 pF cm ε ox = 0.34 pF cm
tox ≈ 12.5nm
Cox ≈ 2.72 ??10 F cm
??7 2
μn ≈ 426 cm 2 Vs

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