SARADC-轨到轨输入与输出放大器的设计（candence）

已于 2022-06-01 10:36:47 修改
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分类专栏： 硬件原理 文章标签： 硬件工程
于 2022-05-31 09:10:19 首次发布
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本文介绍了SARADC中轨到轨输入和输出放大器的设计原理，包括轨到轨输入通过并联两组差分放大器实现，以及轨到轨输出采用class AB输出级。同时，详细阐述了使用Candence软件进行的仿真设置，包括单位增益运放、AC仿真和输入对管的增益gm仿真，展示了仿真的关键结果，如闭环增益、单位增益带宽和相位裕度。

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参考：模拟电路设计精粹（2008-Willy M.C. Sansen）p211

目录

一、轨到轨输入和输出的实现方式

1.轨到轨输入：

在输入端并联两组差分放大器。当输入靠近GND，PMOS输入对管导通作为增益级；当输入靠近VDD，NMOS输入对管导通作为增益级；其他情况两者均作为增益级。从而保证输入在从GND-VDD全范围内运算放大器均有增益。
虽然运算放大器在整个输入范围内均有增益，但当NMOS和PMOS均导通时的增益gm是单独导通时的两倍，这样会导致严重的失真。解决方案是通过调整为输入对管提供电流的MOS管的W/L来保证其中一组输入对管单独导通时的电流是共同导通时的4倍。

2.轨到轨输出：

采用classAB输出级即可实现。

二、电路原理图

在这里插入图片描述

三、Candence仿真设置及仿真结果

1.将电路连成单位增益运放

在这里插入图片描述

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轨至轨中所谓的轨“rail”，指的电源电压。轨至轨就是说器件所能承受的“输入”电压和所能产生的“输出”电压能不能达到（或是接近）电源电压。区分“输入”和“输出”，以及“正电源轨”与“负电源轨”实际轨至轨运放的参数有4个。即输入轨至轨，还是输出轨至轨；是能够达到正电源轨（VCC），还是能达到负电源轨（GND）。只要是单电源运放就不能输入“双极性”信号！事实上，只有特殊设计的“轨至轨”型运放的输入输出才能“接近”供电电压。其他类型的运放的输入输出距离供电电压还。
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因为自己做的一个东西，需要一个轨到轨放大器(RTR)，所以顺便写了笔记，参考了Sansen的《模拟集成电路设计精粹》，只写了一些简单的内容，里面也有一些复杂的电路，虽然都看了，但是也只是浅浅的看了一下….有需要再深入学习。随手用TSMC18工艺，调了一个“基于1:3电流镜的轨到轨输入运放”工程文件+testbench需要的可以自取，RTR其输入电压范围可以从正电源电压VDDVDDVDD到负电源电压VSS。
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06-27 2994
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轨到轨运放十分流行，特别是在那些低电压供电的场合。因此，你应该了解轨到轨运放的工作原理，同时对采用轨到轨运放的设计做一些权衡。　　图1所示是一个典型的轨到轨输入级，包含N沟道和P沟道输入对管。其中，P沟道场效应管负责接近负电源轨部分输入电压的导通，这个电压可以稍微低于负电源轨(如果是单电源供电，则可以稍微低于地电位)。N沟道场效应管负责接近正电源轨部分输入电压的导通，这个电压可以稍微高于正电源轨。图中没有画出附加电路，这些电路用来切换哪个输入级连接到后级。在离正电源轨大约1.3V时，许多双输入级运放会发生输入级切换。在这个电压下发生切换的原因是，超过这个电压时，P沟道输入级的门极驱动电压已经很
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